Electricite ge neraleh

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D’Electricité générale

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Electricite ge neraleh

  1. 1. 2011COURS D’Electricité générale  AZ MA [by ] AZZEDDINE MAAQOUL  1
  2. 2. ELECTRONIQUE N1Les résistancesQuelques photos des résistances Résistance classique 1/4 Watts (nous verrons plus tard a quoi ceci correspond). Vous pouvez voir ci contre différentes résistances de puissance. Les formes sont très variées. Electricité générale Les résistances sont classées de la plus puissante a la moins puissante.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 2
  3. 3. ELECTRONIQUE N1Symboles : Symbole Européen, le plus utilisé actuellement. (Du moins en France). ELECTRICITE GENERALE Symbole Américain, utilisé dans les logiciels délectronique américains. Les différents paramètres dune résistance:La valeur ohmique: Elle sexprime en Ohm " " (ou en Kilo Ohm "k " ou en Méga Ohm "M "). Pluscette valeur est grande, plus la résistance va résister.(1 M = 1000 k = 1.000.000  )La puissance: Si on reprend notre analogie avec le barrage: plus le barrage sera solide plus il pourraaccepter deau. Ici, la solidité du barrage sapparente a la puissance de la résistance, et la quantité deau aucourant circulant dans la résistance.On verra plus bas comment se calcule cette puissance.La tolérance: Les fabricants ne font pas des résistances parfaites, ils mettent donc une tolérance sur lavaleur annoncée.Par exemple une résistance de 1000 Ohm 5% pourra avoir une valeur comprise entre 0.95*1000=950 Ohmet 1.05*1000=1050 Ohm.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 3
  4. 4. ELECTRONIQUE N1La déviation en température: Sur les résistances très précises, il peut y avoir une bague correspondant a ladéviation en température. Elle sexprime en ppm/°C (parties par million par degré celcius). En fait ce nest pascompliqué: Par exemple soit une résistance qui fait 1 Mega Ohm (= 1 million dOhm) et qui a une déviation entempérature de 50ppm/°C: Lors dune augmentation dun degré de la température, la valeur de la résistance vadiminuer de 50 Ohm.On peut écrire que: Variation(t°) = - t * Deviation_en_temp * R / 1000000On obtient ainsi laugmentation ou la diminution de la valeur de R en fonction de la variation de température:Pour R=1500 Ohm, Deviation_en_temp=200 ppm/°C, t°=-10 (baisse de la température de 10°), on obtientVariation=+3 OhmNotez tout de même que cette information sert très rarement.Lecture de la valeur, ...:Il existe plusieurs types de codage de la valeur dune résistance. Le plus courant étant des bagues decouleur autour de la résistance. On va donc commencer par celui la. Voici un document de chez RTC. Jelai complété pour quil soit le plus complet possible:Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 4
  5. 5. ELECTRONIQUE N1Les condensateurs :Voici quelques photos de différentes condensateurs : Ce sont des condensateurs chimiques polarisés. Plus ils sont gros, plus leur capacité (voir plus bas) et/ou leur tension est élevée ... et plus ils coûtent cher!Ces condensateurs ont une valeur généralement comprise entre 0.1 micro Farad, et 100000 micro Farads. Vous remarquerez quil y a des condensateurs axiaux (une patte de chaque coté), et des condensateurs radiaux (les deux pattes du même coté). les condensateurs radiaux sont maintenant les plus courants. Remarque: polarisé signifie quil y a un sens pour brancher les condensateurs, et que si vous les branchez à lenvers, ils peuvent exploser (il se produit une réaction chimique à lintérieur: voir plus loin). Pour des raisons de sécurité, certains gros condensateurs sont munis de "soupapes de sécurité Ce sont toujours des condensateurs chimiques, mais haute qualité; cest a dire quils ont une très faible résistance série, quils sont capables de fournir un courant élevé, quils ont un courant de fuite très faible, .... (Jai mis une résistance en bas a droite pour avoir un ordre didée de la taille du condensateur jaune: 6.5cm*11.5cm) Condensateurs chimiques non polarisés. Il y a généralement écrit sur leur boîtier "BP" ou "NP"Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 5
  6. 6. ELECTRONIQUE N1 Condensateur "Gold-cap": ce sont des condensateurs qui ont une capacité énorme dans une très petit volume. En contre partie ils ont une résistance série très élevée. Condensateurs chimique a électrolyte solide Ce type de condensateur plutôt rare est surtout utilisé pour des applications ou la fiabilité et la stabilité du condensateur sont indispensables. les courants de charge et de décharge ne sont pas limités Condensateurs non chimiques.Ils sont tous construits avec deux films métalliques, et un isolant entre ces films; chacune des patte étant reliée a lun des film. Lisolant était du papier, et a été maintenant remplace par 4 sortes de plastiques, doù les quatre familles. Ces famille ont des valeur généralement comprises entre 0.1 nano Farad = 0.0001 micro Farad, à 10 micro Farad. La famille MKT, réalisée avec du polyester (polyéthylène ou mylar)Ces condensateurs sont les plus courants de la catégorie; ils servent comme condensateurs de couplage (liaison) et de découplage.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 6
  7. 7. ELECTRONIQUE N1 Voici la famille des condensateurs MKP, réalisée avec du polypropylène Leurs principales caractéristiques sont une très bonne stabilité en fréquence, et leur excellent comportement en régime impulsionnel.Ils sont entre autres utilisés pour faire des condensateurs de précision. (+- 2.5% pour le bleu en bas a droite par exemple, sachant que lordre de grandeur dune tolérance de condensateur est 10 à 20%) Voici la famille MKS, réalisée avec un isolant en polystyrène (polysulfone métallisé, styroflex, ...) Ils sont très apprécies pour leur très grande stabilité, même a haute température (155°C). Leur comportement en régime impulsionnel est excellent Voici la dernière famille: MKC, réalisée avec du poly carbonate. Leurs avantages sont: une grande stabilité et fiabilité, une très forte résistance disolement. notez quils sont plutôt rares. Voici un autre type de condensateur: les condensateurs céramique. Constitués dun disque de céramique, sur lequel une patte est connectée de chaque coté. Ils servent plutôt pour des condensateurs de fable valeur (d1 pico Farad = 0.000001 micro Farad, à 10000 pico Farads environ). Ils sont plus ou moins stables, et ils sont surtout utilisés pour le découplage.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 7
