Redressement Simple AlternanceRedressement Simple Alternance :
Dans cette leçon, nous reprenons sous une forme plus pratique, toutes les notions déjà exposées sur le redressement de la tension alternative (voir jonction P.N.).
D'autre part, afin de faciliter une recherche éventuelle, tous les montages redresseurs d'usage courant, sont regroupés dans cette même leçon, via également les liens en bas de page.
En électronique, quel que soit le montage envisagé, celui-ci doit toujours être alimenté par une tension continue.
Si la source d'alimentation est une batterie de piles ou d'accumulateurs, aucun problème ne se présente. En effet, la batterie délivre directement la tension continue.
Cette solution n'est cependant pas toujours applicable. La valeur de la tension demandée peut être élevée et le courant important.
Dans ce cas, l'emploi d'une batterie ou d'une série de batteries constituerait un système peu rentable et d'un encombrement prohibitif.
On fait donc appel à la tension secteur, qui, après redressement et filtrage, est en mesure de fournir le courant désiré.
1. - REDRESSEMENT SIMPLE
ALTERNANCE
Comme vous le savez, la tension secteur est alternative et plus précisément sinusoïdale.
Celle-ci croît régulièrement de la valeur zéro vers un maximum positif, puis décroît tout aussi régulièrement de ce maximum positif vers zéro, puis vers un maximum négatif avant de revenir à une valeur nulle.
La forme d'onde de cette tension est représentée figure 1.
Le problème du redressement, consiste à supprimer l'une des alternances et le plus souvent l'alternance négative.
Dans ce cas, seule subsiste l'alternance positive, permettant d'avoir une tension continue positive.
Mais, on peut aussi conserver l'alternance négative et supprimer l'alternance positive, de façon à obtenir une tension continue négative.
L'élément actif, utilisé dans cette opération est appelé REDRESSEUR.
Dans les cas les plus courants, il s'agit d'une diode à vide ou à semi-conducteur pour les petites puissances, d'une diode à gaz au mercure ou d'un ignitron pour les puissances élevées (utilisation en électronique industrielle).
Quel que soit le redresseur utilisé, le montage se présente comme indiqué figure 2.
1. 1. - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Connaissant les propriétés des diodes (voir leçons "Théorie" et "semi-conducteurs"), le principe du montage redresseur est simple.
a) - La diode conduit pendant les alternances positives de la tension alternative du secteur (résistance négligeable).
b) - La diode ne conduit pas pendant les alternances négatives de la tension alternative du secteur (résistance pratiquement infinie).
Entre la cathode et la masse, on obtient donc une tension ayant la forme indiquée figure 3.
Sur la figure 2, on voit que le secondaire du transformateur est relié d'une part à la diode et d'autre part à la masse (partie métallique du châssis). De ce fait, la tension de sortie est recueillie entre la cathode de la diode et la masse.
On peut bien entendu supprimer cette liaison de masse. Dans ce cas, le montage se présente comme indiqué figure 4.
Le fait d'utiliser la masse du châssis facilite cependant le câblage en évitant l'emploi d'un conducteur commun (conducteur reliant le point bas du secondaire, également appelé "point froid" de la sortie).
La tension de sortie n'est toutefois pas vraiment continue. Elle se présente en effet sous forme d'impulsion (voir figure 3).
Aussi, pour rendre cette tension plus régulière, il est bon d'insérer entre les bornes de sortie, un condensateur électrochimique de forte valeur (de quelques microfarads à plusieurs dizaines de microfarads dans le cas les plus courants).
Le montage redresseur se présente alors comme sur la figure 5. (Cliquez ici : retour).
Ce condensateur appelé condensateur de filtrage, se charge à la valeur maximum de la tension alternative (on peut négliger l'influence de la résistance directe de la diode) et se décharge lorsque la tension diminue et cesse d'exister (alternances négatives).
On peut encore améliorer la forme de la tension de sortie, en utilisant, à la place d'un seul condensateur, un filtre de Nivellement, composé de deux condensateurs et d'une bobine (ou d'une résistance).
Nous étudierons ces filtres dans cette leçon.
Pour le moment, nous ne considérerons que le condensateur se trouvant entre les bornes de sortie du montage, car celui-ci intervient pour le choix du redresseur à utiliser dans le projet d'une alimentation.
Pour bien comprendre les explications qui vont suivre, prenons un exemple numérique : soit 250 volts, la tension efficace délivrée par le secondaire du transformateur.
La tension continue à vide, c'est-à-dire la tension de sortie sans charge, aura pour valeur :
Us = 0,45 x U efficace = 250 x 0,45 = 112,50 Volts.
Soit sensiblement la moitié de la valeur efficace, ce qui est normal, étant donné que l'on ne redresse qu'une seule alternance.
Cependant, le condensateur se chargera à la valeur de la tension maximum, soit :
U max = U eff x 
2
= 250 x 1,41 = 352 Volts environ.
Aussi, pendant les alternances négatives, lorsque l'anode se trouvera portée au potentiel négatif maximum, soit - 352 Volts, la cathode, par l'intermédiaire du condensateur se trouvera à + 352 Volts (en considérant que le condensateur ne s'est pas déchargé).
On aura ainsi une tension inverse de crête de :
352 + 352 = 704 Volts
En régime normal, c'est-à-dire avec une charge dans l'alimentation, la tension inverse moyenne n'atteindra pas cette valeurs.
