ALIMENTATION STABILISEE EN TENSION
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<strong>ALIM<strong>EN</strong>TATION</strong> <strong>STABILISEE</strong> <strong>EN</strong> T<strong>EN</strong>SION<br />
Le but de ce TP est de:<br />
- créer un générateur de tension stabilisée pouvant délivrer une puissance de 1W<br />
- caractériser quantitativement cette stabilisation<br />
1 - Alimentation stabilisée par une Zener seule<br />
Montage et analyse du montage<br />
Le montage précédent, pont de Graetz et condensateur de 4,7 ou 10 µF, est considéré comme un<br />
quadripôle Q l .<br />
A l'entrée de Q l , on applique la tension de sortie du secondaire d'un transformateur 220 V / 24 V. A<br />
la sortie du quadripôle, on place en série une diode Zener régulatrice BZX d'une dizaine de volts et<br />
sa résistance de protection R.<br />
Figure 1 - Alimentation stabilisée par une Zener seule<br />
Sachant que la diode ne peut pas dissiper une puissance supérieure à 1,3 watt, quelle est la valeur<br />
minimale à donner à la résistance de protection R (résistance radio 0,25 ou 0,50 watt) ? Si on donne<br />
à R la valeur 2KΩ, sous quelle tension maximale faut-il alimenter ce circuit?<br />
Le secondaire du transformateur délivre des tensions de 3V, 6V, 9V, 12V, 18V et 24V, déterminer<br />
l'intervalle dans lequel doit se situer la valeur de la résistance de charge Rco pour que cette<br />
alimentation réalisée avec une diode Zener de 10 volts fournisse toujours une tension stabilisée<br />
(voir annexe).<br />
Mesures<br />
- Prendre pour Rc une valeur égale à 2Rco. Mesurer l'influence sur la tension de sortie U s<br />
(composante continue et composante variable) des variations de la tension d'entrée (changer la<br />
sortie du transformateur).<br />
- Utiliser la sortie 18 V du générateur alternatif, mesurer l'influence sur les tensions U s et U e<br />
(composante continue et composante variable) des variations de la résistance de charge.<br />
Interprétation<br />
- Rechercher expérimentalement la valeur minimale de la résistance de charge en dessous de<br />
laquelle l'alimentation n'est plus stabilisée. Comparer les valeurs théorique et expérimentale<br />
- Caractériser quantitativement la stabilisation. En déduire la résistance dynamique de la diode<br />
Zener.<br />
- Tracer sur un même graphique les courbes expérimentales et théoriques donnant l'évolution de la<br />
partie continue et de la partie variable de la tension de sortie en fonction de la résistance de charge.<br />
Alimentation stabilisée en tension 1<br />
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble
2 - Alimentation continue réalisée avec une Zener et un transistor<br />
Montage et analyse<br />
Pour diminuer la sensibilité de l'alimentation à la charge, réaliser le montage ci-dessous. ( On utilise<br />
un condensateur de 100µF)<br />
Figure 2 - Alimentation stabilisée par une Zener et un transistor<br />
La résistance Rb vaut 2,2 kΩ ; Rl vaut 1 kΩ pour le transistor 2N 2219 A et 100 Ω pour le<br />
transistor BD 137 ( ce sont des NPN). Rc prendra différentes valeurs.<br />
Calculer, en vous référant à l'annexe, les caractéristiques de cette alimentation en fonction des<br />
valeurs des paramètres.<br />
Mesure<br />
Déterminer expérimentalement les caractéristiques de cette alimentation.<br />
- Rechercher le domaine où cette alimentation est stabilisée.<br />
- Mesurer la partie continue et variable des tensions de sortie et d'entrée..<br />
- Déterminer son taux de stabilisation.<br />
- Déterminer la puissance maximale que peut délivrer cette alimentation stabilisée.<br />
Comparer ces valeurs aux valeurs théoriques et à celles obtenues avec le montage précédent.<br />
Conclure.<br />
Prolongement<br />
Remplacer la partie régulation du montage précédent par un régulateur du commerce et comparer<br />
rapidement les performances.<br />
Alimentation stabilisée en tension 2<br />
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble
Annexe - Alimentations stabilisées<br />
1 - Alimentation stabilisée en tension réalisée à l'aide d'une Zener seule<br />
1-1) Tension de sortie et domaine de fonctionnement en alimentation stabilisée.<br />
On suppose tout d'abord qu'il n'y a pas dans ce circuit de diode Zener. (sur le schéma : interrupteur<br />
ouvert.) La tension aux bornes de la résistance Rc est<br />
R<br />
U(R c ) = U c e<br />
R +R c<br />
