Le régulateur de tension 12V DC

Dans certains montages électrique, nous aurons besoin d'une source d'alimentation électrique régularisée de 12V continue. Pour ce fait, nous allons tester ensemble le mode de fonctionnement d'un régulateur de tension fixe 12V sous la solution de simulation des circuits électroniques en temps réel SimulIDE.

Pour ce fait, nous allons modéliser ensemble ce type de circuit d'alimentation. Si vous ne disposez pas encore de la solution SimulIDE, vous pouvez le télécharger puis l'installer facilement depuis simulide.com. Le schéma électrique ci-dessous nous présente notre montage à créer :

Une fois ce montage est créé sous la solution de la simulation, nous devons configurer :

• Le régulateur à 12V
• Les deux condensateurs à 10 µF
• La source d'alimentation avec les deux paramètres suivants : 0V pour Min. Voltage et 18V pour Max. Voltage.

Lancez ensuite la simulation et variez la source d'alimentation de 0V à 18V et lisez les valeurs sur les deux voltmètres au fur et à mesure. Que remarquez-vous ?

Réalisation et simulation

Modélisation de l'étage du régulateur 12V sous simulIDE

Comme expliqué dans la proposition ci-dessous de cette fiche d'activité, nous avons créé le montage proposé sous la solution SimulIDE, la capture ci-dessous vous montre notre modélisation :

Afin de modéliser le montage présenté précédemment, les éléments suivants sont requis :

• Une source d'alimentation variable que nous pouvons retrouver facilement dans la bibliothèque de notre outil de simulation sous le nom "Voltage Source". La capture ci-dessous nous montre son icône :

• Un régulateur de tension fixe : que nous allons le configurer à une valeur de 12V pour simuler ; par exemple le régulateur LM7812. Ce composant est disponible dans la sous-catégorie "Other Active" dans la catégorie "Actif" de notre bibliothèque. L'image ci-dessous nous montre où nous pouvons le retrouver :

• Deux condensateurs d'une valeur d'une valeur de 10 µF.
• Deux voltmètres permettant de mesurer la tension de sortie du générateur et celle du régulateur de tension fixe. Pour ces deux voltmètres, nous pouvons les placer directement de la bibliothèque de composants, que nous retrouvons facilement comme nous le montre la capture ci-dessous : 

• Une masse permettant d'établir le potentiel de référence (0 V) du circuit. La capture ci-dessous nous présente l'icône à chercher dans la bibliothèque composant : 

Il est aussi possible de retrouver rapidement un composant dans la bibliothèque de composants "Composants" sous SimulIDE en tapant directement le nom à rechercher du composant dans le champ de recherche prévu à cet effet. La capture ci-dessous nous montre un exemple ; recherche du composant condensateur :

Simulation en temps réel sous SimulIDE

Pour activer le simulateur, varier la tension de la source d'alimentation et lire les valeurs des deux tensions à la sortie du générateur et celle du régulateur de tension fixe, il est nécessaire de lancer la simulation. Pour ce faire, cliquez sur le bouton "Start Simulation".

Petit rappel, comme nous le faisons pour chaque activité, nous vous rappelons les différents boutons de la barre simulation disponibles dans notre outil de simulation :

Ainsi, pour activer le mode de simulation, vous devez cliquez sur le bouton "Start Simulation". Et pour arrêter le simulateur, cliquez sur ce même bouton, dont son infobulle devient alors « Stop Simulation ».

Il est aussi à noter, que si une erreur empêche l'exécution du simulateur, un message d'erreur s'affichera dans la fenêtre "Output" qui s'affichera automatiquement sous la zone schématique de notre solution.

Simulation, exécution et lecture des différents tensions électriques

Une fois le simulateur est lancé, nous pouvons maintenant augmenter doucement la tension du générateur variable, que nous allons nommer \( V_{gen} \) de 0V jusqu'à 18V.

• \( V_{gen} \) < 12V : la tension de notre source \( V_{gen} \) n'atteint pas encore les 12V requis par le régulateur :

Nous remarquons que le régulateur ne fonctionne pas correctement et il entre dans son régime de dropout (un régime connu hors régulation pour ces composants de régulation de tension). Il ne peut pas élever la tension à son sortie pour fournir les 12V demandés, ce qui le laisse fonctionner comme s'il n'était pas présent dans notre circuit. La tension à sortie sera donc approximativement égale à la tension à son entrée :\( V_{out} \approx V_{in} \).

• \( V_{gen} \) ≥ 12V : La tension fournie par la source d’alimentation \( V_{gen} \) est désormais supérieure ou égale à 12V; valeur de référence du régulateur.

Le régulateur fonctionne correctement dans son régime de régulation. La tension mesurée à la sortie de ce composant reste toujours à fixe 12V et n'augmente plus malgré que nous augmentons la tension à son entrée. Avec une telle tension suffisante, le régulateur fonctionne parfaitement.

Que remarquons-nous ?

Le fonctionnement du régulateur de tension fixe dépend de la tension appliquée à son entrée. Lorsque la tension reçue est inférieure à la tension minimale requise pour son régime de regulation. Autrement dit, lorsque la tension à son entrée est suffisante, le régulateur entre en régime de régulation et maintient une tension de sortie stable de 12V, indépendamment des variations en entrée. Sinon il entre dans son régime de dropout et la tension à sa sortie sera approximativement égale à la tension qu'il reçoit.

Aller plus loin : le régulateur ajustable

Nous vous proposons de réaliser d'autres activités avec nous autour du régulateur des tensions. Pour ce fait, nous vous proposons les activités suivantes :

• La régulation ajustable négative : Régulateur de tension négative (à base du régulateur LM337)
• La régulation ajustable positive : Régulateur de tension positive (à base du régulateur LM313)