Les petits montages électroniques bien pratiques

Je me suis décidé à ajouter cette rubrique car j’ai pu lire quelques énormités sur le forum au sujet de l’obtention de tension comme-ci ou comme-ça, alimenter des LEDs, un bargraph etc. Je ne jette pas la pierre, et au contraire, comme il est clair que les électroniciens ne sont pas légion, je m’y colle en espérant démystifier et corriger quelques trucs. C’est un peu technique, mais ne vous découragez pas : que la force des électrons et du fer à souder soit avec vous J !

- les regulateurs
- pourquoi ne pas utiliser de resistance en serie ???
- Cablâge d'un regulateur de tension
- Puis-je prélever 9V ( sur mes 18V) en me branchant sur une seule pile ?
- Je veux des LED partout !
- Comment je calcule la résistance à mettre en série avec ma (ou mes) LED ??

Les régulateurs

Ce petit composant à 3 pattes a pour but de… réguler une tension. C’est un moyen simple et bon marché pour obtenir presque n’importe quelle tension à partir d’une pile. L’utilité de réguler ? Et bien, l’alimentation sur batteries ou piles du sabre fait que la tension décroît dans le temps et peut conduire à des variations de comportement des différents organes électroniques. D’autre part, certains sabres utilisant par exemple les modules sonores canibalisé dans les jouets hasbro nécessitent une alimentation autour de 3 ou 5 volts tandis que la lame EL est en 9 ou 18V.

Pourquoi ne pas utiliser une résistance en série ???

Parce que c’est mal ! Pour commencer, rappelons  la loi des mailles en électricité :

La figure illustre graphiquement que V1 = V2+V3
comme en géométrie (relation de Chales pour ceux qui ont quelques souvenirs de 3^ème).

On peut calculer R de sorte que V3 soit à la tension de son choix, mais dès que V1 (la pile) baisse, V3 baisse aussi : on ne régule pas. De plus si le courant consommé par la charge est important, R absorbe la différence, on fabrique un radiateur !

Cette technique est néanmoins correcte pour alimenter une LED, à condition que la tension d’alimentation (V1) soit régulée et non une tension de batterie diminuant avec le temps.

Câblage d’un régulateur de tension

Les régulateurs les plus courants sont de la série 78xx, où xx donne la valeur de la tension régulée souhaitée : 05 (pour 5v), 09, 12 etc.

Vous pourrez trouver plus de détail sur les montages à régulateur en allant visiter les sites de constructeurs de semi-conducteurs tels que Motorola ou SGS Thomson. De manière générale, une petite recherche sous google avec la référence du composant + le mot clef « datasheet » vous dirigera vers le PDF adéquat.

 

Le câblage d’un régulateur se fait comme sur le schéma suivant :

Le condensateur Ci est le condensateur de filtrage d’entrée, il a pour but de réduire l’ondulation lorsque le courant consommé n’est pas constant (ripple), ou que la tension Vi n’est pas super propre, ce qui est le cas avec un driver EL. Ce condensateur doit être de type « chimique », de 10 à 220µF (micro farad, unité du condensateur). Avec une alimentation piles, pas besoin en général d’une grosse valeur.

Par contre, prenez garde à choisir une tension de travail du condensateur (la tension jusqu’à laquelle il « tient » sans éclater) assez supérieure par rapport à la tension d’alimentation (Vi). Pour une alimentation 2 piles 9V, soit 18V au total, prenez un condensateur 10 µF / 25V. Ci doit être accompagné d’un condensateur de 100 nF (ou 0.1 µF c’est la même chose) multicouche ou plastique pour des questions de stabilité de la régulation. Idem pour le condensateur Co. Ces 3 condensateurs ne doivent pas être considérés comme optionnels, car si on les enlève, le montage peut osciller, chauffer voire même griller le régulateur dans certains cas.

Pas besoin de monter l’ensemble sur une carte imprimé ou une plaque pastillée, on peut tout à fait faire un montage « en araignée » en soudant les condensateurs sur les pattes du régulateur et tirer des fils jusqu’au montage.

Sur la figure suivante, les condensateurs sont minuscules car de type « Composant pour Montage en Surface » ou CMS.

 

Quand on souhaite obtenir une tension régulée qui ne correspond à aucun régulateur existant (genre 5.56 V), on peut utiliser un régulateur ajustable, comme le LM317. Ce dernier est en réalité un régulateur 1.25V dont on change la tension de régulation au moyen de deux résistances.

