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Article tiré de la revue Electronique Pratique : n°101 - Février 1987. Auteur : P.Wallerich
   


Nous passons en revue la plupart des montages d’amplificateurs opérationnels associés de près ou de loin aux alimentations et aussi quelques mises en oeuvre de régulateurs intégrés, pour ne pas sortir du sujet.


Référence de tension (fig 1a, b c) :
  Avec une Zener, il est possible d'obtenir une tension de référence à peu prés stable. A peu près, car, hormis une Zener de 5,6 V, les autres Zeners ont une dérive thermique. L'idée est d'utiliser cette Zener de 5,6 V avec un pont diviseur pour régler sa tension de référence désirée.
  Dans le premier cas, Vous sera supérieur à la tension de Zener, et R3 en permettra l'ajustage. On notera que les résistances R2 et R4 sont facultatives. Leur rôle est de fixer les extrémités du réglage. La tension de sortie ne présentera aucune ondulation résiduelle, hormis celle transmise par l'ampli-op, car c'est la sortie qui polarise la Zener.
  Pour obtenir une tension réglable de 0V à Vout max, il suffit de réaliser le second montage. Une partie de la tension de Zener est ajustée par le pont diviseur, et l'ampli-op, monté en suiveur, permettra d'exploiter cette tension de référence quelle que soit la charge en sortie (dans les limites de l'Aop !).
  Le troisième montage est identique au précédent, hormis les inversions de polarisation, permettant une tension de référence négative. Dans ces deux derniers cas, on pourra découpler la Zener avec un condensateur de 1 à 10 uF pour réduire l’ondulation résiduelle à ses bornes si V est lui-même entaché d'une ondulation résiduelle. On notera aussi que R1 assurera la polarisation de la Zener et sera calculée au mieux, pour diminuer l’influence thermique.

 

Figure 1

 


Référence de tension A.F.E.T (fig 2) :
  Avec les deux montages précédents, l'ondulation résiduelle superposée à la tension d'alimentation se répercute aux bornes de la Zener. Pour réduire au maximum cette ondulation, il suffit de polariser la Zener par un générateur de courant constant, en l'occurrence un FET avec Vgs = 0 V. On utilise ici une Zener LM103, très stable et découplée par une capacité de 0,1 uF. On atteint ainsi une réjection d'alimentation de plus de 100 dB. Pour exploiter la sortie, on y adjoint un ampli-op monté en suiveur. Pour conserver le taux de réfection d'alim, il faut que l'ampli-op ait un taux aussi élevé!
  A noter que la Zener
LM103 peut être remplacée par tout autre type, au détriment des 100 dB.

 

Figure 2

 


Ampli-op sans alimentation négative (fig 3) :
  Il est plus fréquent de rencontrer un ampli-op alimenté entre +V et -V, plutôt qu'avec une alimentation unique. D'ailleurs, c'est ce cas qui pose le plus de problèmes aux débutants !
D'abord, on remplace
-V par la masse, et +V prend le double de la valeur précédente. On a donc encore 2V entre les bornes +V et -V de l'ampli-op.
  Ensuite, tous les anciens points de masse deviendront une masse virtuelle (virtuelle, car différente de la vraie masse !), c'est-à-dire une polarisation commune, généralement à la moitié de la nouvelle tension d'alimentation, pour conserver la symétrie. Le générateur d'alimentation intermédiaire se voit justement affecté à ce rôle. Ainsi, la tension au milieu du pont diviseur vaut +2V / 2, donc + V. Le montage suiveur permettra d'utiliser cette masse virtuelle, quel que soit le courant y circulant (dans les limites de l'ampli-op, bien sûr!).
On retrouve donc, entre cette masse virtuelle et les bornes d'alimentation de l'ampli-op, une tension de
+/- V.