  8. 8. ELECTRONIQUE N1 Ce sont des condensateurs céramique multicouches. Ils sont caractérisés par de plus faibles dimensions que les condensateurs précédents. Les couleurs au dessus des condensateurs servent a déterminer le type de condensateur (stabilité plus ou moins grande, ainsi que la tension nominale) Ce sont des condensateurs céramique tubulaires. On dirait des résistances, mais ça nen nest pas! Comment les différencier: grâce à la couleur du corps: il est soir rose, soir vert pale. Ils existent en différent format: de 1/8W à 1/2W. Ces condensateurs ne sont a priori pas encore disponibles dans le commerce. Condensateurs variable. Ils sont basés sur la formule C = cte * S, ou S est la surface en regard. En tournant la vis, on fait varier la surface en regard, donc la capacitéSymboles :Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 8
  9. 9. ELECTRONIQUE N1Il y a beaucoup de symboles pour la même chose. Les Symboles C1 et C3 sont normalisés. Les autres sontcouramment utilisés. Le symbole C1 est utilisé pour les condo non polarisés. Les Autres pour les condospolarisés.Les différents paramètres des condensateurs.La capacité: Elle représente la"force" du condensateur. Plus la capacité sera grande, plus le condensateur pourra sopposer aux variationsde tension à ses bornes.Lunité de mesure de la capacité est le Farad, noté F. Dans la pratique, les valeurs des condensateurs sontplutôt comprises entre 1pF = 10^-12F, et 0.1FLa tension: elle sexprime en volts continus. Elle correspond à la tension nominale, cest à dire latension que peut supporter le condensateur en permanence à ses bornes. Attention, si vous mettez plus enpermanence, le condensateur peut exploser, et ça peut être dangereux ....La tolérance: elle correspond aux écarts de valeur quil peut y avoir sur la capacité du condensateur.Pour avoir les deux valeurs extrêmes du condensateur, il suffit de multiplier la valeur indiquée par 1 -tolérance / 100 et 1 + tolérance / 100.Par exemple un condensateur de 220µF = 0.00022F avec une tolérance de -10%/+30% aura une valeurcomprise entre 220*1-10/100 = 220*0.9 = 198µF et 220*1+30/100 = 220*1.3 = 286µFDéviation en température: tout comme les résistances, les condensateurs dévient en température.Pour les condensateurs à film, la famille MKT à un coefficient de température positif (de lordre dequelques centaines de ppm/°C). Cest à dire que plus la température augmente, plus la capacité ducondensateurs augmente. Pour les autres condensateurs à film, le coefficient est négatif; cest à dire queplus la température augmente, plus la valeur du condo diminues.Courant de fuite: un condensateur chargé, laissé longtemps déconnecté finit par être décharger;cest comme sil y avait une résistance de très forte valeur entre les deux bornes du condo. Parexemple pour un condo de 4700µF 63V, le courant de fuite est denviron 2mARésistance série: le condensateur nest pas parfait, cest à dire quil nest pas capable de fournir oude recevoir un courant infini. En effet, tout se passe comme sil y avait une résistance de trèsfaible valeur en série avec le condensateur. Par exemple pour le condo de 4700µF 63V, larésistance série est de lordre de 0.04 OhmAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 9
  10. 10. ELECTRONIQUE N1Description des condensateursLunité de mesure officielle de la valeur des condensateurs est le Farad 1 milli Farad (1mF) = 0.001F = 10^-3F 1 micro Farad (1µF) = 0.001mF = 10^-6F 1 nano Farad (1nF) = 0.001µF = 10^-9F 1 pico Farad (1pF) = 0.001nF = 10^-12FDans le commerce, on trouve généralement des condensateurs de 1pF à 1F~ Le micro Farad est lunité de mesuregénéralement utilisée pour la mesure de la valeur des condensateurs chimiques et tantale.~ Le micro Farad et le nano Farad sont utilisés pour les condensateurs à film (MKT, MKP, ...)~ Enfin, le pico et le nano Farad pour les condensateurs céramiques.Les valeurs des condensateurs sont normalisées (même valeurs que pour les résistances).En général pour les condo chimiques, les valeurs sont des multiples de la série E6, à savoir 10, 15, 22, 33, 47, 68Etpour les condo non polarisés, les valeurs sont des multiples de la série E12, à savoir 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47,56, 68, 82Concernant les tensions nominales (cest à dire les tensions que lon peut appliquer au condo en permanence. On parleégalement de tension maximale, dans ce cas cest la tension la plus élevée quon peut appliquer passagèrement auxbornes du condo. Un ordre de grandeur: tension max = 1.15 * tension nominale), elles sont plus ou moinsnormalisées:voici les plus courantes en Volt: 5.5, 6.3, 10, 16, 25, 35, 40, 50, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000Généralement lindication est donnée en volts continus. (remarque: Vcontinu = 1.414Valternatif). Lorsquelle estindiquée en volts alternatif, cest que le condo est prévu pour fonctionner en alternatif (par exemple un condo classe Xou X2, ou classe Y). Ce genre de condo est fait pour être branche directement sur le 220V alternatif, il comporte doncdes sécurités: auto cicatrisant, ...Parfois on trouve des indications complémentaires qui correspondent auxtempératures de fonctionnementAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 10
  11. 11. ELECTRONIQUE N1 La tolérance des condensateurs est indiquée par une lettre entre B et Z. Voici la correspondance avec la tolérance:Lettre B C D F G H J K M R S T ZToléran 0. 0.2 0. 1 2 2. 5 1 2 + +50/- +6 +8 20% ce 1 5 5 % % 5 % 0 0 3 5/- 0/-corresp % % % % % % 0/ 20 20ondante - %? %Tolérance +- +- +- +- +-(C>=10correspon 0.1 0.2 0.5 1p 2p 2 pF) dante pF 5pF pF F F 0(C<10pF) % Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 11
