ISSLg - Cours
d'électronique - Électronique (ELO)
Les redresseurs
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Raccordement du primaire du
transformateur
Le bobinage primaire est connecté à une prise de courant 230Vac
généralement comme ci-dessous :
Un cordon amène le 230Vac au connecteur "IEC" du boîtier :
broche 1 : Neutre
broche 2 : Terre, connectée
aux parties métalliques du boîtier avec du fil jaune/vert (GNDPWR)
broche 3 : Phase
Le raccordement du boîtier à la terre est nécessaire pour des
raisons de sécurité : de la sorte, si la phase ou le neutre
viennent toucher le boîtier (un fil qui se décroche ou un isolant
défectueux) cela fera sauter le différentiel de l'installation
électrique et évitera d'électrocuter l'utilisateur.
La Phase et le Neutre alimentent la partie haute-tension du
transformateur, avec généralement un fusible et un interrupteur en
série avec la Phase. Le fusible permet une protection contre les
sur-courants (évite le risque d'incendie en cas de court-circuits)
et l'interrupteur permet d'allumer ou d'éteindre l'équipement.
TOUTES CES LIAISONS (soudures, cosses...) DOIVENT ÊTRE
ISOLÉES (gaine thermo-rétractable ou bande isolante
autocollante).
Nous allons voir ci-dessous, comment raccorder le secondaire du
transformateur pour réaliser une alimentation continue Vcc / GND.
Souvent (sauf dans le cas d'alimentations "flottantes"), la terre
et le GND sont reliés via Rm et Cm (typiquement 10R/1W
et 100nF). Rm évite les ronflements 50Hz (audio) et Cm
(typiquement 100nF) évite les parasites haute-fréquences.
Alimentation
simple alternance
La
charge est symbolisée par la résistance RL.
L'alimentation est réalisée avec une seule diode
D1 et un condensateur C1 (C2=100nF sert de déparasitage
haute-fréquence) :
D1 charge C1 uniquement
durant l'alternance positive. Durant l'alternance négative C1 se
décharge dans RL.
La tension de sortie Vcc présente donc une ondulation ΔU à une fréquence
égale a la fréquence d’entrée.
La TIC (tension inverse de crête) est la
tension maximale aux bornes d’une diode en polarisation
inverse.
La TIC de la diode d’un redresseur simple alternance vaut le
double de Vcc.
Uac (vert clair) représente la sortie du transformateur ; Ud
(orange) représente le signal après la diode sans C1 ; Urc
(rouge)
représente le signal après la diode avec C1
; la diode n'est passante que lorsque les courbes orange
et rouge se superposent.
Formules :
Si le secondaire délivre une tension alternative Uac (en Vrms)
Vcc = (1.414 * Uac) -
0.7V
(tension de crête moins un seuil de diode)
I = Vcc / RL
I * Δt = C * ΔU (Δt = 20ms en 50Hz)
Exemple :
Uac = 9.2Vrms / 50Hz
Vcc = 1.414 * 9.2 - 0.7 = 12.3V
Si je veux une ondulation inférieur à 10% pour un courant de 100mA
:
ΔU = 12.3V * 10/100 =
1.23V c-à-d la sortie va onduler entre 11.07V et
12.3V
C = I * Δt / ΔU = 0.1 * 0.02 / 1.23 =
0,00163F = 1630µF => 1800µF / 16V
Alimentation double alternance
Parfois on la réalise avec un transformateur à deux secondaires :
D1 charge C1 durant l'alternance positive et D2 charge C1 durant l'alternance négative (C2=100nF
sert de déparasitage haute-fréquence).
La TIC (tension
inverse de crête) des diodes vaut le double de Vcc.
Formules
:
Si le secondaire délivre une tension alternative de Uac (en
Vrms)
Vcc = (1.414 * Uac) - 0.7V
(tension de crête moins un seuil de diode)
I = Vcc / RL
I * Δt = C * ΔU (Δt = 10ms en
50Hz)
Mais généralement, l'alimentation est réalisée avec un pont de
diodes et un condensateur :
D1 & D4 charge
C1 durant l'alternance positive et D2
& D3 charge C1 durant l'alternance négative (C2=100nF sert de
déparasitage haute-fréquence).
La tension de sortie Vcc
présente une ondulation ΔU à une fréquence égale au
double de la fréquence d’entrée.
La TIC (tension inverse de crête) des
diodes d’un pont vaut Vcc.
Uac
(vert clair) représente la sortie du transformateur ;
Ud (orange) représente le signal après les diodes sans
C1 ; Urc (rouge)
représente
le signal après les diodes avec C1 ; les diodes
sont passantes lorsque les courbes orange et
rouge se superposent.
Formules :
Si le secondaire délivre une tension alternative de Uac (en
Vrms)
Vcc = (1.414 * Uac) - 1.4V
(tension de crête moins deux seuils de diode)
I = Vcc / RL
I * Δt = C * ΔU (Δt = 10ms en
50Hz)
Exemple :
Uac = 9.2Vrms / 50Hz
Vcc = 1.414 * 9.2 - 1.4 = 11.6V
Si je veux une ondulation inférieur à 10% pour un courant de
100mA :
ΔU = 11.6V * 10/100 =
1.16V c-à-d la sortie va onduler entre 14V et
15.6V
C = I * Δt / ΔU = 0.1 * 0.01 / 1.16 =
0,000862F = 862µF => 1000µF / 16V
Pour supprimer l'ondulation et avoir une tension
de sortie fixe, on utilise un régulateur de tension (LM78xx).
