Le régulateur de tension LM317
Le régulateur LM317 est un régulateur de tension de la famille des régulateurs linéaires. Ce composant peut fournir un courant assez important d'une valeur maximale de 1.5A (d'après sa fiche technique).
Durant cette activité de découverte, nous allons découvrir :
- le modéliser et le simuler sous la solution de simulation LTSpice, et
- déterminer la tension à la sortie d'un étage de régulation à base d'un LM317.
Ensuite, nous allons changer les valeurs des deux résistances \( R_1 \) et \( R_2\), qui constituent le diviseur de tension de ce régulateur, pour ajuster la tension à la sortie de ce montage et comprendre comment fonctionne ce montage.
Montage du régulateur de tension LM317
Pour utiliser le régulateur de tension LM317 suivant les recommandations de sa fiche technique, il est demandé d'ajouter quelques composants en plus pour créer un montage à base d'un régulateur comme nous le montre le schéma de montage ci-dessous :
Les valeurs des différents composants qui constituent notre étage de régulateur de tension seront comme suit :
- C1 = 100nF
- C2 = 1µF
- R1 = 240Ω
- R2 =1.5kΩ
Et finalement, pour lancer la simulation sous la solution LTspice, choisissez le mode Transient à partir de la fenêtre "Edit simulation Command", comme vous le montre la capture ci-dessous :
Ajoutez dans le même graphe, les deux traces Vin, Vout dans le même graphe et Déterminer la valeur de la tension Vout.
Ajustez maintenant les deux valeurs des deux résistances \( R_1 \) et \( R_2\) à 240Ω et 1.2kΩ. Qu'observez-vous ?
Réalisation, simulation et interprétation
Partie I : modélisation et simulation
En respectant la consigne de l'énoncé de notre présente activité, nous pouvons nous pouvons modéliser le schéma proposé sous LTspice comme suit :
Comme vous pouvez le constater, nous avons ajouté une source d'alimentation \( V_1 \) d'une valeur de 12V à l'entrée de notre montage et deux annotations pour mieux lire les informations une fois la simulation est terminée.
Pour placer une source d'alimentation de tension continue, vous pouvez utiliser directement la touche V (raccourci clavier), ou bien la chercher directement à partir de la bibliothèque des composants. Ensuite, une fois placé dans notre projet, il est obligatoire de configurer sa valeur à 12V; L'image ci-dessous nous montre comment configurer source d'alimentation \( V_1 \) :
Comme vous le remarquez, nous n'avons indiqué aucune valeur résistive à notre source \( V_1 \) puisque nous restons sur une modélisation purement théorique pour apprendre.
Pour ajouter une annotation dans notre projet, à l'aide du bouton Label Net (N), ajouter deux annotations sur les deux fils \( V_{in} \) et \( V_{out} \) de notre montage. La capture ci-dessous nous présente ce bouton dans la barre de menu rapide :
Il est à noter que vous pouvez utiliser directement la touche N depuis votre clavier ou utiliser le menu rapide à partir de notre espace projet tel que : vous cliquez sur le bouton droit, puis choisissez Draft ensuite Label Net. L'image ci-dessous nous explique cela :
Maintenant, vous pouvez initier le simulateur sous LTspice après avoir ajouté la directive pour le simulateur .Tran 10. Pour rappel, pour ajouter une directive spice sous Ltspice, vous pouvez utiliser le bouton SPICE Directive (.) depuis le menu rapide à partir du raccourci clavier . (point). La capture ci-dessous vous présente cette icône depuis le menu rapide :
Il est également possible de lancer directement la simulation sans la configurer en avance. Dans ce cas, une fenêtre de configuration s'ouvre automatiquement afin que vous paramétriez le simulateur SPICE avant de s'exécuter. L'image ci-dessous vous montre, dans ce cas, comment le configurer :
Une fois que les simulations sont terminées, nous pouvons donc ajouter les deux valeurs Vin et Vout dans deux traces différentes, comme nous le montre la capture ci-dessous :
Ainsi, nous pouvons lire à partir de la courbe du signal de la sortie Vout la valeur de la tension 8.88V, soit l'équivalent de 9V.
A partir de la formule simplifié ci-dessous, nous pouvons calculer la valeur simulée aux bornes du régulateur:
\( V_{out} = 1.25 \times (1+ \frac {R_1}{R_2}) \)
Ce qui nous donne \( V_{out} = 1.25 \times (1+ \frac{1500}{240}) = 1.25 \times 7.25 = 9.06V ≅ 9V\)
Partie II : Deuxième simulation et interprétation
Modifions maintenant les deux résistances \( R_1 \) et \( R_2\) avec les deux nouvelles valeurs respectivement à 10kΩ et 1.2kΩ. Ce qui modifie notre montage comme suit :
Et ensuite, lançons à nouveau la simulation sous la solution Ltpsice. Une fois terminé, nous pouvons lire la nouvelle valeur de la tension Vout à la sortie de notre étage de régulation à partir de la trace, comme nous le montre la capture ci-dessous :
La nouvelle valeur à la sortie de ce régulateur, comme nous pouvons la lire à partir de la capture ci-dessous, est égale à 7.41V soit donc ≅ 7.5V.
Faisons maintenant référence à la même formule simplifié \( V_{out} = 1.25 \times (1+ \frac {R_1}{R_2}) \) , nous pouvons écrire donc :
\( V_{out} = 1.25 \times (1+ \frac{1200}{240}) = 1.25 \times 6 = 7.5V\)
Conclusion
Ainsi, nous pouvons conclure que ce schéma électrique nous permet d'obtenir une tension UAB régularisée en fonction des deux valeurs des résistances R1 et R2 qui jouent le rôle d'un diviseur de tension à base du composant LM317.
Aller plus loin : le régulateur de tension négatif
Après que nous avons découvert le LM317, nous vous invitons à découvrir notre deuxième atelier de découverte consacré au régulateur de tension négatif. Cette deuxième activité vous permettra de comprendre comment générer et réguler une tension négative :