  12. 12. ELECTRONIQUE N1Codage n°1: le marquage en clair ... ou presque!Pour les condensateurs chimiques ou tantale, il ny a normalement pas de problème, la valeur estécrite en clair, et parfois il y a même lunité. On trouve également la tension, et parfois latolérance, soit indiquée en clair soit indiquée par une lettre (voir tableau ci dessus).Lunité sert souvent de point décimal. par exemple un condensateur de 6.8µF sera codé 6µ8Exemples:- 150µ-M 16V est un condo de 150µF, 16V nominal continu, tolérance 20%- µ47 63V K est un condo de 0.47µF, 63V nominal continu, tolérance 10%- .47µ 35V est un condo de 0.47µF, 35V nominal continu, tolérance inconnue. Attention il y a unpoint avant 47µ- 220/25 est un condo de 220µF, 25V. Ca ne peut pas être un condo de 25µF 220V, car 25µF nestpas une valeur normalisée.Codage n°2: le code des chiffresCest le même principe que pour le code couleur des résistances, sauf que les bagues sont représentées pardes chiffres. La valeur est toujours indiquée en pico Farads (pF). La tolérance - quand elle estindiquée - est codée à laide dune lettre (voir plus haut).Les deux premiers chiffres sont les chiffres significatifs, quand au troisième, il détermine le nombre dezéros.Exemples:~ 561 = 56 + un "0" = 560pF~ 225K = 22 + cinq "0" = 2200000 = 2.2µF le K signifie que la tolérance est 10%~ 683J100 est un condo de 68000pF = 68nF, tolérance 5%, 100Volts~ 479 est un condo de 4.7pF ATTENTION: le "9" signifie quil faut diviser par 10, et non pas mettre 9zéros. (cest la norme, mais je nai jamais rencontré de tels condos, une telle valeur sera plutôt notée 4.7)Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 12
  13. 13. ELECTRONIQUE N1Tension maximale/Tension efficace Umax / Ueff = 1,41, ou, plus exactement, Umax / Ueff = 2 Donc, retenez que la valeur de tension que lon donne est pratiquement toujours la valeur efficace.Pour obtenir la valeur maximale, celle que lon a sur la prise de courant, multipliezUeff par 2Quest-ce quun multimètre ? Un multimètre simple regroupe généralement un Voltmètre (pour mesurer une tension), un Ampèremètre (pour mesurer une intensité) et un Ohmmètre (pour mesurer une résistance) On trouvera souvent dautres fonctions qui permettent de vérifier le bon, ou mauvais, état de certains composants. On peut voir lécran en haut, le sélecteur au centre et, autour du sélecteur, les différentes fonctions telles que voltmètre, ampèremètre et ohmmètres. Dans chaque fonction (celles ci étant entourées dune couleur: vert, noir ou rouge), on trouve des points avec des valeurs : par exemple, dans la fonction ohmmètre (repérée par le symbole , on trouve les valeurs 200, 2000 20K, 200K et 2000 K. Ces valeurs sont appelées calibres. les valeurs sont données dans lunité de la mesure : ici, lunité est lohm, donc, 200=200 ohms, 2000=2000 ohms etc. Lorsquune valeur est suivie dun K, celui ci signifie "Kilo" (mille fois plus grand). par exemple, 200K=200 kilo-ohms (=200000 ohms).Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 13
  14. 14. ELECTRONIQUE N11. Rappels1.1 Les théorèmes1.1.1 Superpositionle courant circulant dans un élément d’un circuit électrique est égal à la somme des courants qui seraient produitsdans cet élément par chacune des sources de tension agissant seule, les autres sources étant remplacées par des courts-circuits. Exemple ; soit le circuit suivant : Is R1 + - + UR1 Es1 Es2 R2 + - + UR2 Figure 1.1 Théorème de superposition où ES1 = 20V, R1 = 1k, R2 = 2k et ES2 = 10V. Alors, si l’on mesure IS , UR1 et UR2 tel que représentés sur la Figure 1 on obtient: 1) - en fonction de ES1 , on remplace ES2 par un court-circuit RT = R1 + R2 = 3 k IS = ES / RT = 6,667 mA UR1 = IS * R1 = 6,667V UR2 = IS * R2 = 13,334V 2) - en fonction de ES2 , on remplace ES1 par un court-circuit RT = R1 + R2 = 3 k IS = eS / RT = 3,333 mA UR1 = IS * R1 = 3,333V UR2 = IS * R2 = 6,667V Solution finale ) IS = 6,667mA + 3,333mA = 10mA. UR1 = 6,667V + 3,333V = 10V. UR2 = 13,334V + 6,667V = 20V.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 14
  15. 15. ELECTRONIQUE N1 Exemple; soit le circuit suivant: Is R1 + - UR1 Es es R2 + - + UR2 Figure 1-1 Théorème de superposition où ES = 20V, R1 = 1k, R2 = 2k et eS = 10Veff. 0o à fréquence de 5 kHz. Alors, si l’on mesure IS , UR1 et UR2 tel que représentés sur la Figure 1-1 on obtient: 1) - en fonction de ES , on remplace eS par un court-circuit RT = R1 + R2 = 3 k IS = ES / RT = 6,667 mA UR1 = IS * R1 = 6,667V UR2 = IS * R2 = 13,334V 2) - en fonction de eS , on remplace ES par un court-circuit RT = R1 + R2 = 3 k iS = eS / RT = 3,333 mAeff. 0o à fréquence de 5 kHz. uR1 = iS * R1 = 3,333Veff. 0o à fréquence de 5 kHz. uR2 = iS * R2 = 6,667Veff. 0o à fréquence de 5 kHz. Solution finale ) iS = iS + IS = 3,333 mAeff. 0o à fréquence de 5 kHz avec une composante continue de 6,667 mA uR1 = iS * R1 = 3,333Veff. 0o à fréquence de 5 kHz avec une composante continue de 6,667V. uR2 = iS * R2 = 6,667Veff. 0o à fréquence de 5 kHz avec une composante continue de 13,334V.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 15
  16. 16. ELECTRONIQUE N11.1.2 Thévenin Tout circuit linéaire composé d’une ou de plusieurs sources et de plusieurs résistances peut être remplacé parune source de tension unique (Eth) et une résistance unique (Rth). Ce théorème nous permet donc d’isoler une partieprécise d’un réseau. Exemple : Soit le circuit suivant : + R1 - R5 a + + + R2 R4 R6 Es=15V - - - - R3 + b Figure 1-2 Méthode de Thévenin où R1 = 1k, R2 = 3k, R3 = 2k, R4 = 3k, R5 = 500, Dans cet exemple, l’élément à isoler est la résistance R6 . Nous avons à calculer les paramètres du circuit équivalent de Thévenin pour la partie encadrée. La méthode consiste, premièrement, à calculer Rth en remplaçant toutes les sources de tension par des courts-circuits et en calculant la résistance totale vue entre les bornes a et b sans tenir compte de R6. Deuxièmement, on doit calculer Eth mesurable entre les bornes a et b en remplaçant R6 par un circuit ouvert. Le résultat donne le circuit équivalent de Thévenin suivant : Rth a + Eth b Figure 1-3 Circuit équivalent de Thévenin où Rth = R5 + (1 / ((1 / R2) + (1 / R4) +(1 / (R1+R3))) = 1,5 k et Eth = (15V / 4,5k) * 1,5 k = 5VAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 16
