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Ecole Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg.            Electronique                                      C.Ling




                     II.) Etude     d'une alimentation à courant continu.


2.1) Introduction:


Les circuits électroniques courants ont généralement besoin d'une tension de +5V quand il s'agit de
circuits logiques TTL; les transistors fonctionnent sous des tensions de 9,12 ou 24V. Quant aux
amplificateurs opérationnels, ils nécessitent souvent une alimentation de +15 et -15V.

Une alimentation est un montage transformant la tension alternative du secteur en une tension continue
basse tension.
Une alimentation secteur est composée d'un transformateur, d'un redresseur, d'un filtre et d'une
stabilisation/régulation selon les besoins. Nous allons étudier les différents composants d'une
alimentation.


2.2) Eléments constitutifs:

2.2.1) Abaissement de la tension : le transformateur:

                                                                              circuit primaire       circuit secondaire
Il sert à transformer la tension alternative du secteur en une tension
alternative plus basse ou plus élevée. Dans une alimentation, le                220V                             5V
transformateur devra, la plupart du temps, abaisser la tension. Pour la          ~                               ~
distribution d’électricité à haute tension, on aura des transformateurs
élévateurs de tension.
                                                                                Fig. 1 Représentation schématique

                           B
          I
                                   Une spire de fil conducteur traversé par un courant électrique d'intensité I
  U                                donne naissance à un champ magnétique B (fig.2)



 Fig. 2 Principe de l'induction
        électromagnétique                                                                B

Une spire de fil conducteur en mouvement dans un champ                                                   mouvement
magnétique produit une différence de potentiel à ses               U                                   de la spire
                                                                                                     par rapport
bornes (fig. 3):                                                                                     au champ B
                      U = N.ω .θ .φ
N = nombre de spires du bobinage                                    Fig. 3 Principe de l'induction électrique
ω= 2πf, f=fréquence du mouvement.
ϕ = flux magnétique = B.S avec S = surface de la spire
            €

                                                         1
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                                                  Le transformateur est constitué d'un bobinage primaire
    circuit magnétique                            alimenté en 220V et d'un bobinage secondaire qui va fournir la
                                                  tension transformée (plus basse ou plus élevée).Les 2
             I1                             I2    bobinages sont enroulés autour d'un circuit magnétique en fer.
                                                  Le bobinage primaire induit un champ magnétique alternatif
   220V                                  5V R
                                                  dans le circuit magnétique. Dans le secondaire sera induit (effet
                           Φ                      inverse) un courant par le champ magnétique alternatif.
                                                  Les tensions primaires et secondaires dépendent du nombres de
  Fig. 4 réalisation pratique d'un transformateur spires des bobinages.
                                                  Le transformateur est caractérisé principalement par ses
tensions primaires et secondaires et par la puisssance maximale qu'il est capable de fournir. Up, Us,
Pmax



2.2.2) Redressement : la diode:

C'est un composant qui laisse passer le courant dans un sens et pas dans l'autre.

                    DIODE PASSANTE                                                      DIODE BLOQUEE

                    I=0                               I=0                               I=0                                I=0



U                         R     <=>    U                    R        U                        R   <=>     U                      R




                      Fig. 5 La diode est passante : elle est équivalente à un conducteur de résistance négligeable.
                             La diode est bloquée, elle est équivalente à un interrupteur ouvert.
La diode est principalement caractérisée par le courant à fournir à la charge et la tension inverse de crête
appliquée à la diode pendant la période de non-conduction. Exemple: si la tension efficace aux bornes du
secondaire est de 5V, la valeur crête (max.) est de 7V, alors la tension inverse de crête que doit supporter
la diode est de 14V.
                                                                                Us


              Transformateur                         diode                                                             t


       220V ~                         5V ~      Us              Ur

                                                                                 Ur


                                                                                                                       t


                              Fig. 6 La diode dans le schéma de l'alimentation




                                                                2
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Lors du redressement mono-alternance, la diode laisse passer l'alternance positive mais pas l'alternance
négative. On obtient un courant de sens positif mais, qui est nul pendant la moitié d'une
période.



2.2.3) Condensateur :

Le condensateur est formé de 2 surfaces conductrices rapprochées mais separées par un isolant
(diélectrique). Lorsque ce dispositif est soumis à une différence de potentiel, des charges de signes
différents vont s'accumuler sur les 2 surfaces en présence, sans pouvoir circuler entre les 2 plaques.