 

Figure 3

 


Alimentation symétrique (fig 4) :
  Voici décrite une alimentation symétrique +/- V. La figure 4b en explique le principe. Le premier régulateur fixe la tension +V. L'ampli-op va régler sa sortie à -V, en se référant au point milieu du pont diviseur de résistances R. Si la tension négative vaut -V+... , le point milieu vaudra +... et, comme le point milieu est relié en e(-), l'ampli-op diminuera sa sortie.
De même, si la tension négative vaut
-V-..., l'ampli-op augmentera sa sortie. On a donc bien une régulation de -V, fidèle à +V, à la polarité près !

Figure 4b


  La figure 4a présente le montage complet. Le régulateur +V est réalisé avec un ampli-op. Avec les valeurs indiquées, P autorise un réglage de V de +5 à +35 V. La résistance R assure la polarisation de la Zener, quel que soit l'état initial de la sortie de l'ampli-op. Comme les courants de sortie seront faibles, on exploite directement la sortie des ampli-op's, et un redressement mono-alternance convient. La "Zener" LM 103 peut être remplacée par toute autre Zener, à condition de recalculer le pont de comparaison en tenant compte de cette valeur. On notera que V sera toujours supérieur à VZ, quel que soit le réglage de P.

Figure 4a

 


Alimentation symétrique avec régulateur intégrés (fig 5) :
  Pour bénéficier d'un courant de sortie plus élevé, le plus simple est d'utiliser des régulateurs intégrés, type 7805... Le rôle de ce montage est d'obtenir deux tensions de sonie égales, mais de polarités opposées. Cette fois, l'ajustage de V se fera sur le régulateur négatif, et la sortie positive sera obtenue par le principe précédent.
  Normalement, la borne contrôle est reliée à la masse pour les régulateurs du type
7805. Pour d'autres, comme le LM317, elle conserve son appellation. Ici, l'ampli-op réglera V en superposant sa tension de sortie à cette broche contrôle ; d'où V = Vreg + Vsaop et Vsaop vaut Vp, une fraction de V, comme l'ampli-op est monté en suiveur. On notera que V ne pourra jamais être inférieur à Vreg, la tension du régulateur. Justement, le LM317 n'accuse que 1,2 V. Un LMI558 pourra très bien convenir, car c'est un double ampli-op économique en boîtier DIP.

 

Figure 5

 


Alimentation régulée depuis une tension élevée (fig 6) :
  Ce n'est pas une application des ampli-op's, mais cette remarque sera utile pour la mise en oeuvre de vos montages. Pour obtenir une tension régulée, on fait maintenant appel aux régulateurs intégrés. Seulement, dès que la tension d'entrée est trop élevée, ils sont inutilisables, car ils ne pourraient dissiper toute la puissance. Il faut donc dissiper cet excès de puissance ailleurs et, plutôt qu'une résistance de puissance, on choisira un transistor. Le 2N3055 chutera environ VZ -1V en Vce et donc dissipera la puissance dans son radiateur. Les formules indiquées permettront le choix de la Zener.

Figure 6

 


Alimentation programmable (fig 7) :
  La programmation de la tension se fera par une résistance. La tension de sortie sera directement proportionnelle à la valeur de Rx. Pour ce faire, un courant constant traverse Rx et un ampli-op monté en suiveur recopie la tension à ses bornes, soit Rx . Icst . Comme la tension aux bornes de la Zener est constante, la tension aux bornes de R3 l'est aussi, et donc le courant la traversant est lui-même constant. Icst = (VZ - Vbe) / R3. Si la tension d'entrée U n'est pas trop élevée, D1 sera supprimée et R2 sera court-circuitée. Le rôle de R1, D1 est de préréguler la tension pour attaquer RZ, DZ le cas échéant. A noter que l'ampli-op devra accepter U comme tension d'alimentation !