  17. 17. ELECTRONIQUE N12. La Diode2.1 Les semi-conducteurs. Un semi-conducteur, comme son nom l’indique, nest pas assez conducteur pour être utilisé comme conducteur et ni assez isolant pour être utilisé comme isolant. Cest pour cela quon le nomme semi- conducteur. Le matériel semi-conducteur le plus répandu est le silicium. On le retrouve sous la forme de cristaux. Dans un solide, les atomes se rejoignent pour former des cristaux. Les liens qui les retiennent sont dits convalents: le même électron est partagé par deux noyaux. Un atome de silicium a, sur sa dernière couche quatre électrons, c’est-à-dire qu’il est tétravalent: il serait bien content den avoir huit. Cest pourquoi il sassocie avec quatre autres atomes à laide des liens covalents. La Figure 2-1 schématise l’explication. Figure 2-1: Cristal de silicium et liens covalents. Le silicium comme tel est très résistant. À létat pur, il nest guère utile. On modifie la résistance des semi- conducteurs en introduisant des impuretés convenables dans leur structure cristalline. On dit que le semi- conducteur est dopé. Ceci est réalisé en introduisant des atomes ayant des électrons en plus, ou en moins, sur leur dernière couche. Par exemple, larsenic, le phosphore et l’antimoine en ont cinq, donc un de trop. Le bore, le gallium et l’indium en ont trois; il en manque un. Les trois premiers sont pentavalents et les trois derniers, trivalents. Le niveau habituel de dopage va d’un atome d’impureté par 10 6 à 108 atomes de silicium. Laddition dun élément pentavalent crée un surplus délectron. Les liens étant tous complétés, les électrons en trop peuvent se promener dun atome à lautre. Ce type de dopage produit un matériel semi-conducteur de type N. Laddition dun élément trivalent crée un manque délectrons quon appelle trous. Un électron manquant dans la structure cristalline laisse une place libre où un électron peut venir se placer en provenant du lien voisin, laissant alors un trou où il était. Le courant électrique est appelé un courant de trous, les trous semblant se déplacer. Ce type de dopage produit un matériel de type P. Les électrons libres dans un matériel de type N et les trous dans un matériel de type P sont appelés les porteurs majoritaires du courant électrique.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 17
  18. 18. ELECTRONIQUE N1 électron en surplus trou Type N Type P élément pentavalent élément trivalent Figure 2-2: Types de matériau semiconducteur2.2 La jonction PN. Que se passe-t-il lorsquon réunit un matériel P avec un N? On obtient une jonction PN. Figure 2-3 À la Figure 2-3 de gauche, on vient juste de juxtaposer les deux matériaux l’un à côté de lautre. À la Figure 2-3 de droite, par effet de diffusion, les électrons du côté N traversent du côté P et remplissent les trous. Les atomes du côté P, ayant besoin délectrons pour compléter leurs liens covalents les prennent. Ces atomes, étant évidemment près de la jonction, deviennent des ions négatifs à cause de lélectron de trop dans leur structure. De lautre côté, cest-à-dire du côté N, les atomes ayant un électron de trop pour compléter leurs liaisons covalentes perdent cet électron et deviennent des ions positifs. On a alors autour de la jonction l’apparition de ce quon appelle un dipôle. Ce processus va se continuer jusquà ce que le champ électrique créé par le dipôle soit assez puissant pour empêcher dautres électrons de traverser la jonction; on aura alors léquilibre. Cet équilibre se fait jusqu’à environ 0,7V. Ainsi, les électrons qui étaient des porteurs majoritaires du côté N vont vers le côté P en éliminant ainsi aussi les trous du côté P. On a alors une zone dépourvue de porteurs majoritaires. On appelle cette zone la zone de déplétion. Le champ électrique provenant du dipôle crée une différence de potentiel appelée barrière de potentiel. Cette barrière de potentiel vaut 0,7 volts pour le silicium.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 18
  19. 19. ELECTRONIQUE N1 Zone de déplétion ou de transition Figure 2-4: Zone de déplétion autour de la jonction PN2.3 La diode.2.3.1 La diode et ses fonctions: La diode en protection La diode en redressement La diode et la tensionLa diode protectrice :On utilise les diodes pour obliger le courant daller dans un sens, et pour lui interdire daller dans lautre. On peut doncles utiliser comme protection, pour éviter dabîmer un appareil électrique en se trompant de sens en mettant les piles.On place alors la diode dans le sens ou doit passer le courant, juste avant la borne "-" ou juste après la borne "+" : ces deux façons protègent aussi efficacement lappareil en cas dinversement des bornes "+" et "-". Figure 2.5Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 19
  20. 20. ELECTRONIQUE N1La diode en redressement :La diode peut être utilisé pour redresser du courant alternatif. On obtient alors le même type de courant que celuisortant dune dynamo. Les pont de diodes existent en boîtiers tout fait. Ces boîtiers ont 4 broches : 2 pour brancher lalternatif, qui sont repérer par les signes "~". Il ny a pas à se soucier de la polarité: peu importe le branchement. En revanche, Les deux autres broche sont repérés :il y a un "+" et un "-": il ne faut pas se tromper !. En 1., vous avez le branchement des 4 diodes dans un pont de diodes. En branchant de cette façon 4 diodes, vous réalisez un pont de diode. Le 1. est également la représentation schématique du pont de diode. Vous devez le représenter comme cela (sans les flèches, biens sûr) !. Figure 2. 6La diode et la tension :Pour fonctionner, la diode doit avoir entre ses bornes une tension minimale de 0,6 volt (ou 0,2 pour les germanium).De ce fait, on perd cette tension... Ainsi, si lon met deux diodes au silicium en série, on perdra 2 x 0,6 = 1,2 volts !Concrètement, si la tension était de 12 volts à lorigine, on aura plus que 10,8V ! Cest un phénomène qui se produitdans le pont de diode: il y a 4 diodes, mais seules 2 fonctionnent en même temps, donc, on perds 1,2 volts. (et même1,4 car parfois, la tension de seuil est de 0,7 volts) Presque la tension dune pile de 1,5 volts ! 1,2 volts, cest aussi latension présente aux borne dun accu LR6 (type "1,5 volts"). Finalement, on perds pas mal ! Dans un pont diviseur de tension, on peut aussi remplacer R2 par une diode au silicium... Dans un cas précis: celuide la mesure de température... En effet, la tension de seuil dune diode au silicium varie très précisément de 2millivolts pas °C. Et donc, la tension recueillie au point A aussi... Cest donc un excellant capteur de température !Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 20