                                                                                      I(A)
                                                                                          U
                                                                                          R
                                                interrupteur                                                              t

                                                                I
                                                                                                                           t
                                                                                                                      -
                                                                                                          u(t)=U.(1- e    R.C )
                                          condensateur
                                                                                   Uc(V)
                                 U                          C                   Uc     U

                                                                                                                          t
                                                     R
                                                                                                   t0
                                                                                              t 0 = fermeture de l'interrupteur
                                Fig. 7 Le condensateur dans un circuit électrique.




Le condensateur est caractérisé par sa capacité C, unité : le Farad. On utilise, dans la pratique, le milli-
Farad (mF), le micro−Farad (µF), le nF, pF.
Le courant i (A) circulant dans un condensateur est régi par une équation différentielle, ou V est la
tension à ses bornes (V), C la capacité (F), t le temps (s).



                                           D                                       Ur


    220V~                5V ~        Us          C              R       Ur
                                                                                                                                  t

                                                                                  charge
                                                                                décharge
                                     Fig. 8 Le condensateur dans le schéma de l'alimentation : lissage



Dans le circuit de l'alimentation, le condensateur se charge, lorsque la diode est passante, et il se
décharge dans la résistance lorsque la diode est bloquée. Le récepteur R voit alors à ses bornes une
tension qui oscille entre une valeur maximale et une valeur non-nulle. La tension a été filtrée c.a.d. que
les transitions raides ont été lissées.


                                                                    3
Ecole Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg.                         Electronique                                       C.Ling


2.3) Améliorations du redressement:
2.3.1.) double-alternance:
Le montage suivant décrit comment améliorer le rendement d’un redressement en “récupérant “
l’alternance négative de la sinusoïde, c’est le redressement double-alternance:

                              courant




                                                                                    Tension au
                                                                                    secondaire
                                                                                                                                       t

                                          D4      D1
                       1
                                                              +
220V ~
                                          D3    D2




                                                                                   redressée par D1
                                                           R
                                                                   1




                                                                                   Tension
                                                               -
                                                                                                                                       t

                              courant

                                                                                    redressée par D2
                                                                                    Tension




                                          D4      D1
                        1                                                                                                              t
220V ~                                                         +
                              2           D3    D2
                                                                                        Tension totale




                                                           R
                                                                                        redressée




                                                                       1   2

                                                               -                                                                       t

                                    Fig. 9 Le redressement à double-alternance.




2.3.2.) Alimentation stabilisée par régulateur:
Pour éliminer les ondulations de la tension fournie par un redressement double-alternance filtré et pour
stabiliser la tension à une valeur donnée, on insère dans le circuit un circuit intégré régulateur. Par
exemple, dans le montage suivant, on utilise un 7805 : régulateur 5V.

                                                 redresseur
                   transfo.
                                                                                                         régulateur
                                                                                                         de tension
                                                  D4     D1                    filtre                                 +
                                  >5V~                                                                      7805
         220V ~
                                                  D3 D2

                                                                                          C                           R 5V=


                                                                                                                          -
                     Fig. 10 Alimentation stabilisée et régulée en tension.




