Régulateur de tension 78xx

Le régulateur de tension 78xx n’est pas un composant unique mais une famille entière : le même boîtier, le même brochage, la même façon de se câbler, et pour seule différence la tension qu’il délivre. Un 7805 sort du 5 V, un 7809 du 9 V, un 7812 du 12 V. Trois puces interchangeables, la même main pour les brancher.

C’est la famille de régulateurs la plus ancienne et la plus répandue de l’électronique : un condensateur interne d’une part, trois broches d’autre part, et la tension de sortie reste stable quelle que soit la tension d’entrée — dans les limites du composant — et quel que soit le courant tiré par le montage. Aucun réglage, aucune programmation, aucune formule à calculer : on choisit la référence qui correspond à la tension voulue, et c’est fini.

Lire la référence : tout est écrit dessus

Le nom du composant donne à lui seul ce qu’il fait. Inutile d’ouvrir une fiche technique pour savoir si un 7812 sort du 5 V ou du 12 V : la référence se décompose en trois morceaux.

Les préfixes du fabricant — LM, L, MC, KA — ne changent rien à cette lecture : « 7805 » désigne la fonction, la tension et le brochage, quels que soient les caractères qui précèdent.

La famille, tension par tension

Dans cette boutique, la famille est proposée dans ses trois tensions les plus demandées, en boîtier TO-220 capable d’un ampère : le 5 V, le 9 V et le 12 V. Le brochage est identique pour les trois, seul le chiffre change sur le boîtier.

Brochage : le même pour toute la famille

Boîtier TO-220, face sérigraphiée devant vous et broches vers le bas, on compte de gauche à droite :

Deux précautions. D’abord, la masse est au milieu : c’est l’inversion entrée/sortie qui fait échouer la majorité des premiers montages. Ensuite, le brochage décrit ici vaut pour le TO-220 : sur un modèle en boîtier plastique TO-92, comme le 78L05, l’ordre des broches est inversé (1 = sortie, 2 = masse, 3 = entrée). Vérifiez toujours au multimètre avant de brancher la source.

La famille négative 79xx, elle, a son propre brochage : ne transposez pas celui du 78xx, relisez la fiche technique du composant.

Le calcul à faire avant de choisir sa version

Un 78xx est un régulateur linéaire : il obtient une tension stable en brûlant tout l’écart entre l’entrée et la sortie. La chaleur produite vaut donc, en watts : (tension d’entrée − tension de sortie) × courant consommé. Choisir la version la plus proche de la source, c’est réduire cette chaleur.

Trois repères pratiques pour la famille entière : en dessous de 1 W dissipé, rien à prévoir ; au-delà de 2 W, un dissipateur vissé sur la patte métallique devient nécessaire ; au-delà de 5 W, c’est un convertisseur à découpage qu’il faut, pas un régulateur linéaire. Le boîtier nu évacue mal, de l’ordre de 60 °C/W dans l’air libre : 2 W y font monter la jonction de plus de 100 °C, ce qui finit par déclencher la protection thermique — le montage s’arrête puis repart tout seul.

Le câblage recommandé autour du régulateur

• 0,33 µF entre l’entrée et la masse, au plus près du régulateur : c’est la valeur que demandent les fabricants pour garantir la stabilité quand la source est un adaptateur et que les fils sont longs.
• 0,1 µF entre la sortie et la masse, sur le même principe. Sans ces deux condensateurs, un 78xx alimenté par une alimentation éloignée peut se mettre à osciller et produire des parasites difficiles à expliquer autrement.
• Une diode de protection si la sortie porte une grosse capacité (10 µF et plus) : montée entre la sortie et l’entrée, cathode vers l’entrée, elle empêche la capacité de se décharger dans le régulateur lorsque la source est coupée.
• Un dissipateur sur la patte métallique dès que le calcul de puissance le réclame, avec un peu de pâte thermique. Comme cette patte est à la masse, elle ne nécessite pas de pastille isolante si le dissipateur ne touche rien d’autre.

Mini-projet : reconnaître un 78xx par sa tension de sortie

Un 78xx ne porte pas toujours sa référence lisiblement, et deux boîtiers identiques peuvent sortir du 5 V ou du 12 V. Voici la façon la plus rapide de trancher : on alimente le composant, on mesure sa sortie avec l’Arduino, et le programme annonce la référence — en clair sur le moniteur série, et par un nombre de clignotements quand on n’a pas d’ordinateur sous la main.