  21. 21. ELECTRONIQUE N1Utilisation dune diodeIl, existe plusieurs sortes de diodes, mais elle sont souvent semblable: un cylindre avec deux patte et sur lequel il y àun anneau ou un point. Cette anneau représente la cathode de la diode. Cest lui qui représente la pointe de la flèche: Figure 2.7Lorsque vous branchez une diode, vous devez donc branchez le "+" du côté opposer à lanneau et le "-" du coté delanneau. NE JAMAIS BRANCHER UNE DIODE DIRECTEMENT AUX BORNE DUN GÉNÉRATEUR, car, placer dans son sens passant, le "bon sens", la diode se comporte quasiment comme un fil électrique et noppose presque pas de résistance. Cela créé donc un court-circuit. Figure 2. 8Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 21
  22. 22. ELECTRONIQUE N1Comme pour les résistances, il existes différents types de diodes: o Les diodes de redressement o Les pont de diodes o Les LED ou DEL o Les photodiodes o Les diodes Zener o Les diodes Varicap  Les diodes de redressementsCe sont les diodes les plus connues, celles que lon à vue plus haut.  Les ponts de diodesCest un assemblage particulier entre quatre diodes  Les L.E.D., ou D.E.L.Les LED (Light Emitting Diode - Diode à émission de lumière-), ou DEL, en français (Diodes Electroluminescentes),sont des diodes qui émettent de la lumière lorsque le courant les traversent dans leurs sens passants.Voici à droite des DELs, de couleurs, grossies (lediamètre est généralement de 3 ou 5 millimètres.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 22
  23. 23. ELECTRONIQUE N1  Les PhotodiodesUne photodiodes laissent passer le courant en présence de lumière.Les photodiodes sont brancher DANS LE SENS INVERSE par rapport à une diode normale.La cathode, représenter par la barre sur le schéma, lanneau ou le point, ou lergot sur le composant, se branche ducôté "+".Les photodiodes peuvent avoir 2 aspects: - laspect dune diode normale - - laspect dune DEL - Les photodiodes sont sensible, selon le type, soit à la lumière visible (lumière solaire ou artificiel), soit à la lumière infrarouge ou encore aux deux (attention dans ce cas: si vous faites des barrières infrarouge, la lumière du soleil (qui de toute façon contient des infrarouges -IR- ne doit pas influencer le montage). - Dans le cas des photodiodes sensible à la lumière infrarouge, il existe également des diodes émettrice de rayon infrarouge. tout comme il existe des diodes émettant de la lumière visible (les DELs) ! - Dans le cas des diodes émettant un rayon infrarouge, le schéma est le même que ci-dessus, mais les flèches sont tournées vers lextérieur.  Les diodes Zener .Les diodes Zener sont des stabilisateurs de courant continuePar exemple, si vous voulez alimenter un appareil en 9 Volts, et surtout pas plus que cette tension, vous mettrez unediodes Zener en parallèle de votre appareil.Comme il nexiste pas de diodes Zener de 9 V, vous allez utiliser la valeur la plus proche, cest à dire, 9,1 V.Remarquez la résistance. Cette résistance est INDISPENSABLE. la diode Zener risque de "griller" sans cetterésistance.Remarquer également la position de la diode : Cette fois, cest bien la CATHODE qui est relié au "plus", cest àdire, le côté de lanneau. Cest ce côté que vous devez brancher au "+".Ce type de diode peut être utiliser, par exemple, pour éviter les pics de tension...  Les diodes Varicapce type de diodes devrait plutôt ce mettre au rang des condensateur ! Mais bon, puisquelles portent le nom de"diode"...Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 23
  24. 24. ELECTRONIQUE N1Les diodes varicaps sont de diodes à capacité variable.Explication: Cette diode se comporte comme un condensateur dont la capacité varie suivant la tension. Comme cestune diode, elle est polarisée. Et cette fois, contrairement aux diodes Zener, elle est polarisée normalement: Lacathode (lanneau) se branche au "-" et lanode au "+".Ce type de diodes peut, par exemple, être utilisées pour réaliser des modulations de fréquence (MF ou F.M.).Au fait, ne vous préoccupez pas du C.O.... Pour le moment, sachez simplement quil permet de générer une onderadio, dont la fréquence dépend, entre autre, de la capacité du condensateur (dou lutilité de la varicap pour changer lafréquence)Les codes de marquage sur les diodes:Il existe deux codes de marquage normalisés: le code J.E.D.E.C. et le code Pro-electron. Ils sont a peu prés respectés,même si certains fabricants adoptent leur propre code. o Le code JEDEC est un code couleur qui ressemble a celui des résistances. La diode possede de 2 à 4 bagues. le nom de la diode se détermine de la façon suivante: ~ Le préfixe est généralement 1N ~ Le suffixe se détermine avec la couleur des bagues: ~ Il existe des diodes a 2, 3 ou 4 bagues. Toutes les bagues sont significatives. Par exemple une diode qui a les bagues suivantes: bleu, rouge, a la référence 1N62. Dans lexemple ci contre, la diode a 4 bagues qui sont jaune, marron, jaune, gris. La diode est donc une 1N4148 ~ Si la première bague de la diode est noire, alors il ne faut pas en tenir compte, elle sert juste a repérer la cathode de la diode. ~ On lit la référence de la diode de la cathode vers lanode. Pour repérer la cathode: soit la première bague est plus grosse, soit toutes les bagues sont regroupées de son coté. o ~ Alors vous me direz a quoi ça sert davoir la référence? Eh bien après vous pouvez faire une recherche chez les constructeurs (voir la rubrique datasheets), pour avoir les caractéristiques de la diode. o Assez souvent, la référence est directement écrite sur la diode. Par exemple, il y a écrit 1N4148 sur la diode. Cette diode est une diode de signal, cest a dire quelle sert a transmettre des informations, elle est relativement rapide, mais elle ne peut pas être utilisée pour redresser une tension (voir la rubrique exercice pour le redresseur de tension), car elle ne laisse pas passer assez de courant (200 mA) Pour redresser une tension, on utilise par exemple des 1N4001, ce sont des diodes qui laissent passer 1A au maximum. o Le code Pro-electron est cette fois ci représenté par des lettres et des chiffresAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 24
