LES RÉGULATEURS INTÉGRÉS

 

Pourquoi "intégré"? Parce que ces composants sont en fait constitués de tout un circuit electronique intégré dans un seul et même boîtier. Ces régulateurs sont donc en fait des circuits intégrés à part entière.

Que régulent ces régulateurs? Ils régule la tension entre la broche de sortie S et leurs broche de "référence" M.
Ces régulateurs ressemblent beaucoup à des transistors... Mais ne vous trompez pas.


Comment est fait un régulateur intégré?


Voici le schéma fonctionnel d'un régulateur.
Le principe est simple: Us agit sur E1. En effet, E1 et Us ne sont lié que par la relation du pont diviseur de tension. Par exemple: Si on veut Us=5V. On va mettre, par exemple, R1=R2=1Mégohm (grosse valeur pour éviter de perdre trop de courant). On à donc:
E1 = Us . [R2 / (R2 + R1)]
Donc, E1 = Us . [1MW / (1MW + 1MW)]
On a donc: E1 = (1/2)Us. Donc, dans le cas idéal (lorsque Us correspond à la tension voulue, c'est à dire, 5V), on a E1=2,5V.
Ref. fournit une tension fixe de référence. Ici donc, 2,5V.
Ensuite, l'amplificateur différentiel (aussi appelé "amplification d'erreur") va amplifier ma différence de tension enter la tension de référence E0 et la tension E1. Cet amplificateur commande ensuite un transistor dit "transistor ballast"
B est le fameux transistor ballast. Il agit sur Us en fonction de la commande reçue en provenance de l'amplificateur d'erreur.
Maintenant, on branche une résistance entre la sortie de ce régulateur et la masse. On aura donc Us=5V (si c'est un régulateur 5V).
On diminue cette résistance. Que se passe-t-il? Dans un premier temps, Us va diminuer. Ce qui aura pour effet de faire diminuer E1. On a donc E1<E0. L'amplificateur d'erreur -qui compare E0 et E1- va détecter cette chute et envoyer du courant dans la base du transistor-ballast. Le transistor qui est alors plus solliciter va augmenter le courant qui le traverse (entre le collecteur et l'émetteur) Le courant de sortie du régulateur va donc augmenter: Courant plus fort sur une résistance plus faible: on retombe sur nos pieds (puisque Us=R.Is, si R diminue mais que Is augmente, tout se compense).
Et maintenant, on remet la résistance d'origine. Alors, dans un premier temps, Us augmente. Ce qui a pour effet d'augmenter E1. On a E1>E0, l'amplificateur d'erreur va donc "freiner" le ballast. Celui-ci va donc envoyer moins de courant. Et moins de courant pour une résistance plus élevée... On retrouve donc toujours Us stable (sauf au moment du "changement" de la résistance de sortie... Et c'est là le défaut d'un régulateur. Mais on peut atténuer ce défaut).
Bon, je sais, vous allez me dire "Mais E0 -La tension de référence- est déjà une tension stabilisée... Pourquoi ne pas l'utiliser directement?" Vous allez comprendre...

Pour créer la tension de référence, on utilise une diode zener (DZ1). Utiliser E0 directement (Ici E0 est donc Us). Problème: DZ consomme du courant en quantité non négligeable: le montage consomme (par DZ1) sans pour autant être efficace (il ne reste plus grand chose pour R2). La solution pour éviter une trop grande consommation est d'augmenter la valeur de la résistance de protection R1. Dans ce cas, le montage consomme certes moins de courant, mais il n'y a pas plus de courant pour R2...
Que faire alors?
En fait, on utilise tout simplement ce montage:
Ici, on peut mettre R3 à une valeur élevée: Cela évitera donc la consommation trop importante de courant. Le courant disponible pour l'AO est alors certes faible, mais l'AO à un avantage très intéressant: Il n'a pas besoin de beaucoup de courant en entrée... On considère même que le courant d'entrée de l'AO est nul (car il est tellement faible qu'il est négligeable). On peut donc avoir R3 à une valeur très élevée sans problème. De même, le pont R1-R2 peut lui aussi être constitué de résistances élevées (d'où la valeur de 1 mégohm que j'ai choisis plus haut).
On reprend donc l'explication plus haut: Si on fixe R1=R2, on a E1=0,5.Us. Si le régulateur est prévu pour réguler en 5V, on choisira D1 (une diode zener) d'une valeur de 2,5V (donc, E0=2,5V). Comme E1=0,5.Us, en temps normal, on a Us=5V => E1 = 2,5V.
On a donc E0=E1. La différence entre les deux est nulle et l'AO commande le transistor de telle manière que celui-ci sorte un courant I2 qui permet d'avoir Us=5V.
En augmentant la résistance de charge (non représenté ici. Cette résistance est en fait tout le montage derrière -je parle d'augmenter la résistance, mais cela revient au fait que le montage qui est derrière consomme moins de courant...-), on aura donc Us qui va augmenter (ben oui: Us=I2.R. Si R augmente alors que I2 ne bouge pas, Us augmente). E1 va alors augmenter et l'AO va commander au transistor d'envoyer moins de courant.
Si le transistor envois moins de courant; alors, Us va diminuer (Us=I2.R. Si I2 diminue, Us diminue...) et va donc faire diminuer E1 jusqu'à avoir E1=E0=2,5V (donc, Us=5V).
On a donc un pic de tension sur Us lorsque la résistance à augmentée (ou lorsque le montage qui est derrière s'est mis à moins consommer).
On peut améliorer ce système grâce à un condensateur derrière qui va "absorber" le pic.
A l'inverse, si le montage demande plus de courant, Us va diminuer (puis se re-stabiliser). On aura donc là aussi un "pic" (mais "a l'envers": on l'appelle "pic négatif" même si la tension reste positive). Avec un condensateur derrière, ça va permettre de diminuer ce pic (car le condensateur va se décharger afin de fournir provisoirement le courant manquant).
Tout ce système (Diode zener + résistances + AO + transistor) est intégré dans un seul boîtier (qui ressemble fort à un transistor). Souvent, le système intègre également une protection contre les court-circuits (c'est fous tout ce qu'on peut mettre dans une petite boite :-) et encore, le schéma est simplifié... Il peut y avoir 18 transistors, 22 résistances et 3 diode zener! (régulateur de type 79Lxx) Tout ça dans un truc pas plus grand que l'ongle...).