 

 

Le calcul de la tension de sortie souhaitée se fait par la formule jointe à la figure. Le terme Iadj x R2 est négligeable dans la plupart des cas, il faut simplement choisir un couple R1-R2 suffisamment élevé pour que le courant soit faible (10 mA par ex). Pour cela, il suffit de calculer (R1 + R2) ³ (Vout / 10 mA). D’autre part, R1 + R2 ne doit pas être trop élevé afin que le courant de fonctionnement du régulateur ne soit pas réduit.

Ainsi, pour obtenir une tension de sortie de 4.44 V, on choisira R1+R2 » 4.44 / 0.01

soit R1+R2 = 444 ohm au minimum.

Choisir ensuite l’une des 2 résistance dans les valeurs existante.

On pose alors par exemple  R1 = 220 ohm

R2 = [(4.44/1.25) – 1 ]* R1

R2 = 561 ohm

On pourra choisir R2 = 330 ohm + une résistance ajustable de 1 kOhm ce qui permettra un réglage de la tension en souplesse.

 

 

Le défaut des régulateurs « classiques » de la série 78xx est qu’ils possèdent une « tension de déchet ». Cela signifie qu’il faut les alimenter suffisamment au dessus de la tension à réguler pour qu’ils… régulent. Pour la série 78xx, elle vaut environ 2.5V, il faut donc alimenter le montage 2.5V au dessus de la tension de sortie souhaitée. Si la tension d’entrée baisse en dessous de cette limite, la tension de sortie baisse alors à son tour.

Puis-je  prélever 9V (sur mes 18V) en me branchant sur une seule pile ?

Oui et non, le défaut de ce montage est qu’il va affaiblir une pile plus que l’autre, mais il a l’avantage de présenter une tension plus faible au régulateur, et donc de le faire chauffer moins.

Je veux des LEDs partout !

La question a été posée sous différentes formes, l’alimentation de plusieurs LED à partir d’une tension de batterie fixe. Si je prend le cas de l’alimentation d’un bargraph avec 10 LEDs, plusieurs solutions s’offrent à vous :

Mettre 10 LEDs en série peut être difficiles à réaliser, mais le gain est notable : seul le courant d’une LEDs parcourt l’ensemble, d’où un gain en autonomie. Par contre, une LED a une tension de seuil pouvant aller de 1.6V (LED classique) à 3.6V (LED haute luminosité), d’où, dans le pire des cas, une tension de… 36V nécessaire pour illuminer tout le monde.

 

Mettre TOUTES les LEDs en parallèle est généralement une erreur, car là, le courant consommé est multiplié par le nombre de LEDs. Généralement, pour une bonne luminosité, on choisit entre 5 et 10 mA par LEDs, calculez vous même : un bargraph de 10 LEDs consomme autant que la lame EL ! De plus, la résistance en série avec l’ensemble va chauffer terriblement (au prorata de la tension d’alim).

 

La solution : faire des cluster série / parallèle de sorte qu’un cluster série soit le plus proche possible de la tension d’alimentation.

Ainsi, par exemple, pour une Lame alimentée en 18V, utiliser un régulateur 12V (ce qui laissera suffisamment d’autonomie avant que la tension des piles baissent jusque là).

Avec des LEDs classique (1.6 V) : 12 / 1.6 = 7 LEDs par clusters.

Encore mieux, réguler à 9V : 9  / 1.6 = 5 LEDs par cluster.

 

 

 

Comment je calcule la résistance à mettre en série avec ma (ou mes) LED ??

Si on reprend le schéma de la loi des mailles plus haut, on constate que pour calculer la résistance, il suffit de diviser la tension à ses bornes par le courant (R = U/I, loi d’ohm). Le courant est celui que l’on décide pour la ou les LEDs.

Prenons 5 mA par cluster, soit un courant total de 10 mA dans la maille sur le schéma précédent  La tension au borne du cluster est de 5 * 1.6 V = 8 V.

La tension aux bornes de la résistance sera donc de : 9 – 8 = 1V

R = 1 / 0.005 = 200 ohm

De manière générale :

R  = (Valim – Vleds) / (Courant Leds)

[Des résistance ¼ watt sont parfaitement suffisante pour alimenter des leds]

Et voilà, à vos calculatrices et bonne soudure !