  25. 25. ELECTRONIQUE N1Première lettre A: germanium B: silicium C: arséniure de gallium B: diode a H: diode pour variation de E: X: diode multiplicatrice mesure de Q: diodeDeuxième lettre A: diode de signal capacité diode (varactor ou diode de champs électroluminescente (diode tunnel recouvrement) magnétiques varicap)Troisième lettre T: ? (Diode zener) V: ? (Diode zener) W: diode décrêtage o Voila, la troisième lettre y est rarement, et elle ne sert pas a grand chose. Voici quelques exemples de diodes courantes: ~ BY255 : diode de redressement 3A ~ BZX79C 5V1 : diode zener 0.5W, 5.1V (notez que la tension est écrite en clair) ~ BZT03C 36V: diode zener 3W, 36V  Compléments divers o Il faut savoir que tout nest pas aussi simple que ce jai dit précédemment. En effet, le courant circulant dans la diode est régi par cette formule qui est valable tout le temps: I = Is(exp(V/Vt)-1). Avec Vt=k.T/q Avec I: courant circulant dans la diode en A Is: courant de fuite en A V: tension aux bornes de la diode en V k: constante de Boltzmann T: température en Kelvin q: charge de lélectron Vt=0.025V a 300°Kelvin Voila, cette formule ne sert pas a grand chose, mais on ne sait jamais! Remarquez tout de même dans cette formule que la température intervient. Cette propriété des diodes est utilisée pour faire des sondes de température. (il se vend des diodes "sonde de température") o Autre remarque en haute fréquence, la diode devient capacitive, cest à dire quelle se comporte comme si on mettait un condensateur à ses bornes. Cest cette propriété qui est utilisée pour les diodes varicap (voir avant). o Notez que les photos des boîtiers (voir au début) ne peuvent pas renseigner sur le type de diode. On ne peut par exemple pas dire en regardant le boîtier que telle ou telle diode est une diode zener. Il faut pour cela regarder la référence inscrite sur la diode. Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 25
  26. 26. ELECTRONIQUE N12.3.2 Schéma et construction. Une diode a comme symbole celui de la Figure 2-99. La flèche indique le sens que peut prendre le courant conventionnel en direct. La Figure 2-9 représente également la construction dune diode. Elle est la juxtaposition de matériaux semi-conducteurs de types N et P auxquels on a raccordé des broches. Une diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens. I A K A: anode B: cathode P N A K Figure 2-92.3.3 Polarisation en direct. I conventionnel Figure 2-10: Polarisation en direct. Tout le matériel est conducteur, autant du côté P que du côté N, sauf dans la zone de déplétion où il ny a pas de porteurs majoritaires. Le champ électrique causé par la pile va sopposer à celui du dipôle et, par surcroît, lannuler. Les électrons entrent du côté N et pénètrent ensuite dans la zone de déplétion comme électrons libres en annulant les ions positifs. Ceux qui quittent, du côté P, laissent des trous qui atteignent la zone de déplétion annulant les ions négatifs. À la jonction, les électrons du côté N tombent dans les trous du côté P et atteignent la sortie du bloc P par courant de trous. La zone de déplétion nexiste donc plus et toute la diode est conductrice.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 26
  27. 27. ELECTRONIQUE N12.3.4 Polarisation en inverse P N ARRET Figure 2-11 Le champ électrique causé par la source sadditionne à celui du dipôle. La zone de déplétion sépaissit jusquà ce que son potentiel soit égal à celui de la source. La zone de déplétion nétant pas conductrice, la diode est bloquée, cest-à-dire plus un courant ne la traverse.2.3.5 Caractéristiques des diodes. En direct. Pour quune diode conduise, une tension minimale denviron 0,7 volts est requise afin de vaincre la barrière de potentiel de la jonction. Cest pourquoi on mesure toujours 0.7 volt aux bornes dune diode en direct. De plus, une diode a une résistance interne appelée résistance extrinsèque ou en anglais bulk. Une diode possède aussi des caractéristiques maximales à ne pas dépasser, tels le courant et la tension maximale en direct. Ce sont les cas où la diode s’échauffe et brûle. En inverse. En inverse, une diode se comporte comme un circuit ouvert. Cependant rien nétant parfait, un léger courant de fuite est créé à la surface du cristal. La surface du cristal est constituée de liens covalents non-complétés et celle-ci se comporte comme un matériel de type P en ayant une petite conductivité. Aussi, comme en direct, un point maximal ne doit pas être franchi: cest le point davalanche. Une diode ne peut endurer quune certaine valeur de voltage en inverse. Si ce voltage est atteint, le courant augmente rapidement et la diode se détruit. Courbes ID VS UD.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 27
  28. 28. ELECTRONIQUE N1 ID IFmax URmax UD 0,7V UFmax en inverse en direct Figure 2-12: Courbe ID (UD).Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 28
  29. 29. ELECTRONIQUE N12.4 Types de diodes.2.4.1 Diodes redresseuses. Un circuit redresseur transforme une tension alternative en une tension pulsée C.C. D1 RL GenFigure 2-13: Circuit redresseur de base D1, dans la Figure 2-13, ne laissera e max. passer que le courant causé par lalternance positive . Lors de lalternance positive, la diode se trouvant polarisée en direct laisse eGén passer un courant dans la charge (RL). La valeur de la tension maximale aux bornes de RL sera la tension crête du générateur moins la barrière de potentiel de 0,7 V de la jonction de la diode. Tout le temps que dure e max. - VD lalternance positive du générateur, la diode est en direct et chute 0,7 V. Lors de lalternance négative, la diode se trouve en inverse, bloque et agit eRL comme un circuit ouvert récoltant toute la tension du générateur CA à ses bornes et aucun courant ne traverse RL. en direct en inverse 0,7V UD -es max = PIVAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 29
  30. 30. ELECTRONIQUE N12.4.2 Diode électroluminescente (Del). Symbole. forme fréquente A K A K Figure 2-14: Diode électroluminescente. Le semiconducteur utilisé pour la fabrication d’une Del est l’arséniure de gallium ou le phosphore de gallium. Elle fonctionne à basse tension et à une faible consommation. Près de la jonction, lorsque les électrons tombent dans les trous, cest-à-dire descendent de niveau dénergie, ils émettent de lénergie, une partie en chaleur, une partie en lumière. Dans le cas de la Del, cest le deuxième cas qui est exploité. On retrouve la Del dans les applications dites optoélectroniques comme par exemple un témoin lumineux ou un affichage numérique. Caractéristiques. La Del est utilisée en direct: I Del -3V U Del 2V en inverse en direct Figure 2-15: Courbe typique dune Del. Calcul du branchement: R = ? Idel = IR = 20mA R UR = 9V - 2V = 7V 9V R = 7V / 20mA = 350 (360 standard) Figure 2-16Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 30
