MESURES SUR LES CIRCUITS REDRESSEURS

# MESURES SUR LES CIRCUITS REDRESSEURS ## 11- Mesures des courants et tensions dans un redresseur ### Introduction Bienvenue à cette leçon sur les mesures des courants et tensions dans les circuits redresseurs. Les redresseurs sont des composants fondamentaux en électronique, utilisés pour convertir une tension alternative (AC) en une tension continue (DC) pulsée. Cette conversion est essentielle pour alimenter la plupart des appareils électroniques qui fonctionnent avec du courant continu. Au cours de cette leçon, nous allons explorer les différents types de redresseurs, apprendre à calculer leurs caractéristiques clés et comprendre comment mesurer précisément les courants et les tensions à leur sortie à l'aide d'instruments comme le multimètre et l'oscilloscope. ### Concepts Clés #### Principes de base de la rectification Un redresseur utilise des diodes pour permettre au courant de circuler dans une seule direction, transformant ainsi une onde AC bidirectionnelle en une onde unidirectionnelle. #### Redresseur Monophasé Simple Alternance Le redresseur simple alternance est le plus simple. Il utilise une seule diode pour redresser une tension AC. Seule une moitié de l'onde AC est transmise à la charge. ##### Caractéristiques du circuit * Utilise une seule diode. * Permet le passage d'une seule alternance de la tension d'entrée. ##### Formes d'onde * **Tension d'entrée (AC):** Une onde sinusoïdale. * **Tension de sortie (DC pulsée):** Seules les alternances positives (ou négatives, selon le sens de la diode) sont présentes, les autres étant coupées. ##### Formules de calcul * **Tension moyenne de sortie (DC):** \[ V_{moy} = \frac{V_{max}}{\pi} \] * **Courant moyen de sortie (DC):** \[ I_{moy} = \frac{V_{max}}{\pi R_L} \] * **Tension efficace de sortie (RMS):** \[ V_{eff} = \frac{V_{max}}{2} \] * **Tension inverse de crête (PIV):** La tension maximale que la diode doit supporter en inverse sans claquer. \[ PIV = V_{max} \] Où \( V_{max} \) est la tension de crête de l'onde sinusoïdale d'entrée. #### Redresseur Monophasé Double Alternance à Point Milieu Ce type de redresseur utilise un transformateur à point milieu et deux diodes pour redresser les deux alternances de la tension AC, produisant ainsi une sortie plus lisse et avec une fréquence double par rapport au simple alternance. ##### Caractéristiques du circuit * Utilise un transformateur avec prise médiane (point milieu) et deux diodes. * Chaque diode conduit pendant une alternance différente. ##### Formes d'onde * **Tension d'entrée (AC):** Onde sinusoïdale sur le primaire du transformateur. * **Tension de sortie (DC pulsée):** Les deux alternances sont redressées et combinées, résultant en une tension pulsée unidirectionnelle. La fréquence des pulsations est le double de la fréquence d'entrée. ##### Formules de calcul (Dans ces formules, \( V_{max} \) représente la tension de crête entre le point milieu et une extrémité du secondaire du transformateur.) * **Tension moyenne de sortie (DC):** \[ V_{moy} = \frac{2 V_{max}}{\pi} \] * **Courant moyen de sortie (DC):** \[ I_{moy} = \frac{2 V_{max}}{\pi R_L} \] * **Tension efficace de sortie (RMS):** \[ V_{eff} = \frac{V_{max}}{\sqrt{2}} \] * **Tension inverse de crête (PIV):** \[ PIV = 2 V_{max} \] #### Redresseur Monophasé en Pont (Graetz) Le redresseur en pont est le plus couramment utilisé pour la rectification double alternance, car il ne nécessite pas de transformateur à point milieu, ce qui le rend plus économique et souvent plus compact. ##### Caractéristiques du circuit * Utilise quatre diodes configurées en pont. * Permet le redressement des deux alternances de la tension AC. * Ne nécessite pas de transformateur à point milieu. ##### Formes d'onde * **Tension d'entrée (AC):** Onde sinusoïdale. * **Tension de sortie (DC pulsée):** Similaire