Figure 7

 


Blocage d’une alimentation (fig 8) :
  Il est parfois utile d'inhiber le fonctionnement d'un régulateur, et donc sa tension de sortie. T1 joue le rôle d'interrupteur, et T2 est sa commande. Il suffit de saturer T2 pour saturer T1 et autoriser l'alimentation du régulateur. Si le signal de commande vaut 0V, les deux transistors sont bloqués, ainsi que le régulateur. R2, R3 seront déterminés pour garantir la saturation des transistors, et R1 garantira le blocage de T1, en éliminant l'influence des courants de fuites.

Figure 8

 


Alimentation de puissance (fig 9) :
  Si maintenant le courant de sortie d'un régulateur ne suffit plus, on lui adjoindra un « ballast », qui créera ainsi un régulateur de puissance. Dans notre cas, le régulateur se charge de 1/5 du courant. Comme le courant est le même à l'entrée du régulateur, il développera aux bornes de R1 une tension suffisante pour faire conduire le transistor de puissance. Le courant de sortie disponible sera de 9 A avec les valeurs indiquées et un transistor 2N4398. R3 limitera le courant maximum et autorisera un courant de court-circuit réduit à 5,5 A.

Figure 9

 


Alimentation symétrique avec un simple transformateur (fig 10) :
  Comment obtenir deux tensions de signe opposé avec un transformateur à enroulement unique, sans utiliser le principe de la figure 4 ? Il suffit de recréer un signal alternatif flottant par rapport à la masse à l’aide de deux capacités d'isolement. Ensuite un pont de diodes et une capacité de découplage. On notera les relations entre ces capacités, et, pour un ordre d'idée, avec C = 470 uF, un courant de 30 mA est possible sans ondulation résiduelle trop élevée. La valeur de C déterminera directement le courant maximum, qui restera faible toutefois !
  A noter que la tension négative peut être totalement flottante par rapport à la masse !

Figure 10

 


Alimentation symétrique avec un LM380 (fig 11) :
  Un autre moyen de créer deux tensions symétriques et mettant en oeuvre un ampli-op a été décrit en figure 3. L'idée est venue d'utiliser un ampli LM380 pour réaliser ce montage et bénéficier de courants plus élevés dans la masse. On ajustera R pour obtenir une tension symétrique. Il est possible d'utiliser ce montage avec un transfo à enroulement unique ou avec des piles.

Figure 11

 


Générateur de courant constant (fig 12) :
  Avec un régulateur de tension intégré, il est possible de réaliser un générateur de courant comme indiqué dans ce montage. La tension régulée du régulateur, Vreg, se retrouve aux bornes de R et y crée donc un courant constant de Vreg/R. Le courant de la broche contrôle restant faible, c'est le courant I disponible en sortie. On notera la tension maximum en sortie à vide de U – Vreg - 3V environ. Le courant est aussi limité par le courant maximum du régulateur. Pour éviter une puissance trop élevée pour R, on choisira un régulateur de tension Vreg minimale (7805 : 5 V ; LM317 : 1,2 V...).

Figure 12

 


Régulation de tension (fig 14) :
  Le condensateur de 0,22 uF sera nécessaire si les liaisons sont longues jusqu'au transfo, via le redresseur filtrage.

Figure 14

 


Sources de courant de précision (fig 13 a et b) :
  Ces deux générateurs ne se différencient que par le sens du courant I délivré. Le FET associé au transistor limite au minimum le courant consommé sur l'ampli-op et pourrait être remplacé par un bon Darlington. Cet ensemble forme avec l'ampli-op un espèce d'ampli-op de puissance qui pourrait délivrer jusqu'à 200 mA (attention à la dissipation dans le 2N2219 !). Ainsi, la tension Vin se retrouve aux bornes de R et y crée un courant I = Vin/R. On notera Vin > 0V et Vin < 0V respectivement en figures 13a et 13b.

Figure 13a

 

Figure 13b

 

 

Auteur : P.Wallerich
Article tiré de la revue Electronique Pratique : n°101 - Février 1987

 


 


 

 

 


 


 


 



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