Ce composant que voici est bien le régulateur de tension LM 7805

Avant de commencer à apprendre le fonctionnement d’un régulateur de tension, nous allons déjà nous pencher sur des questions primordiales.

Détail du contenu

  • Qu’est-ce qu’un régulateur de tension ?
  • A quoi sert-il ?
  • Montage d’un régulateur dans un circuit
  • Faisons un petit exercice pour mieux comprendre les régulateurs fixes
  • Quelques remarques très importantes
  • Complément_1 : Loi thermique et les dissipateurs
  • Présentation et principe
  • Loi d’Ohm thermique
  • Complément_2 : Les dissipateurs
  • Application de la loi d’Ohm
  • Me faut-il un dissipateur pour mon régulateur (LM7805)?
  • Comment choisir un dissipateur ?

Qu’est-ce qu’un régulateur de tension ?

Un régulateur est un petit composant à 3 bornes permettant de réguler la tension dans un circuit électrique. Nous pouvons prendre par exemple un 7805 :

Ce qui change le plus souvent dans un régulateur de tension ce n’est assez souvent que le nom.

A quoi sert – il ?

Les régulateurs sont de très grande utilité dans les circuits électriques lorsque vous avez besoin d’une tension stable. En effet, un régulateur permet de rentre la tension de sortie très fixe, ce qui est préférable pour des composants comme les microcontrôleurs. Par exemple, pour un régulateur +5V, vous aurez au maximum une chute à +4.97V pour des courants élevés. Ce qui est beaucoup plus précis que des piles ou un adaptateurs secteurs 230V~ -> 5V.

Ainsi, les régulateurs de tension sont également très utiles lorsqu’on utilise des batteries puisque, si par exemple, on emploie une batterie de 9V et que l’on utilise un régulateur de 5V, le circuit maintiendra constante sa tension d’utilisation même si la tension d’entrée varie quelque peu. Grâce au régulateur, le circuit va maintenir une tension constante de 5V tant que l’énergie fournie en entrée par la batterie sera suffisante pour maintenir cette tension constante au sortir du régulateur.

Il ne faut surtout pas oublier d’y associer les condensateurs dont le rôle est d’ajuster la tension. C’est tout particulièrement important pour tous les projets qui nécessitent l’utilisation de microcontrôleurs

Montage d’un régulateur de tension dans un circuit

Câblage sous Proteus:

Les condensateurs autour du régulateur sont très importants et ils vont permettre de stabiliser l’alimentation.

 Faisons un petit exercice pour mieux comprendre les régulateurs fixes

Nous allons commencer par apprendre à déchiffrer le nom d’un régulateur pour que vous puissiez par la suite choisir le régulateur adapté à votre circuit.

  • x8xx : Le 8 signifie ici que le régulateur est positif
  •  x9xx : Le 9 signifie ici que le régulateur est négatif
  •  xx05 : Ces deux derniers chiffres (0 ; 5) permettent de savoir la tension de sortie. Elle sera ici de +/-5V.
  • xxLxx : Vous pouvez aussi trouver des régulateurs avec un L au centre. Celui-ci informe que le régulateur est de faible consommation. Grâce à ça, nous pouvons savoir qu’un 7805 aura en tension de sortie +5V alors qu’un 7912 sortira -12V puisque nous venons de dire au deuxième point que le chiffre 9 veut dire que le régulateur est négatif donc sort une tension négative.

Quelques remarques très importantes

Pour finir sur le sujet de régulateur de tension LM7805, je vais vous parler de quelques petits trucs auxquels il faut penser quand on utilise des régulateurs.
Premièrement la tension d’entrée doit être dans un certain encadrement. La tension minimum est d’environ Vout +2/3V dûe à la chute de tension.
Par exemple pour le 7805, Vin doit être compris entre 7V et 25V.

Simulation sur Proteus:

Ensuite un 7805 sera capable de sortir un courant jusqu’à 1A.

Deuxièmement sachez que les régulateurs suivent cette règle :
Vout -1mV/°C.
Vous risquerez de voir les performances de votre régulateur baisser, voire même de se détériorer, à cause de la chaleur.
Pour plus d’informations au sujet de la production de chaleur, lire le complément qui suit ce tuto intitulé : Loi d’ohm thermique et les dissipateurs
Dernièrement, pensez bien à regarder la position des broches (in/out/com) que ce soit pour les régulateurs fixes(positif, négatifs) ou variables, avant chaque utilisation.

Complément_ 1 : Loi thermique et les dissipateurs

Ce complément au tuto précédent a pour but de vous informer sur le refroidissement des semi-conducteurs. Il va vous apprendre la loi d’ohm thermique et comment choisir un dissipateur pour vos applications qui en ont besoin.

Présentation et principe

Dans nos montages électroniques, quand on fait passer un courant dans un composant, il produit de la chaleur par effet Joule. A faible courant cette chaleur n’est pas perceptible.

Par contre, dans des composants ou il passe plusieurs ampères (comme les régulateurs de tension, les transistors utilisés dans les amplificateurs de puissance, les microprocesseurs en pleine action, etc..) ceux-ci dégagent une chaleur beaucoup plus grande et perceptible.

Souvent les boîtiers utilisés suffisent pour évacuer cette chaleur.

Mais parfois, le boîtier ne suffit plus et le composant se détruit.