La sortie d’un 7812 monte à 12 V, or une entrée analogique d’Arduino ne supporte pas plus de 5 V : c’est le point à ne pas manquer. On intercale donc un diviseur de tension qui divise la mesure par trois. Le programme se charge de remettre le facteur.

Ce qu’il faut

Le câblage

Relisez la troisième ligne : les deux résistances du haut sont en série (20 kΩ), le fil qui part vers A0 est pris à leur jonction, et la troisième résistance referme ce point vers la masse. La sortie du régulateur ne doit, à aucun moment, être reliée directement à une entrée analogique — c’est le diviseur qui rend la mesure possible.

L’Arduino reste alimenté par son câble USB : inutile de le brancher en même temps sur le 12 V. Les masses du régulateur et de la carte doivent être communes, sinon la mesure n’a aucune référence et n’affiche que du bruit.

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Reconnaitre un regulateur 78xx par sa tension de sortie
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Mesure via un diviseur 20 kohms / 10 kohms (facteur 3)
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */

const byte PIN_MESURE = A0;   // point milieu du diviseur
const byte PIN_LED    = 8;    // LED temoin, via une resistance de 220 ohms

const float FACTEUR = 3.0;    // rapport du diviseur, a ajuster apres mesure

void clignoter(byte fois) {
  for (byte i = 0; i != fois; i = i + 1) {
    digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
    delay(250);
    digitalWrite(PIN_LED, LOW);
    delay(250);
  }
}

void setup() {
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Quel regulateur 78xx est branche ?");
}

void loop() {
  float sortie = analogRead(PIN_MESURE) * 5.0 / 1023.0 * FACTEUR;

  Serial.print("Tension de sortie : ");
  Serial.print(sortie, 2);
  Serial.println(" V");

  if (sortie >= 4.75 && 5.25 >= sortie) {
    Serial.println("version 5 V : 7805");
    clignoter(1);
  } else if (sortie >= 8.55 && 9.45 >= sortie) {
    Serial.println("version 9 V : 7809");
    clignoter(2);
  } else if (sortie >= 11.40 && 12.60 >= sortie) {
    Serial.println("version 12 V : 7812");
    clignoter(3);
  } else {
    Serial.println("Hors des bandes 5 V, 9 V et 12 V : entree ou cablage a verifier");
    digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
    delay(1200);
    digitalWrite(PIN_LED, LOW);
  }

  delay(1000);
}

Comment ça marche

• analogRead() renvoie un nombre de 0 à 1023 qui traduit la tension présente sur A0 par rapport aux 5 V de référence de la carte. Le facteur 3 multiplie ensuite cette lecture par le rapport du diviseur pour retrouver la tension réelle de sortie.
• Les trois bandes de comparaison sont volontairement larges, à 5 % autour de la tension nominale : elles couvrent à la fois la tolérance du régulateur et l’imprécision de la référence de l’Arduino, qui n’est autre que les 5 V de l’USB.
• clignoter() compte les flashs : un pour un 7805, deux pour un 7809, trois pour un 7812. Le nombre est le résultat, sans avoir à ouvrir le moniteur série.
• La constante FACTEUR est en haut du programme parce que c’est le seul réglage à retoucher : les résistances ne sont pas exactes au pour cent près, et une mesure au multimètre permet de corriger ce rapport en une ligne.

Ce que vous devez observer

Avec l’alimentation 12 V en entrée, un 7805 affiche autour de 5,0 V et clignote une fois, un 7809 autour de 9,0 V et clignote deux fois, un 7812 autour de 12,0 V et clignote trois fois. Le régulateur est identifié en quelques secondes.

Pour voir la limite de la famille à l’œuvre, gardez la même entrée de 12 V et branchez un 7812 : la sortie s’écroule aux alentours de 11 V au lieu de tenir ses 12 V, et le programme annonce une tension hors bandes. C’est la chute de tension du composant, qui réclame environ 2 V d’écart entre l’entrée et la sortie. Un 7812 a besoin d’au moins 14 V pour réguler correctement, un 7809 de 11 V, un 7805 de 7 V : en dessous, la sortie suit l’entrée au lieu d’être stabilisée.