  31. 31. ELECTRONIQUE N12.5 EXERCICES # 1 - Que vaut approximativement la tension aux bornes dune diode au silicium en direct? #2- Une tension de 100 V est appliquée en inverse sur une diode. Un courant de 10 mA traverse la diode. Que vaut sa résistance de coulage en inverse (RR)? #3- I=? 1k I 10V #4- I=? R1 R3 10k 10k I R2 10k 20V #5- I=? I=? 10k I 10k 20V # 6 - Que vaut R? 20mA R 50V Ud=2VAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 31
  32. 32. ELECTRONIQUE N1 #7- a) URL crête = ? b) IRL crête = ? c) UR crête de la diode = ? d) Dessinez les formes donde présentes aux bornes de D1 et RL. D1 RL 1k eGen. 10Vrms eGén t URL t UD1 tAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 32
  33. 33. ELECTRONIQUE N13. Le Redressement3.1 Introduction Un circuit redresseur transforme une tension alternative en une tension CC pulsée. Il existe différents types de redressement, les uns ayant des avantages par rapport aux autres.3.2 Redressement demi-onde + UD - + + es RL - - Figure 3-1: Redressement demi-onde Lorsque la tension alternative es est positive, elle oblige la diode à conduire. Le demi-cycle positif de es se retrouve donc aux bornes de la résistance. Lorsque le potentiel es est négatif, la diode est alors polarisée en inverse et se comporte comme un circuit ouvert. Aucun courant ne parcourt le circuit et le potentiel aux bornes de la résistance demeure nul. On trouve dans ce circuit les formes d’onde de la Figure 3-2. La fréquence aux bornes de la résistance est de 50 Hz. es is 50Hz 20 ms es crête - UD URL 0,7V UD -eS crête = PIV Figure 3-2Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 33
  34. 34. ELECTRONIQUE N13.3 Redressement pleine onde avec un transformateur à prise médiane. iS 1 + UD1 - + eS 1 + eS 2 URL - - iS 2 + UD2 - Figure 3-3: Redressement pleine onde avec prise médiane Un transformateur ayant une prise médiane, lorsqu’elle est branchée à commun, possède deux sorties inversées l’une par rapport à lautre. D1 conduit durant lalternance positive de eS1 tandis que D2 le fait à son tour durant celle de eS2, 180° plus tard. On retrouve ainsi, aux bornes de RL, l’alternance positive de eS1 et eS2 l’une à la suite de lautre, produisant ce quon appelle du pleine onde. La fréquence du signal aux bornes de RL est 100 Hz. Examinez les formes d’onde de la Figure 3-4. es1 50Hz is1 es2 is2 50Hz es crête -0,7V 100Hz es1 es2 URL 10 ms 20 ms 0,7V UD1 es1 crête + es2 crête - 0,7V 0,7V UD2 es1 crête + es2 crête - 0,7V Figure 3-4Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 34
  35. 35. ELECTRONIQUE N13.4 Redressement pleine onde réalisé avec à un pont. D3 D1 es + D2 D4 URL - Figure 3-5 + - D1 D3 - RL + es es - RL + D2 D4 - + Figure 3-6 Afin de réaliser cette tâche, ce circuit possède quatre diodes et un transformateur qui na pas besoin dêtre pourvu dune prise médiane. (Figure 3-5). À la Figure 3-6, D1 et D2 conduisent ensemble lorsque es est positive et on retrouve aux bornes de RL lalternance positive de es moins la chute de tension de D1 et D2. On note les polarités aux bornes de RL. Lorsque es est négative, D3 et D4 conduisent et on retrouve aux bornes de RL lalternance négative de es. On note de nouveau les polarités aux bornes de RL. On voit que les polarités sont les mêmes lors des alternances positives et négatives de es. Le courant circule donc toujours dans le même sens, peu importe les polarités de es. La Figure 3-7 montre les tensions présentes dans le circuit. La fréquence de londe aux bornes de RL est 100 Hz.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 35
  36. 36. ELECTRONIQUE N1 es is 50Hz A B es crête - 1.4V 100Hz URL A B 0,7V UD1,UD2 es crête - 0,7V 0,7V UD3,UD4 es crête - 0,7V Figure 3-7Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 36
  37. 37. ELECTRONIQUE N13.5 Redressement pleine onde bipolaire Ceci est une répétition du redressement pleine onde avec un transformateur à prise médiane. On utilise, en parallèle, deux circuits de ce genre: pour les alternances positives de es1 et es2 et pour les alternances négatives es1 et es2. Le circuit alimente deux charges: avec une tension pulsée positive et avec une tension négative pulsée par rapport à commun. (Figure 3-8). D1 + es1 + URL1 es2 D2 - - D3 + URL2 D4 - Figure 3-8 eS1 50Hz iS1 eS2 iS2 50Hz es crête - 0,7V es1 es2 100Hz URL1 URL2 es2 es1 100Hz es crête - 0,7V Figure 3-9Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 37
  38. 38. ELECTRONIQUE N1 Voici la manière courante de dessiner un redressement pleine onde bipolaire. eS D3 D1 + 1 URL1 - eS + 2 D2 D4 URL2 - Figure 3-103.6 EXERCICES # 1 - Quelle est la tension maximale aux bornes de la charge? 220V 36V 20R 50Hz # 2 - Au #1, quelle est la fréquence du signal aux bornes de la charge? # 3 - Au #1, quel est le PIV aux bornes de la diode? # 4 - Quelle est la tension maximale aux bornes de la charge? RL 220V 50Hz 12,6V ct # 5 - Au #4, quelle est la fréquence du signal aux bornes de la charge? # 6 - Au #4, quel est le PIV aux bornes des diodes? # 7 - Quelle est la tension maximale aux bornes de la charge? D3 D1 220V 36V 50Hz D2 D4 RL # 8 - Aux #7, quelle est la fréquence aux bornes de la charge?Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 38
  39. 39. ELECTRONIQUE N1 # 9 - Lorsque es1 est positif, est-ce es1 ou es2 qui fournit le courant à RL2? D1 + es1 + RL1 es2 D2 - - D3 + RL2 D4 -  Dessinez les formes d’onde aux bornes de la 100  et de la 50  ip 100R 50Vc t 220V 50Hz 50R 60VAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 39
  40. 40. ELECTRONIQUE N14. Le Filtrage4.1 Principe Le circuit de filtrage le plus répandu est le celui utilisant un condensateur. Ce dernier est branché à la suite du redressement. Grâce au condensateur, on retrouve une tension CC fixe à la sortie du bloc dalimentation. Le circuit est représenté à la Figure 4-1. I moy. + + D es U c harge C - - Figure 4-1 Circuit de base es crête-0,7V 1 2 3 4 Figure 4-2 Forme donde au condensateur et à la chargeEn 1: Lors du premier cycle, le condensateur se charge jusquà es crête - 0,7 V et accumule ainsi de lénergie.En 2: Le condensateur se décharge ensuite dans la charge dépensant ainsi dune manière étalée lénergie accumulée auparavant.En 3: Le condensateur se recharge en récupérant lénergie dépensée en 2.En 4: Lire 2, lire 3, lire 2, lire 3 ....4.2 Ronflement La variation de tension aux bornes du condensateur causée par la charge et la décharge est appelée ronflement. La tension de sortie sera la tension moyenne. La fréquence du ronflement dépendra du type de redressement utilisé. On exprime la valeur de la tension de ronflement en volts crête-à-crête (er). Figure 4-3Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 40
