Générateurs de courant constant

Le présent article décrit plusieurs types de générateurs de courant constant, à base de transistors bipolaires, transistors FET, AOP ou régulateurs de tension linéaires. Le but premier est de montrer quelques schémas pratiques et d'en expliquer brièvement leur fonctionnement. Vous trouverez donc plusieurs montages et pas forcement beaucoup d'explications théoriques. Désolé.

Générateur de courant à transistors bipolaires

Le générateur de courant constant dont le schéma suit permet de fournir un courant de quelques mA dans une charge dont une borne est relié côté positif de l'alimentation.

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La valeur du courant circulant dans la charge (charge représentée ici par la résistance RC) est définie par la valeur de la tension de zener de D1, et de la valeur de la résistance Rx. La tension aux bornes de la diode zener est relativement constante, tant que le courant qui y circule ne varie pas trop. Et il en est de même pour la tension de la jonction Base-Émetteur du transistor Q1. On peut donc en déduire que la tension aux bornes de la résistances Rx est tout autant constante. Et comme la résistance Rx est une résistance dont la valeur ohmique ne varie pas trop en temps normal, nous pouvons constater un courant relativement constant dans cette dernière. Si le transistor Q1 présente un gain assez important (disons supérieur à 100), on peut négliger la valeur du courant de base par rapport au courant circulant dans la jonction émetteur. En admettant celà, le courant collecteur est sensiblement égal au courant émetteur. Et comme le courant collecteur est celui circulant dans la charge, on en conclue que le courant dans la charge ne dépend pas de la charge, dans certaines limites d'utilisation faut-il tout de même préciser. Dans l'exemple précédent, le courant dans la charge, nommé Irc, est défini par la formule suivante :

Irc = (Vz - 0,7V) / Rx
Irc = (5,1 - 0,7) / 1000
Irc = 4,4 mA



Vz est la tension de zener de la diode zener D1.

Si l'on veut simplifier le calcul, il est possible d'insérer une diode silicium classique de type 1N4148 en série avec la diode zener, de façon à compenser la "perte" de 0,6V de la jonction base-émetteur de Q1, comme le montre le schéma suivant.

gene_courant_001ab

On peut de la sorte utiliser la formule approchée suivante :

Irc = Vz / Rx

Personnellement, je trouve un peu luxueux d'ajouter une diode juste pour simplifier le calcul. A vous de voir.

Si maintenant vous souhaitez connecter une des deux bornes de la charge à la masse, et en même temps bénéficier d'un courant plus important, vous pouvez utiliser le montage suivant :

gene_courant_001ba

Cette fois, le courant circulant dans la charge (résistance RC) est défini par la formule suivante :

Irc = 0,7 / Rx.

En réalité, cette formule est plutôt approximative, mais elle convient bien pour se faire une idée de la valeur réelle. Ceci dit, si la valeur réelle n'est pas exactement égale à la valeur obtenue par calcul (ce qui n'a rien de bien surprenant en électronique), la stabilité du courant sur variation de la charge est relativement bonne. J'ai plusieurs fois utilisé ce type de montage, notamment pour l'alimentation de plusieurs LEDs branchées en série (voir page alim LED), et en particulier pour mon projecteur à led 2 (dans lequel la charge RC est connectée en haut du schéma et non en bas, mais ça ne change pas grand chose).

Générateur de courant à FET (transistors à effet de champs)

Un transistor à effet de champs (FET en anglais ou TEC en français), peut être utilisé seul - sans aucun autre composant - ou en couple, pour réaliser un générateur de courant constant. Ce premier exemple, qui n'utilise qu'un seul FET, permet de générer un courant d'environ 10 mA :

bases_gene_courant_001ca

La charge RC peut par exemple être remplacée par une LED classique, en sortie d'une alimentation à tension de sortie ajustable, tel que cela peut être vu à la page alimentation ajustable 3.