Variante : quand le 78xx n’est pas la bonne réponse

Le 78xx rend un service imbattable pour un montage qui consomme peu, mais il a deux angles morts. Le premier est la batterie : toute la tension absorbée part en chaleur, donc une pile 9 V ou un pack d’accus se vident nettement plus vite qu’avec un convertisseur à découpage. Le second est le courant : au-delà de quelques centaines de milliampères sous une entrée élevée, la chaleur devient ingérable sans un ventilateur sur le dissipateur.

Dans ces deux cas, la famille change : un convertisseur DC-DC réglable LM2596 ou un module d’alimentation à découpage rendent la même tension utile en gaspillant beaucoup moins. Et lorsqu’il faut descendre de 5 V vers 3,3 V, l’écart est trop faible pour un régulateur classique : un module 5 V vers 3,3 V est prévu exactement pour ce cas.

Pour une alimentation symétrique — un ±12 V pour un montage analogique — c’est la série 79xx qui prend le relais : même principe, tension négative par rapport à la masse, avec un brochage propre qu’il faut relire avant de câbler.

Questions fréquentes

Toute la famille 78xx se câble-t-elle de la même façon ?

Oui, en boîtier TO-220 : entrée, masse, sortie, dans cet ordre, du 7805 au 7824. La seule réserve concerne les boîtiers TO-92 (78L05, par exemple), où l’ordre des broches est inversé. Si vous remplacez un composant par un autre sans changer le câblage, vérifiez toujours le boîtier avant de remettre sous tension.

Quelle tension d’entrée prévoir ?

La tension de sortie plus 2 V au minimum : 7 V pour un 7805, 11 V pour un 7809, 14 V pour un 7812. En haut de la plage, la plupart des modèles acceptent jusqu’à 35 V en entrée, un 7824 un peu plus. Entre ces deux bornes, plus l’entrée est basse, moins le composant chauffe : une source 9 V vaut mieux qu’une source 12 V pour alimenter un montage en 5 V.

Pourquoi le régulateur chauffe-t-il autant ?

Parce que c’est un régulateur linéaire : l’écart entre l’entrée et la sortie se transforme intégralement en chaleur. Un 7805 alimenté en 24 V qui débite 1 A dissipe près de 20 W, ce qui le met hors de sa zone d’utilisation ; le même composant alimenté en 9 V dissipe moins de 4 W. Réduire la tension d’entrée est toujours le premier levier, ajouter un dissipateur le second.

Peut-on mettre deux régulateurs en parallèle pour doubler le courant ?

Non. Deux 78xx ne partagent pas le courant : celui dont la tension de sortie est la plus haute prend toute la charge, l’autre se retrouve à ne rien faire, et le premier lâche. Pour plus de courant, on prend une version prévue pour cela (78S05 pour 2 A) ou on change de technologie avec un convertisseur à découpage, qui existe aussi en modules débitant plusieurs ampères sous petit volume.

Faut-il des condensateurs autour du régulateur ?

Ils sont recommandés par tous les fabricants, et coûtent moins qu’un composant remplacé : 0,33 µF à l’entrée, 0,1 µF à la sortie, au plus près du boîtier. Sur une plaque d’essai avec des fils courts, le montage fonctionne souvent sans eux ; sur un circuit imprimé avec une alimentation distante, leur absence se paie en oscillations et en parasites.

Le régulateur est froid et ne sort rien : où chercher ?

Dans l’ordre : la masse commune entre la source et ce qui reçoit la sortie, l’ordre des trois broches, puis la tension d’entrée réellement présente sur la broche 1. Un 7812 alimenté en 9 V ne peut pas sortir du 12 V, et un montage sans charge ne montre parfois rien de visible — le multimètre sur la broche 3, par rapport à la broche 2, répond en trois secondes.

À combiner avec

La famille se complète selon la tension dont vous avez besoin : le régulateur 7805 pour tout ce qui est numérique, le régulateur 7809 pour les appareils à pile 9 V, le régulateur 7812 pour les bandeaux de LED et les relais. Le brochage étant commun aux trois, il suffit de commander la bonne tension et de garder le même câblage.