Dans ce cas, il est donc utile d’aider le composant à évacuer cette chaleur en utilisant un dissipateur (on appelle cela dissipateur, radiateur ou refroidisseur mais je préfère le terme dissipateur…).

Exemple : Les radiateurs et ventilateurs sur les processeurs des ordinateurs permettent de dissiper la chaleur émise…

Un dissipateur fonctionne de la manière suivante : il augmente la surface du composant avec l’air ambiant ce qui améliore l’évacuation de la chaleur.

Il doit donc y avoir un contact parfait entre le dissipateur et le composant pour qu’il réalise efficacement son rôle.

 Loi d’Ohm thermique

Présentation:

Avant toute chose je vais définir ce qu’est une résistance thermique.

Quand un composant chauffe, son cœur est toujours plus chaud que sa surface, car il existe un phénomène de ”résistance thermique” qui fait que cette chaleur ne se propage pas instantanément. La résistance thermique s’exprime en °C/W (degrés Celsius par watt). Donc plus la valeur de la résistance thermique est grande, moins la chaleur sera dissipée (C’est comme les résistances, plus la valeur est grande moins elle laisse passer de courant).

Voici la loi d’ohm thermique :

[0 degré celcius]

RthAB = (TJ – TA) / P

TA = température au point A

TA = température au point B

P = puissance dissipée

On a appelé cette loi, la loi d’Ohm thermique, car on peut faire l’analogie avec la loi d’Ohm : P serait l’intensité, (TA – TB), la tension aux bornes de la résistance et RthAB la résistance.

Pour ceux qui se demandent comment se servir de cette loi d’ohm thermique, ne vous inquiétez pas, le complément_2 illustre cette loi dans un exemple…

Complément_2 : Les dissipateurs

Chaque composant utilise un boîtier spécifique. Donc à chaque boîtier on va trouver un dissipateur qui lui correspond.

Il existe en faite de nombreux dissipateurs, plus ou moins encombrants et à des prix différents. Chaque dissipateur a une valeur de résistance thermique qui lui est propre.
Quand on voudra choisir un dissipateur, il faudra prendre en compte sa résistance thermique ainsi que l’encombrement qu’il aura sur notre circuit imprimé.

Certains  peuvent être déjà vus des plaques de cuivre ou d’aluminium fixées sur des composants dans des montages perso. Ces plaques sont aussi des dissipateurs, mais faits maison ! Cette technique est à utiliser s’il faut dissiper une faible puissance thermique et si on est sûr que cette solution suffise.

Application de la loi d’ohm thermique.

Je vais prendre comme exemple une alimentation stabilisée dans laquelle j’utilise un régulateur de tension de type 7805.

Voici quelques caractéristiques tirées de la documentation constructeur du régulateur 7805 qui nous sont utiles pour la suite

  • Boitier TO 220 (boitier utilisé pour le modèle 7805)
  • TjMax = 125 °C (température max du cœur sans qu’il y ait destruction du composant).
  •  RthJC = 5 °C/W (résistance thermique entre le cœur et le boîtier).
  •  RthJA = 65 °C/W (résistance thermique entre le cœur et l’air ambiant).

Voici les conditions que je me fixe pour l’utilisation de mon régulateur :

Il doit être capable de me fournir 500mA max à 5V avec une tension max d’entrée de 12V.

Donc la puissance max dissipée par le régulateur sera de : P = (12-5)*0,5 = 3.5W. Par mesure de sécurité Tj ne devra pas dépasser 110°C. (Tjmax étant de 125 °C/W).

Le régulateur sera utilisé à une température ambiante max de 40°C.

Me faut-il un dissipateur pour mon régulateur?

Pour savoir si notre régulateur a besoin d’un dissipateur, nous allons nous servir de la loi d’ohm thermique pour calculer la température du cœur avec les conditions d’utilisations, pour voir si elle dépasse la valeur Tj max du constructeur.

Schéma thermique

RthJA = résistance thermique du 7805.
Tj = température du cœur.
Ta = température ambiante.
P = puissance dissipée par le 7805.

Calcul :

RthJA =(Tj-Ta)/P
Tj-Ta=RthJA*P

Donc:

Tj=(RthJAP)+Ta=653.5+40=267.5

Tj dépasse Tjmax donnée par le constructeur.     A cette température, il y a destruction du composant.

On doit installer un dissipateur.

Comment choisir mon dissipateur ?

Maintenant que je sais qu’il me faut un dissipateur, on va calculer la résistance thermique que celui-ci devra avoir.

Voici mon nouveau schéma thermique une fois le dissipateur monté

Mon dissipateur devra donc avoir une résistance thermique max de 15°C/W. Donc quand j’irai acheter un dissipateur j’en choisirai un pour boitier TO220 avec une résistance thermique inférieure à 15°C/W.

Certains seraient tentés de prendre un dissipateur supérieur à 15 °C/W, mais il faut prendre inférieur car plus la résistance thermique est faible, plus la chaleur dissipée est grande (et donc on refroidit mieux). C’est comme le principe d’une résistance, plus sa valeur est petite plus le courant est grand…

Eh Bien, nous voilà à la fin de ce fameux tutoriel.

Merci pour votre attention

N’hésitez pas à nous poser de question d’imcomprénheion

Youpilab « DEMYSTIFIYING ELECTRONICS »

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  • Duration : 10 week
  • Max Students : 1000
  • Enrolled : 0
  • Re-take Course : 0
  • Assessments : Self
Price :
Gratuit

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