                                                                   4

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  • 1. Ecole Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg. Electronique C.Ling II.) Etude d'une alimentation à courant continu. 2.1) Introduction: Les circuits électroniques courants ont généralement besoin d'une tension de +5V quand il s'agit de circuits logiques TTL; les transistors fonctionnent sous des tensions de 9,12 ou 24V. Quant aux amplificateurs opérationnels, ils nécessitent souvent une alimentation de +15 et -15V. Une alimentation est un montage transformant la tension alternative du secteur en une tension continue basse tension. Une alimentation secteur est composée d'un transformateur, d'un redresseur, d'un filtre et d'une stabilisation/régulation selon les besoins. Nous allons étudier les différents composants d'une alimentation. 2.2) Eléments constitutifs: 2.2.1) Abaissement de la tension : le transformateur: circuit primaire circuit secondaire Il sert à transformer la tension alternative du secteur en une tension alternative plus basse ou plus élevée. Dans une alimentation, le 220V 5V transformateur devra, la plupart du temps, abaisser la tension. Pour la ~ ~ distribution d’électricité à haute tension, on aura des transformateurs élévateurs de tension. Fig. 1 Représentation schématique B I Une spire de fil conducteur traversé par un courant électrique d'intensité I U donne naissance à un champ magnétique B (fig.2) Fig. 2 Principe de l'induction électromagnétique B Une spire de fil conducteur en mouvement dans un champ mouvement magnétique produit une différence de potentiel à ses U de la spire par rapport bornes (fig. 3): au champ B U = N.ω .θ .φ N = nombre de spires du bobinage Fig. 3 Principe de l'induction électrique ω= 2πf, f=fréquence du mouvement. ϕ = flux magnétique = B.S avec S = surface de la spire € 1
  • 2. Ecole Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg. Electronique C.Ling Le transformateur est constitué d'un bobinage primaire circuit magnétique alimenté en 220V et d'un bobinage secondaire qui va fournir la tension transformée (plus basse ou plus élevée).Les 2 I1 I2 bobinages sont enroulés autour d'un circuit magnétique en fer. Le bobinage primaire induit un champ magnétique alternatif 220V 5V R dans le circuit magnétique. Dans le secondaire sera induit (effet Φ inverse) un courant par le champ magnétique alternatif. Les tensions primaires et secondaires dépendent du nombres de Fig. 4 réalisation pratique d'un transformateur spires des bobinages. Le transformateur est caractérisé principalement par ses tensions primaires et secondaires et par la puisssance maximale qu'il est capable de fournir. Up, Us, Pmax 2.2.2) Redressement : la diode: C'est un composant qui laisse passer le courant dans un sens et pas dans l'autre. DIODE PASSANTE DIODE BLOQUEE I=0 I=0 I=0 I=0 U R <=> U R U R <=> U R Fig. 5 La diode est passante : elle est équivalente à un conducteur de résistance négligeable. La diode est bloquée, elle est équivalente à un interrupteur ouvert. La diode est principalement caractérisée par le courant à fournir à la charge et la tension inverse de crête appliquée à la diode pendant la période de non-conduction. Exemple: si la tension efficace aux bornes du secondaire est de 5V, la valeur crête (max.) est de 7V, alors la tension inverse de crête que doit supporter la diode est de 14V. Us Transformateur diode t 220V ~ 5V ~ Us Ur Ur t Fig. 6 La diode dans le schéma de l'alimentation 2
  • 3. Ecole Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg. Electronique C.Ling Lors du redressement mono-alternance, la diode laisse passer l'alternance positive mais pas l'alternance négative. On obtient un courant de sens positif mais, qui est nul pendant la moitié d'une période. 2.2.3) Condensateur : Le condensateur est formé de 2 surfaces conductrices rapprochées mais separées par un isolant (diélectrique). Lorsque ce dispositif est soumis à une différence de potentiel, des charges de signes différents vont s'accumuler sur les 2 surfaces en présence, sans pouvoir circuler entre les 2 plaques. I(A) U R interrupteur t I t - u(t)=U.(1- e R.C ) condensateur Uc(V) U C Uc U t R t0 t 0 = fermeture de l'interrupteur Fig. 7 Le condensateur dans un circuit électrique. Le condensateur est caractérisé par sa capacité C, unité : le Farad. On utilise, dans la pratique, le milli- Farad (mF), le micro−Farad (µF), le nF, pF. Le courant i (A) circulant dans un condensateur est régi par une équation différentielle, ou V est la tension à ses bornes (V), C la capacité (F), t le temps (s). D Ur 220V~ 5V ~ Us C R Ur t charge décharge Fig. 8 Le condensateur dans le schéma de l'alimentation : lissage Dans le circuit de l'alimentation, le condensateur se charge, lorsque la diode est passante, et il se décharge dans la résistance lorsque la diode est bloquée. Le récepteur R voit alors à ses bornes une tension qui oscille entre une valeur maximale et une valeur non-nulle. La tension a été filtrée c.a.d. que les transitions raides ont été lissées. 3
  • 4. Ecole Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg. Electronique C.Ling 2.3) Améliorations du redressement: 2.3.1.) double-alternance: Le montage suivant décrit comment améliorer le rendement d’un redressement en “récupérant “ l’alternance négative de la sinusoïde, c’est le redressement double-alternance: courant Tension au secondaire t D4 D1 1 + 220V ~ D3 D2 redressée par D1 R 1 Tension - t courant redressée par D2 Tension D4 D1 1 t 220V ~ + 2 D3 D2 Tension totale R redressée 1 2 - t Fig. 9 Le redressement à double-alternance. 2.3.2.) Alimentation stabilisée par régulateur: Pour éliminer les ondulations de la tension fournie par un redressement double-alternance filtré et pour stabiliser la tension à une valeur donnée, on insère dans le circuit un circuit intégré régulateur. Par exemple, dans le montage suivant, on utilise un 7805 : régulateur 5V. redresseur transfo. régulateur de tension D4 D1 filtre + >5V~ 7805 220V ~ D3 D2 C R 5V= - Fig. 10 Alimentation stabilisée et régulée en tension. 4