Générateur de courant à AOP (amplificateur opérationnel)

Un AOP peut être mis à contribution pour transformer une tension continue en un courant continu, c'est ce que montre l'exemple suivant, qui permet
 de faire varier la luminosité d'une LED en fonction d'une tension continue de commande.

bases_gene_courant_001da

Avec ce schéma (mis en pratique dans le gradateur de lumière 6), la tension de commande permet de faire varier le courant dans la LED entre 0 et 24 mA environ. Le calcul du courant de sortie est fort simple, dès lors que l'on sait qu'un AOP fait ce qu'il peut pour conserver une tension identique sur ses bornes non-inverseuse et inverseuse. Par exemple, si on lui applique une tension (de commande) de 5 V sur l'entrée non inverseuse, on va aussi trouver une tension de 5 V sur l'entrée inverseuse, et c'est aussi la tension que l'on peut mesurer sur R1. Si R1 vaut 330 ohms et que la tension à ses bornes est de 5 V, cela implique un courant I = 5 / 330 = 15 mA. La valeur max du courant pouvant être débité dans la LED dépend donc de la valeur donnée à la résistance R1, mais elle dépend aussi du type d'AOP utilisé. Avec un 741, on ne pourra guère dépasser 30 mA, ce qui est déjà pas mal.  Pour un usage avec des courants plus élevés, il est possible d'associer un transistor de puissance à l'AOP, comme le montre le schéma suivant.

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Avec ce montage, le courant dans la LED peut évoluer entre 0 mA et un peu plus de 600 mA quand RV1 est en position max. Il va de soi que vous ne devez pas réaliser ce montage avec une LED standard, à moins de voir jusqu'où elle peut tenir... Et si votre besoin est de pouvoir fournir un courant constant de valeur comprise entre 50 mA et 5 A avec une source de tension de 50 V, vous pouvez adopter le montage suivant, proposé en exemple.

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Le courant de sortie est maximal quand le curseur du potentiomètre RV1 est positionné côté R2 (côté +Alim), et est minimal quand il est côté R3 (côté masse). La valeur minimale limite est fixée par la valeur de R3 : une valeur plus faible de R3 équivaut à permettre un courant minimal plus proche de zéro. Donner à R2 une valeur plus grande permet de limiter la valeur maximale de courant. Le transistor Q2, associé à R4 et à la diode zener D1 de 15 V, forme un régulateur de tension abaissant la tension d'entrée de 50 V à une valeur voisine de 14,4 V, pour alimenter l'AOP qui ne vivrait pas bien longtemps si on lui appliquait d'office un 50 V assassin. RL correspond à la charge dans laquelle doit circuler le courant désiré.

Attention, le transistor Q1 doit impérativement être monté sur radiateur !

Générateur de courant à régulateur de tension linéaire

Ce type de générateur peut par exemple être employé pour la recharge d'accumulateurs de petite capacité (exemple en page Chargeur 2) ou pour alimenter une diode laser (exemple en page Alim diode laser 1). Le schéma qui suit utilise un régulateur de type 7808 (LM7808, MC7808, UA7808, etc.), délivrant normalement une tension de sortie positive de +8 V plus ou moins quelques pourcents.

bases_gene_courant_001ea

La résistance RX est raccordée entre la sortie du régulateur de tension et sa broche de référence commune et voit appliquée à ses bornes une tension stable de +8 V, ce qui conduit à la création d'un courant stable dont la valeur ne dépend plus que de la valeur de la résistance elle-même. Dans l'exemple donné, la résistance est une 100 ohms, le courant qui la parcourt est d'environ :

Irx = 8 / 100
soit environ 80 mA.

Remarques :
- Le courant Irc circulant dans RC est sensiblement égal à celui circulant dans RX, car la borne commune du régulateur absorbe un courant assez faible, que l'on peut considérer comme négligeable.

- En utilisant un régulateur de tension ajustable de type LM317, le courant est défini par la formule Irx = 1,25 / 100 car la tension entre la broche Adjust et la broche de sortie du régulateur est de 1,25 V.

 

 

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