En effet, pour maintenir le débit de courant, le condensateur commencera à se décharger dès que l'alternance positive de la tension alternative, ayant atteint son maximum, reviendra vers une valeur nulle.
En pratique, avec une alimentation en charge, la tension continue de sortie sera égale à la valeur de la tension alternative efficace appliquée.
En conclusion, lors du projet d'une alimentation simple alternance, avec un condensateur de filtrage, on devra tenir compte des trois facteurs suivants :
-
a) Tension inverse,
-
b) Courant maximum demandé,
-
c) Tension d'isolement du condensateur.
Prenons un exemple : Élément de calcul pour réaliser une alimentation simple alternance, délivrant un courant maximum de 400 mA sous 100 Volts :
a) La tension continue de sortie étant égale à la tension alternative efficace, il faudra utiliser un transformateur avec un secondaire pouvant délivrer un courant d'au moins de 400 mA et une tension de 100 Volts.
b) Pour le choix du redresseur, on devra prendre un composant capable de fournir un courant moyen redressé de 400 mA, et capable de supporter une tension inverse de deux à trois fois la valeur de la tension efficace, c'est-à-dire :
100 x 2 = 200 à 100 x 3 = 300 Volts.
c) Quant à la tension d'isolement du condensateur, une valeur théorique de 242 Volts serait nécessaire.
Cependant, étant donné que l'alimentation débite un courant, donc que le condensateur se décharge, on adopte en général (pour des raisons d'économie) une valeur moins élevée.
La tension inverse de crête n'est en effet appliquée que par intermittence et pendant un temps très court.
On peut ainsi prendre un condensateur isolé à 150 Volts (tension service), pouvant supporter une "tension de pointe" ou "tension d'essai" nettement plus élevée.
Cependant, par sécurité, une alimentation ne doit jamais fonctionner à vide.
En effet, pour un débit nul, la tension continue de sortie passe, dans l'exemple donné, de 100 Volts à 142 Volts. Pendant le même temps, la tension alternative sur l'anode peut être de - 142 Volts, donc la tension entre l'anode et la cathode est de 284 Volts (142 + 142).
Dans ces conditions, il peut en résulter la destruction du condensateur chimique de filtrage.
Pour éviter cet inconvénient, on insère très souvent à la sortie des alimentations, une résistance de protection appelée Bleeder (terme anglo-saxon signifiant : qui tire de la puissance). Cette résistance est représentée en pointillé sur la figure 5.
La valeur de celle-ci doit être suffisante pour déterminer un débit de quelques milliampères, capable de provoquer la décharge du condensateur, mais ne doit pas être trop basse, afin de ne pas surcharger l'alimentation.
On peut par exemple admettre un débit de 5 mA.
La résistance Bleeder aura alors pour valeur : R = U / I = 100 / 0,005 = 20 kW.
Il ne reste plus ensuite, en consultant un catalogue constructeur, qu'à choisir le redresseur répondant aux normes déterminées en b, (BRY 13, 1N 334, SFR 264, etc...).
Pour protéger celui-ci des éventuelles surcharges, on peut prévoir une résistance en série, placée avant ou après le redresseur, mais AVANT LA CHARGE ; la valeur moyenne de cette résistance est de l'ordre de 5 W.
Étant donné que le courant débité par l'alimentation circulera dans celle-ci, cet élément devra être en mesure de dissiper une puissance de :
P = R x I² = 5 x 0,4² = 0,8 watts
Par précaution, il est bon de prévoir une résistance de 1 à 2 watts.
Dans le cas d'une alimentation par l'intermédiaire d'un transformateur, on peut considérer que la résistance ohmique de celui-ci assure une protection suffisante. Par contre, dans le cas d'une alimentation directe sur le réseau, cette résistance est indispensable.
Dans les figures précédentes, on a toujours représenté le redresseur avec le symbole d'une diode à semi-conducteur.
On peut évidemment, avec le même montage, utiliser une diode à vide. Il suffit simplement de prévoir au secondaire du transformateur, un enroulement supplémentaire, pour le chauffage du filament (voir figures 6 et 7).
On peut voir, figure 6 (diode à chauffage indirect), qu'une extrémité du filament est reliée à la cathode. Cette liaison, qui ne change rien au fonctionnement du tube, a pour but d'éviter un éventuel amorçage entre le filament et la cathode.
Avec ce montage, il n'est évidemment pas possible de relier une extrémité du secondaire "chauffage-filament" à la masse et de faire de même avec une extrémité du filament (solution facilitant le câblage).
Dans ce cas, en effet, le filament serait soumis à la tension continue redressée.
Les diodes à vide modernes, étant conçues avec un isolement cathode-filament suffisant, cette liaison n'est pas toujours indispensable.
Dans le montage de la figure 7 (diode à chauffage direct), c'est le filament qui sert de cathode.
La tension continue de sortie est prise entre la masse et cette électrode.
Là encore, il n'est pas possible de relier à la masse une extrémité du secondaire, "chauffage filament", et une extrémité du filament.
Dans ce cas, en effet, la tension continue serait directement en court-circuit avec la masse.
Le tableau de la figure 8 résume ce qui a été dit sur les montages redresseurs à une alternance.
Ce type de montage est simple, mais le nivellement de la tension continue de sortie est délicat, du fait que les alternances négatives de la tension alternative sont purement éliminées.
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