Circuits de puissance

Royaume du Maroc
OFFICE DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE ET DE LA PROMOTION DU TRAVAIL
MODULE 09
Circuits de puissance
Travail Pratique
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Première Année
Programme de Formation des Techniciens Spécialisés en
Électronique
DIRECTION DE LA RECHERCHE ET INGENIERIE DE LA FORMATION
Septembre 1995
CIRCUITS DE PUISSANCE
TRAVAIL PRATIQUE
Régulateurs Linéaires à composants discrets
TECCART INTERNATIONAL 2000 inc.
3155, boul. Hochelaga,
Montréal, Québec (Canada)
H1W 1G4
RÉDACTION
Pierre Asselin, Annie Roy & Yves Tessier,
tiré d’un document original de Robet Pesant, Rémi Gaudreau & José Corréia
DESSINS ET CONCEPTION GRAPHIQUE
Rémi Gaudreau
RÉVISION TECHNIQUE
Pierre Asselin
RÉVISION LINGUISTIQUE
François Gaudreau
Nadia Jumaire
COMMISSION DE VALIDATION
Formateurs de l'OFPPT
Les droits de reproduction et de diffusion de ce document sont cédés par Teccart
International 2000 inc. à l’Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion
du Travail du Royaume du Maroc, pour sa propre utilisation au Maroc.
Mis à part l’OFPPT, toute reproduction, en tout ou en partie, par quelque procédé
que ce soit, est interdite.
Tp1_Cp.Doc, imprimé à Montréal, le 15 avril 2017
TABLE DES MATIÈRES
1. RÉGULATEURS LINÉAIRES À COMPOSANTS DISCRETS
1-1
1.1 Informations générales
1.1.1 Compétences visées
1.1.2 Critères particuliers de performance
1.1.3 Durée du travail pratique
1.1.4 Matériel nécessaire, par équipe
1.1.5 Directives
1.1.6 Évaluation (formative ou sommative selon le cas)
1.1.7 Points particuliers à surveiller
1-1
1-1
1-1
1-1
1-1
1-2
1-2
1-2
1.2 Comment mesurer les caractéristiques d’un régulateur
1.2.1 La courbe de sortie Uo vs Io
1.2.2 La régulation de ligne
1.2.3 Le taux de réjection de l'ondulation d'entrée:
1-3
1-3
1-3
1-4
1.3 Redressement et filtrage
1.3.1 Questions
1-4
1-5
1.4 Régulateur #1
1.4.1 Questions:
1-6
1-6
1.5 Comment tracer la courbe Uo vs Io?
1.5.1 Principe de fonctionnement de la charge dynamique:
1.5.2 Comment utiliser la charge dynamique:
1.5.3 Essai pratique de la charge dynamique:
1-7
1-7
1-7
1-8
1.6 Comment évaluer Ro?
1-9
1.7 Comment évaluer le taux de réjection de l’ondulation?
1-10
1.8 Comment évaluer la régulation de ligne
1-11
1.9 Régulateur #2.
1.9.1 Analyse théorique
1-12
1-12
1.10 Régulateur #3.
1.10.1 Solution
1-14
1-14
1.11 Conclusion
1-16
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1. Régulateurs Linéaires à composants discrets
1.1 Informations générales
1.1.1 Compétences visées

Rendre opérationnels des circuits de régulation linéaire à composants discrets.
1.1.2 Critères particuliers de performance






Montage fonctionnel du filtrage, de la régulation;
Utilisation correcte des instruments de mesure;
Calcul exact des tensions;
Démonstration rigoureuse du fonctionnement;
Réalisation soignée d’une alimentation électronique à partir du secteur alternatif;
Prédiction exacte des limites opérationnelles: tension et courant.
1.1.3 Durée du travail pratique

La durée du travail pratique est de 6 à 8 heures.
1.1.4 Matériel nécessaire, par équipe











Transformateur 220Vca à approximativement 12.6Vca ou équivalent;
4 diodes redresseuses 1N4004 ou équivalent;
Une diode Zener 5.1V 1N4733 ou équivalent;
1000F, 100F;
3 x 1k, 3, 1k2, 2 x 1, ¼W; 10 / 1W;
amplifcateur opérationnel 741 ou équivalent;
bloc d’alimentation C.C. bipolaire;
générateur de fonctions
plaquette de montage, pinces et fils;
multimètre et oscilloscope avec deux sondes;
Toute la documentation pertinente.
Régulateurs Linéaires
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OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.1.5 Directives


Le travail se fait en équipe de deux stagiaires, et chaque équipe doit réaliser, au
préalable, son circuit sur plaquette de montage.
Le rôle des formateurs est d’aider les stagiaires à atteindre les critères particuliers de
performance.
1.1.6 Évaluation (formative ou sommative selon le cas)




