Alimentation régulée sans condensateur en - Alkasar audio

Alimentation Nazar by AK v1. 19 mars 2012 page 1/10
Alimentation régulée
sans condensateur en sortie
par Nazar
L'objet de ce document est de décrire le fonctionnement de l'alimentation régulée proposée par
Nazar sur overture.org. L'article original en version anglaise, est joint en fin du document.
Cette alimentation s'appuie sur un régulateur type LM317 ou LM337 utilisé en générateur de
courant et sur deux transistors PNP-NPN de régulation. Elle est suivie d'un réseau de petites
capacités de 0,1uF de filtrage des hautes-fréquence tout en conservant une impédance de sortie
de l'alimentation très faible, stable et résistive sur la bande audio. Ces capacités approchent la
valeur idéale d'environ 1uF selon Nazar.
L'idéal est de placer cette alimentation près de la charge pour que ce réseau de capacités ne soit
pas pollué par l'inductance de borniers ou de fils de liaison.
Fonctionnement et ajustement des valeurs
Les formules de Nazar sont :
R4=240*(Uout-Ueb) / 1.25
R2=(1,25-Ueb) / ((0.3/Uout)+Iload)
avec
Uout = tension désirée en sortié (V),
Ueb = tension émetteur-base de Q1 (V)
Iload = courant en sortie (А)
Pour décrire le fonctionnement de la régulation, j'utilise ci-dessous le schéma d'une alimentation
5V sans les capacités de filtrage inutiles à la compréhension.
Avec ces valeurs l'alimentation délivre 5,07V pour un courant de charge nominal de 100mA.
A la simulation, c'est stable de 0 à près de 170mA ! L'alimentation consomme en permanence
188mA.
Comme Uadj est stable dû au lm317, Uout = Uadj + Uebq1 est stable.

Alimentation Nazar by AK v1. 19 mars 2012 page 2/10
Formule de calcul de R4:
Le LM317 sort une tension stabilisée de 1.25V entre ses pins Out et Adj.
R3 et R4 forment un diviseur de tension pour fixer la tension de sortie du régulateur Ulm.
courant dans R3 = courant dans R4 (le courant de base de Q1 est négligé)
1,25 / R3 = Uadj / R4
Or Uadj = Uout – Ueb
d'où la formule R4 = R3 * (Uout – Ueb) / 1,25
On en déduit à l'inverse Uout en fonction de R4 choisie, Uout = (R4 / R3) * 1,25 + Ueb
Pour obtenir 5V, cela donne R4=240 x (5-0,65)/1,25 = 835,2 ohms.
On choisira une résistance de 845ohms dans la série E96.
A la simulation, cette valeur de R4 donne Uout= 5,07V ;)
Formule de calcul de R2
L’alimentation est prévue de sorte que Q2 soit saturé. Q2 saturé et un courant collecteur supérieur
à 10mA : la datasheet BC547C nous dit que UebQ2 = 0,9V.
Le courant qui circule dans Q1 est UebQ2/R5, soit inférieur à 0,9/330 = 2,7mA. Avec un tel courant,
la datasheet BC557C nous dit que Uebq1 = 0.65V. Proche du 0,7V de la saturation.
La tension aux bornes de R3 est forcée par le LM317 à 1,25V et UebQ1 est invariable : la tension
de sortie Uout = Ulm+UebQ1 est invariable :)
La tension aux bornes de R2 est constante. Le courant traversant R2 est constant de
Ir2= (1.25 – Uebq1)/R2.
Le LM317 est utilisé dans cette alimentation en générateur de courant constant.
La charge consomme Iload. Le reste du courant (Ir2 – Iload) passe dans Q1 et Q2.
On a vu que moins de 3mA circule dans Q1. C'est donc Q2 qui véhicule l'essentiel du surplus de
courant non consommé par la charge.
Aux bornes de R2 : Ir2=(1,25-Ueb)/R2
Conservation des courants : Ir2 = IQ1+IQ2+Ioad.
IQ1<3mA. On néglige.
IQ2 : Nazar prend une valeur arbitraire de telle sorte que la puissance délivrée dans Q2 soit
de 0,3W. Dans le tableur on l'appelle « facteur de stabilité ».
Ce qui donne iQ2=0,3/Uout
On arrive a (1,25 – Ueb) / R2 = 0,3/Uout + Iload

