Créer une tension négative à partir d'une tension positive simple

Il arrive qu'on ait besoin d'une tension négative pour réaliser une alimentation symétrique à partir d'une tension simple (batterie, tension issue d'un adaptateur, etc). L'exemple typique est la réalisation d'une petite alimentation pour un ampli op alors qu'on ne dispose que d'une tension simple. Plutôt que d'utiliser des convertisseurs à découpage, un montage simple consiste à utiliser un oscillateur associé à une pompe de charge. Simple, très économique et très fiable, ce montage s’intégrera dans tout circuit électronique !

Schéma de l'alimentation négative à partir d'une tension positive

Voici donc le schéma pour créer une tension négative à partir d'une tension positive. Les courants disponibles ne sont pas énormes mais on peut facilement obtenir 20 mA, ce qui suffira pour alimenter un ou plusieurs ampli op ou un capteur qui nécessite une alimentation symétrique. Le schéma de l'alimentation négative figure ci-dessous dans toute sa simplicité. Il est prêt à l'emploi :

Schéma d'alimentation pour créer une tension négative à partir d'une tension positive

Fonctionnement de l'alimentation

Vcc est la tension d'alimentation positive qui peut aller de 18 à 30 Volts pour notre exemple.

L'alimentation négative est basée sur une pompe de charge qui nécessite une tension alternative.

Oscillateur de l'alimentation

Un amplificateur opérationnel standard, tel que le classique TL071 ou TL081 convient tout à fait pour générer un signal carré à une fréquence d'environ 30 kHz. Une fréquence de 20 à 50 kHz convient tout à fait. On choisit une fréquence supérieure à 20 kHz pour réduire la taille des condensateurs de la pompe de charge et éviter tout risque de sifflement audible dans les condensateurs (possible lorsqu'il s'agit de condensateurs céramique CMS type MLCC).

Amplificateur en courant

Pour "attaquer" la pompe de charge, le courant de sortie de l'ampli op n'est pas suffisant. On l'amplifie avec un étage à transistors bipolaires. Les transistors doivent supporter au moins 500 mA parce que lors de la mise sous tension, une pointe de courant est possible. Elle est limité par R17 (47 Ohms).

Les transistors BC807 et BC817 conviennent mais on peut choisir d'autres transistors bipolaires avec un courant Ic de 500 mA minimum et une tension Vce de 30 Volts minimum.

Pompe de charges : l'astuce pour créer une tension négative

La pompe de charge est l'astuce du montage. C'est elle qui permet de générer la tension négative à partir du signal carré issu de la tension positive. il s'agit de l'encadré bleu (C10, D1, C11 et D2). On obtient à la sortie de la pompe de charge une tension négative par rapport à la masse qui vaut environ -Vcc à 3 ou 4 Volts près. Pour une tension d'entrée de 20 Volts, on aura environ -16 ou -17 Volts.

Régulateur linéaire (option)

Si on souhaite obtenir une bonne précision de la tension de sortie (100 mV de variation) alors que la tension d'entrée Vcc peut fluctuer (entre 20 et 30 Volts par exemple), le régulateur linéaire est nécessaire. Il est simplement basé sur une diode zener VZ1 polarisée par R52. T3 est un transistor ballast qui augmente le courant de sortie disponible à 20 mA sans problème.

Exemple de maquette d'alimentation négative -10 Volts montée avec des CMS

L'ampli op TL072 est en boitier DIP et soudé de l'autre côté. Seul un des deux ampli op est utilisé.

Alimentation symétrique à partir de la tension positive

Si vous souhaitez réaliser une alimentation symétrique +/-10 Volts à partir d'une tension simple (18 à 30 Volts), il suffit d'ajouter un autre montage pour la régulation linéaire de la tension d'entrée positive (ici +10 Volts). De façon symétrique, on utilisera un transistor NPN (BC817 par exemple) et la diode zener sera retournée (anode à la masse).

Conclusion sur la création d'une tension négative :

Un oscillateur amplifié en courant associé à une pompes de charges (deux diodes et deux condensateurs) permettent de réaliser simplement une tension négative à partir d'une tension positive simple. On peut ainsi facilement réaliser une alimentation symétrique +/-10 Volts ou +/-15 Volts pour un montage basé sur un ampli op ou un capteur spécifique nécessitant ce type de tension.