 Objectif : alimenter un moteur prévu
pour une tension plus basse que celle du réseau, tout en contrôlant les ralentis et la progressivité de
la vitesse. Exemples :
 — installer un moteur prévu pour 1,5 ou 3 V
(V signifie volt) au lieu de 8 ou 12 V dans une locomotive ;
— réduire la vitesse dŽune machine
qui a tendance à aller trop vite ;
— faire circuler la vieille loco Jouef en 6 V ou le train
à piles du fiston sur le réseau de papa.
Différentes étapes vont nous amener à la solution
la plus rationnelle... |
La solution la plus simple 
venant à lŽesprit est de mettre une résistance R1 en série avec le moteur.
 Problème :
le courant de démarrage dans le moteur est plus important que le courant en marche.
Si le moteur 3 V consomme par exemple 200 mA en marche,
et est alimenté en 12 V, la résistance en série doit avoir comme valeur R1 = (12 — 3) / 0,2
= 45 Ω.
Mais sŽil faut par exemple 300 mA pour que le moteur démarre
(avec un rapport de 1,5, cŽest un très bon moteur), lŽobtention de ces 300 mA nécessitera au minimum
dŽalimenter lŽensemble avec une tension U = 45 x 0,3 = 13,5 V, cŽest-à-dire quŽau mieux,
si le moteur démarre seul (lŽalimentation doit délivrer plus de 12 V), il partira immédiatement
à pleine vitesse, et lŽon devra ensuite réduire manuellement lŽalimentation pour régler la vitesse
à la valeur voulue, et attention à la surtension si le moteur est à vide. |
Pour éviter le problème précédent,
lŽidée est dŽajouter une résistance R2 en parallèle
avec le moteur pour dériver un courant important par rapport à celui du moteur et stabiliser le rapport
de division.
 Fixons
par exemple que notre moteur doit démarrer au quart du réglage (tension de 3 V) et ne dépasse
pas le dixième de sa vitesse une fois démarré à ce stade, pour atteindre la pleine vitesse
à 12 V.
Nous supposerons par approximation que la tension aux bornes du moteur
est nulle à lŽarrêt. Pour fournir 300 mA sous 3 V, la résistance R1 doit être de
3/0,3 = 10 Ω et pour nŽavoir que 3 V aux bornes du moteur lorsque lŽalimentation fait 12 V,
le courant dans R1 doit être de (12 — 3)/10 = 0,9 A.
Le moteur ne consommant alors que 200 mA, il faut dériver
700 mA sous 3 V, soit R2 = 3/0,7 = 4,3 Ω.
Pour un moteur de 0,6 W, R1 dissipera 8 W et R2 2 W,
soit au total 10 W ; chaleur, encombrement et coût interdisent cette solution ! Et rappelons quŽun
rapport de 1,5 entre courant de démarrage et courant en marche correspond à un très bon moteur... |
 Mettons
un transistor en série avec le moteur et fixons le potentiel de sa base pour quŽil soit dans un rapport constant
par rapport à la tension dŽalimentation.
Pour alimenter le moteur en 3 V à pleine vitesse, la
base du transistor doit être à 3,7 V.
R1 et R2 doivent être dans le rapport (12 — 3,7)/3,7
= 2,24. Prenons par exemple R1 = 1 kΩ et R2 = 2,2 kΩ.
Compte tenu du gain du transistor, seuls quelques milliampères
sont nécessaires sur la base et lŽaugmentation du courant au démarrage ne changera pas de manière
sensible le courant dans le pont diviseur et donc le rapport de division.
Le diviseur de tension nŽest toutefois pas parfait, car le moteur
ne démarrera que lorsque la tension sur la base du transistor atteindra 0,7 V donc une tension alimentation
de 0,7 x (1 + 2,24) = 2,3 V, mais de 2,3 à 12 V la linéarité
sera largement suffisante.
Ce montage ne fonctionne que dans un seul sens. Si lŽon inverse la
polarité, soit rien ne se passe, soit le moteur reçoit la pleine tension (car certains transistors ont une diode
interne de protection contre les tensions inverses, cf. ci-dessous ). |
Nous allons utiliser deux transistors complémentaires,
NPN et PNP, dont le potentiel de base viendra du même pont de résistances, chacun conduisant dans un sens
selon la polarité de lŽalimentation.
Pour aborder la mise en parallèle des
transistors, il est nécessaire de revenir sur leur constitution. 
Il suffit de tester un transistor avec un ohmmètre pour constater que, par construction ou pour des raisons
de protection, un transistor au repos nŽest pas un isolant et a des sens privilégiés de conduction,
semblables aux diodes ( en bleu ci-contre). La diode figurée
ici entre lŽémetteur et le collecteur nŽest pas liée à la structure du transistor mais parfois
prévue en interne pour le protéger contre les courants inverses.
Il nŽest donc pas possible de brancher directement deux transistors
NPN et PNP en parallèle, car la conduction base-collecteur de lŽun équivaut à mettre une diode
entre le collecteur et la base de lŽautre et chaque transistor conduit à fond. |
 Une
diode en série avec chaque transistor suffit à éliminer ces retours parasites, comme indiqué
dans le montage final ci-contre. La chute de tension dans la
diode augmente de 0,5 V le seuil de démarrage du moteur, ce qui reste acceptable.
Le type de transistor sera choisi en fonction de la place disponible
et de la puissance à dissiper : 200 mA sous 9 V fait 1,8 W, ce qui est trop pour un petit
boîtier TO92, mais ne nécessite pas de radiateur pour des boîtiers TO126 (BD139/BD140) ou TO220
(BD911/BD912).
Variantes :
— Si le rapport de réduction doit être différent
en fonction du sens de marche, R2 sera remplacée par deux résistances en série, pour avoir un
point intermédiaire de plus fort rapport de division où lŽon branchera la base du transistor correspondant
au sens concerné. |
— Si lŽon souhaite nŽemployer que des transistors NPN ou PNP,
 le montage ci-dessous (ou sa variante en PNP) pourront être
utilisés.
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Ptitrain 