au redresseur à point milieu, avec les deux alternances redressées et combinées. La fréquence des pulsations est le double de la fréquence d'entrée. ##### Formules de calcul (Dans ces formules, \( V_{max} \) représente la tension de crête aux bornes du secondaire du transformateur ou la tension de crête de l'entrée AC.) * **Tension moyenne de sortie (DC):** \[ V_{moy} = \frac{2 V_{max}}{\pi} \] * **Courant moyen de sortie (DC):** \[ I_{moy} = \frac{2 V_{max}}{\pi R_L} \] * **Tension efficace de sortie (RMS):** \[ V_{eff} = \frac{V_{max}}{\sqrt{2}} \] * **Tension inverse de crête (PIV):** \[ PIV = V_{max} \] #### Mesure des tensions et courants dans les redresseurs Pour caractériser un redresseur, nous utilisons principalement deux instruments: ##### Le Multimètre * **Mode DC (\( \text{V} \overline{\text{---}} \) ou \( \text{A} \overline{\text{---}} \)):** Utilisé pour mesurer la tension ou le courant *moyen* de sortie du redresseur. C'est la valeur continue équivalente de la tension ou du courant pulsé. * **Mode AC (\( \text{V} \tilde{\text{}} \) ou \( \text{A} \tilde{\text{}} \)):** Peut être utilisé pour mesurer la composante alternative résiduelle (ondulation) ou la valeur efficace totale de la tension pulsée. Soyez prudent, car la signification de la mesure RMS d'une forme d'onde non sinusoïdale par un multimètre non *True RMS* peut être trompeuse. ##### L'Oscilloscope L'oscilloscope est l'outil le plus complet pour analyser les redresseurs: * **Visualisation des formes d'onde:** Permet d'observer directement la tension d'entrée (AC) et la tension de sortie (DC pulsée) simultanément, ce qui est crucial pour comprendre le fonctionnement du redresseur. * **Mesure de la tension de crête (\( V_{peak} \) ou \( V_{max} \)):** Utile pour vérifier les calculs et les spécifications. * **Mesure de la période et de la fréquence:** Confirme que la fréquence de sortie est bien le double de la fréquence d'entrée pour les redresseurs double alternance. * **Mesure de l'ondulation (Ripple Voltage):** Permet de quantifier la composante AC résiduelle dans la sortie DC pulsée, souvent avant l'ajout d'un filtre. ### Vocabulaire * **Redresseur:** Circuit électronique qui convertit une tension alternative (AC) en une tension continue (DC) pulsée. * **Diode:** Composant semi-conducteur qui permet au courant de circuler dans une seule direction. * **Tension alternative (AC - Alternating Current):** Courant dont la direction et l'amplitude varient périodiquement (ex: tension du secteur). * **Tension continue (DC - Direct Current):** Courant dont la direction est constante (ex: pile, batterie). * **Tension moyenne (\( V_{moy} \)):** La valeur moyenne de la tension sur une période, souvent l'équivalent DC. * **Tension efficace (RMS - Root Mean Square):** Valeur équivalente d'une tension AC qui produirait la même puissance thermique qu'une tension DC de même valeur. * **Tension de crête (\( V_{max} \)):** La valeur maximale qu'atteint une tension au cours d'une période. * **Tension inverse de crête (PIV - Peak Inverse Voltage):** La tension inverse maximale qu'une diode doit supporter sans être endommagée. * **Pont de Graetz:** Configuration de quatre diodes formant un redresseur double alternance. * **Multimètre:** Instrument de mesure électronique polyvalent (voltmètre, ampèremètre, ohmmètre). * **Oscilloscope:** Instrument qui permet de visualiser les variations d'une tension électrique en fonction du temps. * **Ondulation (Ripple):** Composante AC résiduelle présente dans la sortie DC pulsée d'un redresseur. ### Exemples #### Exemple 1: Redresseur Simple Alternance Un redresseur simple alternance est alimenté par une tension sinusoïdale de \( 12 \text{ V} \) RMS (efficace) à \( 50 \text{ Hz} \). La charge est une résistance de \( 100 \, \Omega \). 