Si l'on ferme l'interrupteur trois situations peuvent se présenter.<br />
- Soit U(Rc) < U z : La tension Zener n'est pas atteinte. Aucun courant ne traverse la diode.<br />
La diode ne peut pas jouer un rôle de régulateur. La tension de sortie est égale à U(Rc)<br />
- Soit U(Rc) > U z : La Zener maintient la tension à la valeur U z . La tension de sortie est<br />
égale à U z<br />
- Soit U(Rc) = U z : On peut calculer La valeur R co de la résistance R c telle que cette<br />
condition soit satisfaite.<br />
U z = U e<br />
R c<br />
R + R c<br />
soit R c0 = R U z<br />
U e −U z<br />
1-2) Puissance maximale<br />
Lorsqu'elle est stabilisée cette alimentation délivre une tension constante et une puissance qui sera<br />
d'autant plus importante que la charge sera plus faible.<br />
P max = U z 2<br />
soit P<br />
R max = U z( U e − U z )<br />
c0 R c0<br />
1-3) Ondulation et taux de stabilisation<br />
La charge et la décharge du condensateur engendre une ondulation de la tension d'entrée et donc<br />
une ondulation de la tension aux bornes de la diode Zener. Le courant de décharge est presque<br />
constant et il est le même quelque soit la valeur de la résistance de charge.<br />
( )<br />
I c = U e − U z<br />
R<br />
Ce qui entraîne une variation de la tension aux bornes du condensateur<br />
( )<br />
∆U e = U e −U z<br />
∆t<br />
C R<br />
et une variation du courant qui traverse la résistance R<br />
Dans le cas où la résistance R c est grande, la quasi totalité du courant traverse la diode Zener. En<br />
modélisant la caractéristique de cette diode par une portion de droite de résistance dynamique ρ, on<br />
peut écrire alors<br />
∆U z =<br />
ρ<br />
ρ+ R ∆U e<br />
Le rapport a, des variations des tensions Uz et Ue, caractérise la stabilisation de la tension liée à<br />
l'utilisation conjointe de la diode Zener et de sa résistance de protection dans ce circuit<br />
ρ<br />
a =<br />
ρ+ R<br />
Si ρ est de quelques dizaines d'ohms, R de quelques milliers d'ohms, et si l'ondulation de U e est<br />
d'une dizaine de volts, l'ondulation de U z ne sera que de 0,1 V.<br />
Alimentation stabilisée en tension 3<br />
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble
Pour mesurer a, il faut faire en sorte que les variations de U e et de U z puissent avoir des valeurs<br />
mesurables. On utilisera des condensateurs de faible capacité (10 µF)<br />
2 - Alimentation stabilisée en tension réalisée à l'aide d'une diode Zener et d'un<br />
transistor<br />
2-1) Tension délivrée<br />
On s'intéresse à la portion de circuit contenant des composants aux bornes des quelles la tension<br />
reste constante et indépendante de l'intensité des courants qui les traversent. On s'intéresse à la<br />
portion de circuit contenant la diode Zener, la résistance de charge, la base et l'émetteur du<br />
transistor ce qui permet d'écrire l'égalité<br />
U s = U z - U CE<br />
Donc la tension de sortie peut être constante et sa valeur est alors à peu près égale à la tension<br />
Zener Uz diminuée de 0,6 V.<br />
2-2) Domaine où cette alimentation est stabilisée<br />
Lorsqu'une résistance est branchée aux bornes de cette alimentation stabilisée, le courant qui<br />
traverse le transistor est constant même si la tension à ses bornes varie du fait de la charge et de la<br />
décharge du condensateur. Lorsque la tension aux bornes du transistor devient nulle, le transistor ne<br />
peut plus assurer la stabilisation de la tension, ce qui se traduit par la condition<br />
U CE<br />
> 0<br />
ce qui entraîne<br />
U e - U s = U e - U z + 0,7= U CE<br />
> 0<br />
et cette condition doit être satisfaite à tout moment.<br />
Les variations de la tension d'entrée sont liées à la décharge du condensateur dans la résistance de<br />
charge principalement. On peut déterminer l'incidence de ce courant sur les variations de tensions<br />
aux bornes du condensateur compte tenu de sa capacité<br />
∆U e = ∆Q C = I∆t (<br />
C = U z − U seuil )<br />
∆t > ( U e − U)<br />
C R c<br />
On en déduit la valeur minimale de la résistance pour laquelle cette relation est satisfaite.<br />
' ( U<br />
R c0 = z −U seuil )<br />
C ( U e − U z + 0,7) ∆t<br />
On peut rendre cette résistance beaucoup plus petite que la résistance R co calculée dans la fiche<br />
précédente en utilisant un condensateur de grande capacité.<br />
Alimentation stabilisée en tension 4<br />
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