Utilisation d'un régulateur



Augmenter la tension de sortie

Un régulateur régule (sans blague...). Plus précisément, il stabilise la tension qui se trouve ENTRE LA BROCHE DE SORTIE "S" ET LA BROCHE DE RÉFÉRENCE "M".
C'est à dire que si vous prenez un régulateur 12V, et que vous mettez sa broche M à 1V, vous avez une tension régulée de 13V (à gauche).


Concrètement, vous pouvez mettre une diode entre la broche M et la masse. Si vous utilisez un régulateur 8V, vous aurez ainsi environ 8,6V en sortie (à droite).
Et vous pouvez aussi mettre 2 diodes. Ainsi, avec un régulateur 8V, vous aurez en sortie 8+0,6+0,6=9,2V... Et ainsi de suite... vous pouvez mettre 3,4 ou 5 diodes...
Bon, évidemment, vous ne pourrez aller que de 0,6V en 0,7V. On peut mieux faire.
L'idéal, ça serait d'envoyer sur M une tension fixe (comme ci-dessus, on a fixé à 1V la patte M). Comment faire pour obtenir cette tension fixe? Tout simplement, on va utiliser la sortie du régulateur et abaisser cette tension grâce à un pont diviseur. Et comment calculer R1 et R2? En effet, la tension de sortie Us dépend de la tensions sur M (la tension aux bornes de R2), qui elle-même dépend de R1, R2 et...de la tension Us... Alors, c'est un petit casse-tête. Heureusement, je vais vous livrer les formules sur un plateau:
En fait, Us = Vreg . [(R2 / R1) + 1].
Vreg est la tension du régulateur (celle que fournit le régulateur entre S et M; par exemple, un régulateur 7805 fournit une tension de 5V, donc, Vreg=5V). On peut donc trouver:
R1 = Vreg / 0,025
R2 = (Us - Vreg) / 0,025
(0,025 est la valeur du courant (en ampère => donc 25mA) qui passera dans R1, R2 et sur la patte M du régulateur)
Il est ainsi possible de réaliser une alimentation variable en remplaçant R2 par un potentiomètre:


Dans ce cas, on a R = Vreg / 0,025
Et P = (Usmax-Vreg) / 0,025
(Ou Usmax est la valeur maximale que l'on veut pour Us. Us pourra donc varier entre Vreg et Usmax).

Les condensateurs d'entrée et de sortie

Alors, Ce se calcule de la manière suivante:
Cemin = (0,02 . Is) / Ue
Is est la tension maxi que peut débiter le régulateur et Ue est la valeur de la tension d'entrée...
Avec Ue en volts et Is en ampères, on à Cemin en Farads (Oui, Cemin: si l'on ne trouve pas la valeur calculée, on choisira un condensateur ayant une valeur supérieure à celle calculée)
A partir de là, on peut trouver Cs dont la valeur doit être 10 fois inférieures à celle de Ce.
Exemple: Le régulateur peut débiter 1A. On applique une tension de 15V sur l'entrée.
On a alors Cemin = (0,02 .1) / 15 = 0,02 / 15 = 0,0013 F, soit 1333µF
Comme 1333µF n'est pas une valeur normalisée, vous pourrez prendre 2200µF (1333µF est la valeur minimale (il s'agit de Cemin) du condensateur, on prend donc une valeur supérieure à celle calculée).
On prendra donc Cs = 220µF. (2200/10=220...)
Quant aux condensateurs C, on prend généralement 100nF comme valeur. Il est préférable de mettre ces condensateurs (élimination des parasites et tous ces trucs sympas)
PRÉCISION: Si Ce et Cs se branchent entre les pattes du régulateur et la masse, les condensateurs C se branchent entre les pattes du régulateur (E et S) et la patte M...
Lorsque M est à la masse, il n'y a pas de différence, mais il y en a une si M n'est pas directement à la masse (quand on veut augmenter la tension de sortie par exemple, comme les schémas ci-dessus). Donc, Ce et Cs à la masse, et C à la patte M.