Le régulateur est
un circuit électronique qui maintient une tension de sortie
essentiellement constante en dépit des variations de la tension
d’entrée ou de la charge. Ils sont réalisés au moyen de Zener et
de transistors et sont généralement protégés contre les
sur-courants et les surchauffes.
LM7805 = régulateur
5V Vin min =
7V
Iout max = 1,5A
LM7809 =
régulateur 9V
Vin min =
11V
Iout max = 1,5A
LM7812 = régulateur
12V Vin min =
14,5V Iout
max = 1,5A
LM7815 = régulateur
15V Vin min =
17,5V Iout
max = 1,5A
ATTENTION : l'entrée doit toujours être 2V à 3V au-dessus de la
tension régulée de sortie (Vo - Vi > 2V ou 3V) sinon la tension
de sortie s'effondre !!!
(C3=100nF
sert de déparasitage haute-fréquence)
Exemple :
Quel est le courant de sortie maximum de l'alimentation
ci-dessus si Uac = 12Vrms / 50Hz
Vcc = 1.414 * 12 - 1.4 = 15.57V
Si je veux une ondulation inférieure à :
ΔU = Vcc - 7V = 15.57V -
7V = 8.57V
I = C
* ΔU / Δt = 0.001 * 8.57 / 0.01 =
0.857A
Alimentation symétrique simple
alternance
Pour les amplis et les circuits à ampli-op, il faut généralement
des alimentations symétriques (par ex +5V / 0V / -5V) pour pouvoir
traiter des signaux alternatifs.
Si, le transformateur n'a qu'un seul enroulement de sortie, cela
se réalise en simple alternance avec le montage ci-dessous :
D1 charge C1 durant
l'alternance positive et D2
décharge C3 durant l'alternance négative.
(C2=C4=100nF
servent de déparasitage
haute-fréquence)
Les
tensions de sortie Vcc et Vaa présentent
une ondulation ΔU à une fréquence
égale a la fréquence d’entrée.
La
TIC (tension inverse de crête) des diodes vaut le double
de Vcc.
Uac
(vert clair) représente la sortie du transformateur ;
Pour Vcc : Udp (orange) représente le signal après D1
sans C1 ; Urcp (rouge) représente
le signal après D1 avec C1 ; D1 est passante
lorsque les courbes orange et rouge se
superposent ;
Pour -Vaa : Udn (bleu clair)
représente le signal après D2 sans
C3 ; Urcn (bleu foncé) représente le
signal après D2 avec C3 ; D2
est passante lorsque les
courbes bleu clair et foncé
se superposent ;
Formules
:
Si le secondaire délivre une tension alternative de Uac (en
Vrms)
Vcc = Vaa = (1.414 * Uac) -
0.7V
(tension de crête moins un seuil de
diode)
I = Vcc / RL
I * Δt = C * ΔU (Δt = 20ms en
50Hz)
Alimentation symétrique double
alternance
Si, le transformateur a
deux enroulements de sortie identiques, cela se réalise en double
alternance avec le montage ci-dessous :
Attention, les enroulements doivent être en phase,
on doit mesurer 2 * Uac entre les bornes 3 et 6 du
transformateur,
si on mesure 0Vrms c'est que l'on a croisé les enroulements (il
faut alors permuter 5 et 6).
Durant l'alternance
positive : D1 charge C1 et D4 décharge C3.
Durant l'alternance négative : D2 charge C1 et D3 décharge C3.
(C2=C4=100nF
servent de déparasitage
haute-fréquence)
Les
tensions de sortie Vcc et Vaa présentent une
ondulation ΔU à une fréquence égale au double de la
fréquence d’entrée.
La TIC (tension inverse de crête) des diodes vaut
Vcc=Vaa.
Uac
(vert clair) représente la sortie d'un
enroulement du transformateur ;
Pour Vcc : Udp (orange) représente le
signal après D1/D2 sans C1 ; Urcp (rouge)
représente
le signal après D1/D2 avec C1 ; D1
ou D2 est passante lorsque les
courbes orange et rouge se
superposent ;
Pour -Vaa : Udn
(bleu clair)
représente le signal
après D3/D4 sans C3 ;
Urcn (bleu foncé) représente
le signal après
D3/D4 avec C3 ;
D3 ou D4 est
passante lorsque
les courbes bleu
clair et foncé
se superposent ;
Formules :
Si un enroulement du secondaire délivre une tension
alternative de Uac (en Vrms)
Vcc = Vaa = (1.414 * Uac) -
0.7V (tension de crête
moins un seuil de diode)
I = Vcc / RL
I * Δt = C *
ΔU (Δt =
10ms en 50Hz)
Pour supprimer
l'ondulation et avoir des tensions de sortie fixes :
on utilise un régulateur de tension positive
(LM78xx) pour Vcc et
on utilise un régulateur de tension négative
(LM79xx) pour -Vaa
(C5=C6=100nF
servent de déparasitage haute-fréquence)
LM7905 = régulateur
-5V Vin max =
-7V
Iout max = -1,5A
LM7909 = régulateur
-9V Vin max =
-12V
Iout max = -1,5A
LM7912 = régulateur -12V
Vin max = -14,5V Iout
max = -1,5A
LM7915 = régulateur -15V
Vin max = -17,5V Iout
max = -1,5A
Auteur : Philippot Marc -
29/05/2021