Alimentation Nazar by AK v1. 19 mars 2012 page 3/10
donc R2=(1,25 – Ueb) /((0,3 / Uout) + Iload)
Dans l'exemple ci-dessus, R2 = (1,.25 – 0,65)/(0,3/5 + 0,1) = 3,75. On pourra choisir une résistance
3,9ohms.
Pour la simulation, j'ai choisi 3,30 ohms.
Fonctionnement de la régulation
Pour que cette régulation fonctionne, il faut qu’un courant circule toujours dans Q2. Dit
autrement, il faut que le courant dans consommé dans la charge soit toujours inférieur à Ir2.
En effet, le courant dans R2 est constant, la tension de sortie est stable, et le courant en surplus
non consommé par la charge passe dans Q1 et Q2. Et on l'a vu, essentiellement dans Q2.
Q2 sert d'amortisseur en absorbant le courant non consommé par la charge, ou au contraire en
consommant un peu moins si la charge demande un pic de courant. Dans ce sens, il joue le rôle
d'une capacité.
En revanche, si la charge tire vraiment trop de courant, la chute de tension dans R2 sera telle que
Uebq1 sera trop faible et variera beaucoup.
Dans cette situation transitoire, Q1 et Q2 sont passants dans une certaine mesure (selon Uebq1).
La tenson de sortie Uout = Uadj + Uebq1 diminue car Ueb n'est plus constant. Q2 n'amortit plus
totalement, la régulation vacille.
Si le courant demandé par la charge est vraiment excessif, Q1 et Q2 seront bloqués. Q2 n'amortit
plus et Uout n'est plus régulé du tout. Uout = Ulm – R2*Iload
Pour que cela n'arrive pas il faut dimensionner R2 pour qu'il y ait toujours un courant disponible
traversant Q2. Mais pas trop non plus, pour des considérations thermiques comme on le verra
plus loin.

Alimentation Nazar by AK v1. 19 mars 2012 page 4/10
Simulation
Les valeurs de R2 et R4 dans ce modèle sont choisies pour 5V et 100mA nominal. (5,07V en réalité).
Pour bien comprendre le fonctionnement, j’ai choisi de simuler une charge « capricieuse » ! :
V2 génère une sinusoïde de 2V. Cela provoque des appels de courants variables dans une large
proportion dans R6.
Uout oscille, mais faut pas se faire piéger par l'échelle !
Avec cette charge capricieuse, le courant dans la charge (en vert) varie de 80 à 140mA. Soit +-20%
autour du nominal 100mA. La tension Uout (en bleu) ne varie que de 5,068 à 5,072V, soit +-0,04%
au maximum autour du nominal de 5,07V
Au passage, on voit bien comment fonctionne l'alimentation:
Le courant dans R2 (rouge) est invariable (184mA). Le courant dans Q2 (jaune) varie selon ce que
tire la charge (vert), pour compenser.
La consommation de la charge pourrait varier à l'extrême de 0 à près de 180mA, ce serait pareil !
Q2 compenserait pour stabiliser Uout.

Alimentation Nazar by AK v1. 19 mars 2012 page 5/10
Considérations thermiques
les éléments concernés sont : le régulateur LM317, R2, Q2. Et éventuellement R1 du schéma
complet.
LM317
Puissance dissipée = (Uin-Ulm)*courant total.
On peut négliger le courant qui passe dans R3,R4.
P = (Uin – Ulm) * ir2
On sait que
Ulm = Uout – Ueb + 1.25
r2 = (1.25 – Ueb) /R2
Ueb = 0,7V pour BC557C
Pour que le LM317 fonctionne, Uin doit etre supérieur à Ulm + 3V.
Et Ulm=Uout+Ueb, il faut Uin > Uout + Ueb + 3V
Note : Comme le schéma complet inclus aussi une résistance en amont du LM317 (R1 sur le
schéma complet de 10 à 20 ohms), il faut tenir compte de la petite chute de tension pour
dimensionner la tension fournie par le transformateur ! Si la consommation totale de
l'alimentation est de 100mA, avec R1=20ohms, il faut anticiper 0,4V de chute due à R1.
La puissance dissipée dans LM317 P = (Uin – Uout + Ueb - 1.25) * (1.25-Ueb) / R2
La résistance thermique du LM317 en boitier TO220 est de Rth = 50°C/W sans dissipateur.
Dans l’exemple,
Uin doit être supérieur à 8,7V.
Avec Uin = 9V, R2 = 3.3K, cela fait 0,5W a dissiper. A température ambiante de 25°C, la
température du LM317 sera de 25+0,5*50 = 50°C
R2
Le courant total traversé par R2 est Ir2 = iQ2+Iload (on négligé IQ1)
Ir2 = 0,3/Uout + Iload
P dissipée = (1.25 – Ueb) * ((0,3/Uout) + Iload)
dans l'exemple ci-dessus, Iload max = 100mA
P dissipée par R2 = 0,55 * (0,06 + 0,1) = 0,09 W.
Aucune précaution a prendre pour R2. Y penser si on demandait à l'alimentation de débiter 1A !
Q2
Comme on l'a vu, le courant dans Q2 est prévu de telle sorte que Q2 dissipe 0,3W si la charge
consomme le courant nominal Iload.
Si la charge consomme moins que prévu, Q2 absorbera le courant supplémentaire et devra dissiper
la chaleur.