Ce travail pratique est formatif mais est quand même corrigé par le formateur.
Pendant le déroulement du laboratoire, vous aurez à faire vérifier votre travail et
votre compréhension. Des vérifications auront lieu à deux reprises. Elles sont
indiquées par des notes au bas des pages.
Lorsque vous aurez terminé ce travail pratique, vous devrez remettre, par écrit, vos
conclusions. Celles-ci devront commenter les particularités de certains montages
ainsi que les techniques employées pour évaluer leurs caractéristiques.
L’évaluation portera sur:
1- La lisibilité et la cohérence dans l’utilisation de la langue écrite et le respect
des consignes mentionnées ci-dessus ....................................................... 50%
2- La couverture du volet technique.............................................................. 50%
1.1.7 Points particuliers à surveiller

Une forme d’onde tracée correctement comprend:
1- une identification claire de sa provenance;
2- une onde de référence bien alignée si elle est synchronisée;
3- des échelles graduées de manière précise;
4- un tracé fidèle de la forme réelle de l’onde.

Une réponse est correcte si:
1- L’écriture est soignée et bien lisible;
2- Les phrases sont courtes, complètes et sans faute;
3- Le contenu de la réponse est sensé et sans ambiguïté.
Régulateurs Linéaires
Page 1-2
OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.2 Comment mesurer les caractéristiques d’un régulateur
Les trois caractéristiques des régulateurs de tension que nous mesurerons sont:
1.2.1 La courbe de sortie Uo vs Io



Le courant pleine charge Io(fl) correspond au courant lorsque Uo est sur le point de
descendre brusquement. Il peut également s’agir d’un pourcentage d'erreur toléré.
Le courant en court-circuit Io(sc) est le courant de sortie du régulateur au moment
où la sortie est court-circuitée.
La régulation de charge est:
Uo (nl )  Uo ( fl )
Reg(charge) 
x100
Uo ( fl )
Uo
Uo
Uo(nl)
Uo(f l)
Io
Io(fl)
Io(sc)
Io
Figure 1-1 : Courbe de régulation
1.2.2 La régulation de ligne




La tension de sortie d’un régulateur devrait rester stable malgré une variation de la
tension d’entrée.
Nous effectuerons le test en reliant une alimentation variable à l’entrée du régulateur
et un faisant la lecture de la tension de sortie du régulateur sous test avec un
voltmètre numérique.
La variation de la tension d’entrée pourrait aller de 1½ à 3 fois (si possible) la
tension nominale de sortie du régulateur pour faire ce test.
Le résultat s’exprime en %.
%Re g 
Régulateurs Linéaires
Vo
100
Vin
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OFPPT/TECCART
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1.2.3 Le taux de réjection de l'ondulation d'entrée:


Il faut que l’ondulation à la sortie soit la plus faible possible.
On peut calculer le taux de réjection de la façon suivante:
20log
ondulation(sortie)
ondulation(entree)

Le résultat s’exprime en dB.
A titre comparatif, nous ferons ce test avec un courant de sortie de 10mA pour tous les
régulateurs testés.
Ondulation
Vo
50 ou 100 Hz
T
Figure 1-2
1.3 Redressement et filtrage
Voici le schéma du circuit de redressement et filtrage que nous utiliserons pour alimenter
les régulateurs de ce laboratoire. Pourrez-vous répondre à ces quelques questions?
4 x 1N4004
+
220V CA
U(filtrée)
C
12.6V CA
Figure 1-3
Attention ce montage sera utilisé au prochain TP
Régulateurs Linéaires
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OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.3.1 Questions
S’agit-il d’un redressement demi-onde ou pleine-onde?
______________________________________________________________
Quel devrait être approximativement le niveau C.C. de sortie?
______________________________________________________________
Calculez C pour obtenir une ondulation d’environ 3Vc-c à un courant de sortie de 350
mA. Transformez la formule suivante et servez-vous en pour faire le calcul.
IC
V
T
donc C=
Quelle charge serait nécessaire pour vérifier si l’ondulation est bien d’environ 3Vc-c à un
courant de 350 mA?
______________________________________________________________
Quelle puissance, cette charge devrait-elle dissiper?
______________________________________________________________
Montez et vérifiez le bon fonctionnement du circuit de redressement et filtrage. Si vous
disposez de la charge requise pour vérifier le ronflement, alors allez-y. Sinon, attention,
vous pourriez vous brûler les doigts.
Régulateurs Linéaires
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OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.4 Régulateur #1
La figure suivante représente le modèle de régulateur le plus simple et aussi le moins
coûteux. Ses performances sont cependant très limitées.
3 x 1k, 1/4w
V(Régulée #1)
V(filtrée)
1N4733
Figure 1-4
Avec ce circuit, la tension de sortie est fixée par la tension Zener de la diode. Elle est
relativement stable tant que la diode Zener est convenablement polarisée. Montez le
circuit.
1.4.1 Questions:
Quelle est la tension moyenne C.C. de sortie?
Théorique: : __________
Pratique: : __________
Quel est le courant en court-circuit?
Théorique: : __________
Pratique: : __________
Quelle est la puissance dissipée par chaque résistance si la sortie est court-circuitée?
______________________________________________________________
Pourquoi utilise-t-on trois résistances en parallèle?
______________________________________________________________
Régulateurs Linéaires
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OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.5 Comment tracer la courbe Uo vs Io?
Voici le circuit qui nous permettra de tracer la courbe Uo vs Io des régulateurs de ce
laboratoire. Montez ce circuit.
V(Régulée #x)
Sur "Heat sink"
33R
Y
Régulateur
sous test
TIP
1kHz
X
1R
Détecteur de
courant
Ex: 50mV dans
1R = 50mA
+
Générateur de
fonction avec
contrôle d'offset
c.c..
Charge dynamique
Figure 1-5
1.5.1 Principe de fonctionnement de la charge dynamique:
Avant de relier le régulateur sous test, ajustez le générateur (offset et amplitude) afin
d’obtenir une rampe de tension variant de 0 à 100mV dans la 1 ohm. On obtient alors une
demande en courant variant de 0 à 100mA au collecteur du transistor. En reliant le
régulateur à tester au collecteur de ce transistor, le régulateur devra fournir le courant
demandé par le circuit de charge.
1.5.2 Comment utiliser la charge dynamique:
Pour visualiser la courbe à l’écran de l’oscilloscope, il suffit de:







Placer l’oscilloscope en mode X-Y.
Placer X et Y à GND, ajustez le point 0,0 en bas à gauche de l’écran.
Placer Y à 1V/Div et X à 10mV/Div, ce qui représente 10mA/Div.
Brancher la charge dynamique à la sortie du régulateur sous test.
Relier l’entrée Y à la sortie du régulateur sous test (lecture de la tension).
Relier l’entrée X aux bornes de la résistance permettant de détecter le courant tiré du
régulateur sous test (lecture du courant).
Calibrer l’oscilloscope et le générateur (offset, amplitude et fréquence) pour voir la
courbe complète.
Régulateurs Linéaires
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OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.5.3 Essai pratique de la charge dynamique:
Faites les branchements et les ajustements nécessaires pour tracer la courbe Uo vs Io du
régulateur #1 sur l’écran de l’oscilloscope.
Oscilloscope en mode X-Y
Vo(nl)
Y=1V/Div
Vo(f l)
5V
4V
Pente
due à Ro
3V
2V
1V
Io(sc)
0V
10mA
30mA
50mA
Ajustez le point
0,0 à cet endroit
70mA
X= 10mV/Div
= 10mA/Div
Figure 1-6
A partir de la courbe sur votre écran d’oscilloscope, évaluez les caractéristiques
suivantes:
Tableau 1-1
Régulateur #1
Uo(nl)
Uo(fl)
Io(fl)
Io(sc)
Résultats mesurés
Vérification #1: Appelez un formateur pour qu’il vérifie le travail que vous avez fait jusqu’à
maintenant.
Régulateurs Linéaires
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OFPPT/TECCART
Travail Pratique
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1.6 Comment évaluer Ro?
Ro peut être évaluée à partir de la courbe Uo vs Io. Voici la démarche:


Utilisez les résultats du tableau précédent afin de déterminer un delta Uout qui
correspond à un delta Iout choisi.
Uo
Ro 
Calculez Ro:
Io
Faites la mesure de Ro. Indiquez le détail du calcul et le résultat dans le tableau suivant:
Tableau 1-2
Régulateur #1
Résultat
Ro
Régulateurs Linéaires
Page 1-9
OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.7 Comment évaluer le taux de réjection de l’ondulation?
Ce test consiste à mesurer le rapport entre l’ondulation d’entrée et l’ondulation de sortie
du régulateur. Meilleur est le régulateur, plus grand est ce rapport.
Oscilloscope avec les
deux canaux en position
AC
V(filtrée)
Charge
dynamique
modifiée
V(régulée)
4 x 1N4004
Alimentation DC
variable
33R
TIP
Régulateur
sous-test
+
C
220Vac
100R
12.6VRMS
+
-
Redressement et filtrage
Voltmètre DC
1.000
Figure 1-7
Voici les étapes nécessaires pour la réalisation de ce test:






Reliez le régulateur au redressement/filtrage.
Remplacez la résistance de 1 ohm à l’émetteur par une de 100 ohms.
Utilisez la charge dynamique sans le signal alternatif, la charge est contrôlée en C.C.
seulement.
Ajustez l’alimentation C.C. pour obtenir un courant de 10 mA à la sortie du
régulateur (1 volt dans 100 ohms). Cette valeur de courant sera utilisée pour
permettre de faire des comparaisons entre tous les régulateurs du laboratoire.
Mesurez l’ondulation à l’entrée et à la sortie du régulateur. Oscilloscope en mode
AC et base de temps choisie selon la fréquence du redressement. N’hésitez pas à
diminuer la valeur du condensateur (C) de filtrage afin de faciliter la mesure (100uF
à la place de 1000uF).
Faites le calcul suivant:
20 log ondulation(sortie)
ondulation(entrée)
Tableau 1-3
Régulateur #1
Taux de réjection de
l’ondulation (dB)
Régulateurs Linéaires
Résultat
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Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.8 Comment évaluer la régulation de ligne
Le test consiste à soumettre le régulateur à une grande variation de tension d’entrée et de
mesurer avec précision la variation provoquée à la sortie. Meilleur est le régulateur,
moins grande sera la variation de sortie. Cette caractéristique s’exprime en %.
Entrée du régulateur
Alimentation
DC variable
V(régulée)
Voltmètre DC
-
+
Régulateur
sous-test
5.100
Figure 1-8
Voici les étapes nécessaires pour faire ce test sur le régulateur #1:





Ajustez le bloc d’alimentation à 10 volts (1½ à 2 fois Uo du régulateur).
Noter la valeur indiquée par le voltmètre.
Ajustez le bloc d’alimentation à 20 volts (Faire une variation d’au moins 10 volts).
Notez la nouvelle valeur indiquée par le voltmètre.
Faites le calcul suivant:
Vo
%Re g 
100
Vin
Faites le test sur le régulateur #1 et indiquez le résultat dans le tableau suivant:
Tableau 1-4
Régulateur #1
Résultat
%Régulation de ligne
Vérification #2: Appelez un formateur pour qu’il vérifie le travail que vous avez fait depuis la
dernière vérification.
Régulateurs Linéaires
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OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.9 Régulateur #2.
TIP
10R, 10W
V(régulée #2)
V(filtrée)
1k
1k2
1N4733
Figure 1-9
1.9.1 Analyse théorique
Quel est le rôle du TIP?
______________________________________________________________
Quel est le rôle de la résistance de 1k?
______________________________________________________________
Quel est le rôle de la résistance de 10 ohms?
______________________________________________________________
Quelles est la tension de sortie Uo(nl)?
______________________________________________________________
Quel est le courant de court-circuit Io(sc)?
______________________________________________________________
Quel serait l’ordre de grandeur du voltage de sortie si la diode Zener était inversée?
______________________________________________________________
Quel serait l’ordre de grandeur du voltage de sortie si la 1k2 était circuit-ouvert?
______________________________________________________________
Régulateurs Linéaires
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Travail Pratique
Circuits de Puissance
Tracez la courbe Uo vs Io du régulateur #2. Indiquez sur le graphique la graduation des
axes ainsi que les points stratégiques tels: Uo(nl), Uo(fl), Io(fl), Io(sc).
Vo
Io
Figure 1-10
Tracer à nouveau la courbe en remplacant la résistance de base de 1k2 par une 820. Que
constatez-vous ? Expliquez.
Faites les mesures et les calculs nécessaires pour compléter le tableau suivant:
Tableau 1-5
Régulateur #2
Résultats
RB 1k2
Uo(nl)
Uo(fl)
Io(fl)
Io(sc)
Ro
Réjection de l’ondulation (dB)
Régulation de ligne (%)
Régulateurs Linéaires
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Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.10 Régulateur #3.
Montez un régulateur de tension série à amplificateur opérationnel (741) possédant une
tension de sortie négative de -9V (attention aux polarités) et un courant pleine charge
d’approximativement 100mA. Utilisez un transistor de protection afin de limiter le
courant à pleine charge.
1.10.1 Solution
Figure 1-11
Régulateurs Linéaires
Page 1-14
OFPPT/TECCART
Travail Pratique
Circuits de Puissance
Tracez la courbe Uo vs Io du régulateur #3. Indiquez sur le graphique la graduation des
axes ainsi que les points stratégiques tels: Uo(nl), Uo(fl), Io(fl), Io(sc).
Figure 1-12
Faites les mesures et les calculs nécessaires pour compléter le tableau suivant:
Tableau 1-6
Régulateur #3
Uo(nl)
Uo(fl)
Io(fl)
Io(sc)
Ro
Réjection de l’ondulation (dB)
Régulation de ligne (%)
Régulateurs Linéaires
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Résultats
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Travail Pratique
Circuits de Puissance
1.11 Conclusion
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
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