Conception, réalisation et maintenance d`une alimentation double

Conception, réalisation et maintenance d’une
alimentation double de laboratoire
Description détaillée de la conception, réalisation et maintenance d’une alimentation
stabilisée double de laboratoire
En cours de rédaction, étude et calculs partie analogique terminés
Yvan Radenac
17 juin 2003

Avant-propos
Le but de ce document est d’expliquer puis construire une "alimentation double
de laboratoire". Cette réalisation se veut didactique et sera donc disponible avec
toutes les études réalisées pour y aboutir.
Ce montage est basé sur les études décrites dans la regrettée revue "Electro-
nique Radio Plans" numéros 544, 550, 551 et 552 de mars, septembre, octobre et
novembre 1993.
Tout d’abord, les caractéristiques voulues vont être présentées. Puis, les diffé-
rentes fonctions seront étudiées. Les simulations, calculs et schémas seront fournis
pour comprendre leur étude. De plus, des informations complémentaires pour les
réglages, la maintenance et la compréhension seront ajoutées. Enfin, les schémas
finaux seront à votre disposition.
Cette étude et ce document ont été réalisés sur un PC avec :
GNU/Debian Distribution GNU/Linux [1];
TEX et L
A
TEXUtilisation de la distribution teTEX [2] ;
dvipdfm Générateur de fichiers PDF à partir de TEX et L
A
TEX [3];
Ghostscript Interpréteur Postscript [4];
Glimmer Editeur multi-langages dont TEX et L
A
TEX [5];
Spice-OPUS Simulateur SPICE [6];
gEDA CAO électronique pour la saisie de schémas [7];
PCB Dessin de circuits imprimés [8];
Octave Clone de Matlab, outil d’analyse numérique [9];
GNU et FSF Les outils classiques développés dans le projet GNU [10] et [11];
Copyright (c) 2002-2003 Yvan Radenac. Permission est accordée de copier, distri-
buer et/ou modifier ce document selon les termes de la licence de Documentation
Libre GNU (GNU Free Documentation Licence), version 1.1 ou toute version ul-
térieure publiée par la Free Software Foundation [11].
i

ii

Table des matières
I Conception analogique 1
1 Caractéristiques 5
2 Fonctions 7
2.1 FP1 : Adaptation .......................... 7
2.2 FP2 : Redressement ........................ 8
2.2.1 Analyse de Fourier ..................... 9
2.2.2 Simulation SPICE ..................... 13
2.3 FP3 : Filtrage ............................ 17
2.3.1 FP3 : Filtre passe-bas du premier ordre .......... 17
2.3.1.1 Analyse de la fonction de transfert ....... 17
2.3.1.2 Simulation SPICE ................ 18
2.3.1.3 Analyse qualitative ............... 25
2.3.2 FP3bis : Filtre passe-bas du second ordre ......... 26
2.3.2.1 Analyse de la fonction de transfert ....... 27
2.3.2.2 Simulation SPICE ................ 29
2.4 FP4 : Stabilisation ......................... 35
2.4.1 FP41 : Tension de référence ................ 36
2.4.1.1 Analyse du circuit ................ 36
2.4.1.2 Simulation SPICE ................ 37
2.4.2 FP42 : OU analogique ................... 41
2.4.2.1 Etude mathématique .............. 41
2.4.2.2 Simulation SPICE ................ 42
2.4.3 FP43 : Ballast ....................... 42
2.4.3.1 Etude mathématique .............. 42
2.4.3.2 Simulation SPICE ................ 46
2.4.4 FP44 : Multiplieur analogique ............... 49
2.4.4.1 FP441 : Logarithme analogique ........ 49
2.4.4.1.1 Analyse mathématique ........ 50
2.4.4.1.2 Simulation SPICE ........... 51
2.4.4.2 FP441bis : Logarithme analogique ....... 52
2.4.4.2.1 Analyse mathématique ........ 52
2.4.4.3 FP442 : Additionneur analogique ........ 53
iii

iv TABLE DES MATIÈRES
2.4.4.3.1 Analyse mathématique ........ 53
2.4.4.3.2 Simulation SPICE ........... 54
2.4.4.4 FP442bis : Soustracteur analogique . . . . . . 54
2.4.4.4.1 Analyse mathématique ........ 54
2.4.4.4.2 Simulation SPICE ........... 56
2.4.4.5 FP443 : Exponentiel analogique ........ 56
2.4.4.5.1 Analyse mathématique ........ 56
2.4.4.5.2 Simulation SPICE ........... 58
2.4.4.6 Analyse du multiplieur complet ........ 58
2.4.4.7 Simulation SPICE ................ 60
2.4.5 FP44bis : Multiplieur analogique à cellule Gilbert . . . . 63
2.4.5.1 Description ................... 63
2.4.5.2 Analyse de l’erreur ............... 64
2.4.5.3 Simulation SPICE ................ 66
2.4.6 FP45 : Contre-réaction ................... 68
2.4.6.1 Analyse empirique ............... 68
2.4.6.2 Analyse du système asservi ........... 70
2.4.6.3 Simulation SPICE ................ 76
2.5 Fonctions annexes ......................... 87
2.5.1 FA1 : Commutation automatique 15/30V ......... 88
2.5.1.1 Etude du circuit ................. 88
2.5.1.2 Simulation SPICE ................ 90
2.5.2 FA2 : Mode tracking .................... 92
2.5.2.1 Analyse du circuit ................ 92
2.5.2.2 Simulation SPICE ................ 93
2.5.3 FA3 : Alimentation double fixe .............. 95
2.5.3.1 FA3a : Adaptation ................ 95
2.5.3.2 FA3b : Redressement .............. 96
2.5.3.3 FA3c : Filtrage ................. 96
2.5.3.4 FA3d : Régulation ................ 96
2.5.4 FA4 : Protections et améliorations ............. 97
2.5.4.1 FA4a : Protection contre les surtensions . . . . 97
2.5.4.2 FA4b : Protection vis à vis de la charge . . . . 97
2.5.4.3 FA4c : Amélioration du filtrage ......... 98
2.5.4.4 FA4d : Amélioration vis à vis de la charge . . . 98
2.5.4.5 FA4e : Antiparasitage .............. 99
3 Conclusion 101
II Conception du pilotage 103
4 Caractéristiques 107