Les différents types de régulateurs



Un régulateur se reconnaît grâce à son numéro.
Les deux premiers chiffres indiquent le type de régulateur: positif ou négatif (c'est à dire s'il va sortir une tension positive entre S et M (VS>VM) ou s'il va sortir une tension négative entre S et M (VS<VM). Les régulateurs "78" sont des régulateurs positifs. Les "79" sont des régulateurs négatifs.
Les deux derniers chiffres indiquent la tension de sortie: 05, 08, 12, 15,18 ou 24 volts.
Ainsi, le régulateur 7805 à une tension de sortie de +5V entre S et M (USM = +5V)
En revanche, le régulateur 7912 nous donne une tension USM = -12V
Entre les deux premiers et les deux derniers chiffres, on peut parfois trouver un L (comme "Low"). Ce L indique que le courant que peut débiter le régulateur est dix fois moindre que les régulateurs sans le L. (un régulateur faible courant est limité à 0,1A contre 1A pour les autres).
Ainsi, le régulateur 7824 peut sortir du 24V/1A (USM = 24 V et Ismax = 1A) alors que le 79L08 peut sortir du -8V/0,1A (USM = -8V et Ismax = 0,1A)
On trouve donc les régulateurs suivants:

Type

USM

Ismax

type

USM

Ismax

Boitier

78L05

+5V

100mA

79L05

-5V

100mA

1

78L08

+8V

100mA

79L08

-8V

100mA

1

78L09

+9V

100mA

79L09

-9V

100mA

1

78L10

+10V

100mA

79L10

-10V

100mA

1

78L12

+12V

100mA

79L12

-12V

100mA

1

78L15

+15V

100mA

79L15

-15V

100mA

1

78L18

+18V

100mA

79L18

-18V

100mA

1

78L24

+24V

100mA

79L24

-24V

100mA

1

78M05

+5V

500mA

79M05

-5V

500mA

2

78M08

+8V

500mA

79M08

-8V

500mA

2

78M09

+9V

500mA

79M09

-9V

500mA

2

78M10

+10V

500mA

79M10

-10V

500mA

2

78M12

+12V

500mA

79M12

-12V

500mA

2

78M15

+15V

500mA

79M15

-15V

500mA

2

78M18

+18V

500mA

79M18

-18V

500mA

2

78M24

+24V

500mA

79M24

-24V

500mA

2

7805

+5V

1A

7905

-5V

1A

2

7808

+8V

1A

7908

-8V

1A

2

7809

+9V

1A

7909

-9V

1A

2

7810

+10V

1A

7910

-10V

1A

2

7812

+12V

1A

7912

-12V

1A

2

7815

+15V

1A

7915

-15V

1A

2

7818

+18V

1A

7918

-18V

1A

2

7824

+24V

1A

7924

-24V

1A

2

78S05

+5V

2A

79S05

-5V

2A

2

78S08

+8V

2A

79S08

-8V

2A

2

78S09

+9V

2A

79S09

-9V

2A

2

78S10

+10V

2A

79S10

-10V

2A

2

78S12

+12V

2A

79S12

-12V

2A

2

78S15

+15V

2A

79S15

-15V

2A

2

78S18

+18V

2A

79S18

-18V

2A

2

78S24

+24V

2A

79S24

-24V

2A

2

78T05

+5V

3A

79T05

-5V

3A

2

78T08

+8V

3A

79T08

-8V

3A

2

78T09

+9V

3A

79T09

-9V

3A

2

78T10

+10V

3A

79T10

-10V

3A

2

78T12

+12V

3A

79T12

-12V

3A

2

78T15

+15V

3A

79T15

-15V

3A

2

78T18

+18V

3A

79T18

-18V

3A

2

78T24

+24V

3A

79T24

-24V

3A

2

78H05

+5V

5A

3

78H12

+12V

5A

3

78H15

+15V

5A

3

78H24

+24V

5A

3

78P05

+5V

10A

3

78P12

+12V

10A

3

78P15

+15V

10A

3

78P24

+24V

10A

3

Enfin, voici le brochage des différents régulateurs:


1-Entrée
2-Sortie
3-Masse


1-Masse
2-Sortie
3-Entrée

Brochage
N°1
Régulateurs
positifs

Brochage
N°1
Régulateurs
négatifs

Brochage
N°2
Régulateurs
positifs

Brochage
N°2
Régulateurs
négatifs

Brochage
N°3
Régulateurs
positifs

Brochage
N°3
Régulateurs
négatifs



Voir aussi cette page sur les 78xx

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