1. **Calculer la tension de crête (\( V_{max} \)) d'entrée:** \( V_{max} = V_{eff} \times \sqrt{2} = 12 \text{ V} \times 1.414 \approx 16.97 \text{ V} \) 2. **Calculer la tension moyenne de sortie (DC):** \[ V_{moy} = \frac{V_{max}}{\pi} = \frac{16.97 \text{ V}}{3.14159} \approx 5.40 \text{ V} \] 3. **Calculer le courant moyen de sortie (DC):** \[ I_{moy} = \frac{V_{moy}}{R_L} = \frac{5.40 \text{ V}}{100 \, \Omega} = 0.054 \text{ A} = 54 \text{ mA} \] 4. **Quelle est la PIV de la diode?** \( PIV = V_{max} = 16.97 \text{ V} \) #### Exemple 2: Utilisation de l'oscilloscope sur un Pont de Graetz Vous avez monté un redresseur en pont alimenté par un transformateur qui fournit \( 24 \text{ V} \) AC efficace. Décrivez comment vous utiliseriez un oscilloscope pour vérifier son fonctionnement. **Étapes:** 1. **Connecter la sonde 1** aux bornes du secondaire du transformateur pour visualiser la tension d'entrée AC (onde sinusoïdale). 2. **Connecter la sonde 2** aux bornes de sortie du pont de diodes (avant tout condensateur de filtrage) pour visualiser la tension de sortie DC pulsée. 3. **Ajuster les échelles verticale et horizontale** pour visualiser clairement les deux formes d'onde. 4. **Observer:** La sonde 1 doit montrer une onde sinusoïdale. La sonde 2 doit montrer une tension unidirectionnelle pulsée, ressemblant à des bosses. La fréquence des pulsations sur la sonde 2 doit être le double de celle sur la sonde 1. 5. **Mesurer:** Utiliser les fonctions de mesure de l'oscilloscope pour déterminer \( V_{max} \) de l'entrée et de la sortie, la période des signaux, et éventuellement l'amplitude de l'ondulation si le redresseur est chargé. ### Exercices 1. Un redresseur double alternance en pont est alimenté par une source AC de \( 10 \text{ V} \) de crête. La charge est de \( 50 \, \Omega \). a. Calculez la tension moyenne de sortie (DC). b. Calculez le courant moyen de sortie (DC). c. Quelle est la PIV requise pour les diodes? 2. Décrivez les avantages et inconvénients majeurs d'un redresseur simple alternance par rapport à un redresseur double alternance. 3. Vous observez la sortie d'un redresseur sur un oscilloscope et constatez que la forme d'onde est une série de pulsations à \( 100 \text{ Hz} \). Quelle est la fréquence de la source AC d'entrée si le redresseur est un pont de Graetz? ### Devoirs 1. Recherchez et décrivez l'importance d'un condensateur de filtrage à la sortie d'un redresseur. Comment affecte-t-il la tension moyenne et l'ondulation? Donnez les formules approximatives pour le calcul de la tension d'ondulation avec un filtre capacitif. 2. Concevez un circuit redresseur double alternance (choisissez le type que vous préférez) qui produira une tension moyenne de sortie d'environ \( 9 \text{ V} \) DC. Spécifiez la tension AC RMS d'entrée nécessaire et la PIV pour les diodes. Dessinez le schéma du circuit. 3. Expliquez pourquoi un multimètre *True RMS* est préférable pour mesurer la tension efficace d'une forme d'onde non sinusoïdale (comme la sortie d'un redresseur) par rapport à un multimètre standard. ### Résumé Dans cette leçon, nous avons exploré les principes fondamentaux des redresseurs, des circuits essentiels pour convertir l'AC en DC pulsé. Nous avons examiné trois types principaux: le redresseur simple alternance, le redresseur double alternance à point milieu et le redresseur en pont de Graetz. Pour chaque type, nous avons appris à calculer la tension moyenne, le courant moyen, la tension efficace et la tension inverse de crête (PIV). Enfin, nous avons souligné l'importance du multimètre pour les mesures de valeurs moyennes et de l'oscilloscope pour la visualisation des formes d'onde et la mesure de paramètres critiques comme la tension de crête et la fréquence d'ondulation. Une compréhension solide de ces concepts est fondamentale pour la conception et le dépannage des alimentations électroniques.