Alimentations stabilisées

TABLE DES MATIERES

1 ) DEFINITION page 2

2 ) STABILISATION SERIE PAR ZENER page 2

2.1 ) Etude statique page 2

2.2 ) Coefficients de stabilisation page 3

2.3 ) Etude dynamique page 3

3 ) STABILISATION SERIE SIMPLE page 4

AVEC TRANSISTOR BALLAST

3.1 ) Etude de la sortie du montage page 4

3.2 ) Etude des contraintes appliquées au transistor page 4 3.3 ) Résistance de sortie de l’alimentation stabilisée page 5

4 ) STABILISATION SERIE AMELIOREE page 5

AVEC TRANSISTOR BALLAST

1 ) DEFINITION

La stabilisation permet d’obtenir une tension ‘’la plus continue possible’’ malgré des

‘’perturbations extérieures » »

On utilise les caractéristiques intrinsèques d’un composant stabilisateur ( diode zéner ).

2 ) STABILISATION SERIE PAR ZENER

S Z

E I I

I = + et V_E =V_Rp +V_s 2.1 ) Etude statique

2.1.1 ) STABILISATION AMONT

VS est constante donc I_S est constante

V

E varie mais V_S est constante donc

I

_E varie et I_Z =I_E −I_S varie

max

min E E

E V V

V < <

2.1.2 ) STABILISATION AVALE

V

E est constante et V_S est constante donc

I

_E est constante.

R varie donc I_S varie mais V_S est constante donc I_Z =I_E −I_S varie

max

min S S

S I I

I < <

min E

E

V

V =

^et

I

Z

= I

Zmin

) ( _min

max min

min Z p Z S

E V R I I

V = + × +

S Z

Z E

p

I I

V R V

+

= −

⇒

min min min

max

Sinon non fonctionnement

max E

E V

V = et I_Z =I_Zmax

) ( _max

min max

max Z p Z S

E V R I I

V = + × +

S Z

Z E

p

I I

V R V

+

= −

⇒

max max max

min

Sinon destruction

min S

S I

I = et I_Z =I_Zmax

) ( _{max min}

min

max p Z S

Z

E V R I I

V = + × +

min max

max min

S Z

Z E

p

I I

V R V

+

= −

⇒

Sinon destruction

=max

IS et

I

_Z

= I

_Zmin

) ( _{min max}

max

min p Z S

Z

E V R I I

V = + × +

max min

min max

S Z

Z E

p

I I

V R V

+

= −

⇒

Sinon non fonctionnement

2.1.3 ) STABILISATION AMONT-AVALE

On se place dans les pires des cas soient V_Emax et I_Smin

min

V

E et I_Smax

Remarque pratique pour les calculs:

V

Z variant peu, on peut prendre V_Zmin =V_Zmax =V_Z constructeur mA

I_Zmin ≈ 1

max =

IZ donnée constructeur 2.2 ) Coefficients de stabilisation

2.2.1 ) COEFFICIENT DE STABILISATION AMONT

E S

V amont V

∆

= ∆

α

= régulation ligne sans unité

2.2.2 ) COEFFICIENT DE STABILISATION AVALE

S S

I aval V

∆

= ∆

α

= régulation de charge en

V A

2.3 ) Etude dynamique

2.4 ) Puissance maximale

0<I_S <I_Smax P_Smax =V_Z ×I_Zmax

min max

max max

min

S Z

Z E

p

I I

V R V

+

= −

max min

min min

max

S Z

Z E

p I I

V R V

+

= −

Sinon destruction Sinon non fonctionnement

p Z

S R R

R = //

R R Rp

R

_E

= +

_Z

//

3 ) STABILISATION SERIE SIMPLE AVEC TRANSISTOR BALLAST

2

=

U

12V

V

Z

=

10V

I

ZM

=

105 mA rz = 10 Ω Tz = 2N2219

β

=^{200 P}TZ_maxN =0,8^W VBE=0,6V Le fonctionnement du transistor est linéaire.

S P

E I I

I = + I_S =

β

×I_B

I

P

= I

Z

+ I

B s

CE

E V V

V = + V_S +V_BE =V_Z

V

_E

= R

_P

× I

_P

+ V

_Z VS =R×IS

3.1 ) Etude de la sortie du montage te

cons V

V

V_S = _Z − _BE = tan car

V

Z

=

constante et

V

BE

=

constante = 0,6V.

AN : VS = 9,4V

)

( _{P Z}

B

S I I I

I =

β

× =

β

× − ^or

= − =

P Z E

P

R

V

I V

constante donc

β

S P Z

I I

I = −

Si I_S =I_Smax, alors

I

_Z

= I

_Zmin et réciproquement.

B S

S S

S V I V I

P = × = ×

β

× PSmax =^????

max

max Z

S I

I =

β

× P_Smax =

β

×(V_Z −V_BE)×I_Zmax ≈

β

×V_Z ×I_Zmax

AN : PSmax = 197,4 W

max S S max

S V I

P = ×

S S

S

V

I max = P

^max

AN : I_Smax = 21 A 3.2 ) Etude des contraintes appliquées au transistor

S CE

TZ V I

P = × V_CE =V_E −V_S P_TZmax =V_CEmax×I_Smax =(V_Emax −V_S)×I_Smax AN : PTZmax = 146,4 W

Conclusion : il est évident que le transistor ne peut pas supporter cette puissance Si P_TZmaxN =0,8W , alors I_Smax =114mA Dans ces conditions, P_Smax =1W

En équipant le transistor d’un radiateur, on peut augmenter sa puissance dissipable maximale donc augmenter la puissance de sortie maximale.

Exemple : Si P_TZmaxN =10W , alors I_Smax =1,32 A Dans ces conditions, P_Smax =12,4W 3.3 ) Résistance de sortie de l’alimentation stabilisée

B z BE

z s z B z B BE

s V r I r I V V V V r r I

V =− ₀ − × − × + ₀ ⇒ = ₀ − ₀ −( + )×

or I_S ≈β×I_B donc S

Z BE

Z

S r r I

V V

V ×

β

− +

−

= 0 0

de forme V_S =E_TH −r_S ×I_S avec

β

= + ^Z

S

r

r r et E_TH =V_Z0 −V_BE0

B B Z S

S

S

i

i r r i

r v

× β

−

× +

= −

= − ( )

β

= + ^Z

S

r r r

4 ) STABILISATION SERIE AMELIOREE AVEC TRANSISTOR BALLAST

Le transistor doit être en régime linéaire ( I_C =β×I_B ) quel que soit la charge et même si elle est retirée. On rajoute une résistance

R

_Eà la sortie qui assure le bon fonctionnement à vide de l’alimentation.

La limitation de puissance de la sortie est due à la puissance dissipée dans le transistor.

Le courant de sortie n’étant évidemment pas modifiable, il faut réduire la tension aux bornes du transistor. On peut rajouter une résistance R qui chute de la tension donc diminue V_{C CE} quand I_S augmente

En cas de court-circuit, le transistor dissipe une trop forte puissance ( le courant n’est pas limité ).Pour éviter cela, on limite le courant de court-circuit I_CC à une valeur raisonnable pour le transistor ( P_TZCC =V_E ×I_CC ).

CC BETZ

CC

R

I = V

²

On peut imaginer une alimentation stabilisée à tension de sortie variable selon le schéma suivant :