  41. 41. ELECTRONIQUE N1 Usortie CC = U moy. = (es crête - UD) - er / 2 où: es crête = la tension crête au secondaire du transformateur. UD = la tension chutée par la ou les diodes du redressement. er = tension de ronflement crête-à-crête Indice de ronflement: (Ripple Index).  = er / U max. % de ronflement =  x 100%4.3 Forme donde aux bornes de la diode redresseuse + UD - + + ID + es Uc U c harge C - - - Figure 4-4 La forme de la tension aux bornes de la diode se trouve à être, entre la cathode et lanode, une source CC à peu près fixe (Uc) en série avec un signal alternatif (es).Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 41
  42. 42. ELECTRONIQUE N1 Lors du redressement et du filtrage, le condensateur se déchargeant es graduellement après avoir été chargé à es crête - 0,7V, se fait recharger au travers la diode à linstant où la tension es du côté de lanode est plus haute que Uc du côté de la cathode.Une impulsion de courant traverse la diode le temps de charger le condensateur et durant cette U moy impulsion, la diode chute son 0,7 V. La diode demeure en inverse le reste Uc et du temps. Lorsque es est à sa valeur U charge crête en inverse, on atteint le PIV de la diode (Peak Inverse Voltage). Cest à ce moment que Uc et es additionnées créent la plus haute 0,7V tension que la diode aura à endurer en inverse. Lors d’une réparation, il UD faudra choisir la diode redresseuse en U moy fonction de cette situation. On estime, dans ce circuit simple, que le PIV est égal à environ 2 x es crête. PIV Temps durant lequel condensateur se le recharge ID Figure 4-5Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 42
  43. 43. ELECTRONIQUE N14.4 Calcul du condensateur Afin dévaluer la capacité du condensateur à installer, il faut connaître les besoins du circuit qui sont: a) La tension et le courant désirés à la charge (U moy. et I moy.). b) La quantité minimale de ronflement (er). c) Le type de redressement utilisé (pleine-onde ou demi-onde). On se rappelle que: C=Q/V Le courant par définition est : I = Q / t => Q = I x t Si on remplace dans léquation du condensateur: C=Ixt/V On voit ainsi que le courant circulant dans un condensateur dépend de combien la tension peut varier entre deux recharges. Si la tension aux bornes dun condensateur de 1 Farad varie de 1 Volt en 1 seconde, il y circule alors un courant de 1 Ampère. En effet, pour quun courant circule dans un condensateur, il faut faire varier la tension à ses bornes. On peut écrire léquation ainsi: I = C x V / t La Figure 4-6 montre lapproximation qui nous permettra de calculer dune façon simple la valeur du condensateur. On y voit que: a) Le temps où le condensateur est rechargé est négligé; b) Le courant demandé par la charge est considéré constant (ce qui est vrai dans les appareils pratiques). U t er Pente supposée approximation droite t Figure 4-6 En reprenant la formule vue précédemment:Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 43
  44. 44. ELECTRONIQUE N1 C = I x t / V où: I = I moyen (courant qui décharge le condensateur) t = La période entre deux recharges (1/f ronfl.). V = La variation de tension aux bornes du condensateur (er). On trouve ainsi cette formule simple: C = I moy / ( er x f ronfl. ) où : f ronfl. = 50 Hz en demi-onde. = 100 Hz en pleine-onde. N.B.: Si la source d’alimentation alternative est autre que le secteur (50 Hz), il faudra considérer la fréquence utilisée. Par exemple, dans les véhicules de transport, les fréquences de 400 Hz et de 1 kHz sont très répandues. Les approximations nous permettent déviter des calculs trigonométriques fastidieux. Les résultats obtenus sont très raisonnables. À 5% de ronflement, le condensateur calculé a une capacité 5% plus haute qu’en utilisant le calcul précis. De toute façon sur le marché, la tolérance des condensateurs électrolytiques est de - 20% + 80%. # 1 - Exemple 200mA + + 6,3V R C - -  = 0,05 Figure 4-7 Questions: a) Que vaut UR crête? b) Que vaut er? c) Que vaut UR moyen? d) Quelle est la valeur du condensateur?Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 44
  45. 45. ELECTRONIQUE N1 Solution: UR crête = 6.3V x 1.414 - 0,7 V = 8,2 V er = 8,2V x 0,05 = 0,41V crête-à-crête UR moyen = 8,2V - 0,41V / 2 = 8 V C = Imoy / ( Er x f ronfl. ) (où f ronfl. = 50 Hz) C = 200 mA / ( 0,41 x 50 Hz ) = 9 756 µF (10 000µF) # 2 - Exemple is ip  = 0,1 220V 200mA ca 10V 50 Hz R C Figure 4-8 Questions: a) URmax. = ? b) er = ? c) UR moyen = ? d) C=? e) ip = ? f) is = ? Solutions: UR max. = 10 Vrms x 1,414 - 1,4 V = 12,7 V er = 12,7 V x 0,1 = 1,27 V crête-à-crête UR moy. = 12,7 - 1,27 / 2 = 12,07 V C = 200 mA / ( 1.27V x 100Hz ) = 1 575 µF P entrant = P sortant (Transformateur) Pentrant = P sortant = 200 mA x 12 V (à la charge) = 2,4 W ip = 2,4 W / 220V = 10,9 mA is = 2,4W / 10V = 240 mAAzzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 45
  46. 46. ELECTRONIQUE N1 Rth I surge Uth Figure 4-9 Il est évident, à cause de la résistance totale du système, que le condensateur ne se chargera pas complètement lors du premier cycle et la forme du courant circulant dans celui-ci aura la forme suivante: Umax Uc, UR I surge IDiode Mise en fonction Figure 4-10Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 46
  47. 47. ELECTRONIQUE N14.5 Protection:4.5.1 Par fusible après le bloc: Bloc Charge Sortie Secteur dalimentation alimentée C.C. Figure 4-11 On peut utiliser un fusible à fonte rapide (Fast Blow), pour une protection simple et rapide du circuit et/ou du bloc dalimentation. Un fusible à fonte lente (Slow Blow) fait le même travail que précédemment mais ce type de fusible acceptera des surcharges transitoires. Le facteur de sécurité recommandé est de 1,25. La valeur du courant maximal du fusible doit être environ 1,25 x le courant demandé normalement par la charge. Par exemple, si un circuit est fait pour opérer à l ampère, un fusible de 1,25 ampères sera choisi.4.5.2 Par fusible au primaire du transformateur. Bloc Secteur dalimentation et c harge Figure 4-12 Cela permet de protéger le transformateur et le circuit. Si la charge devenait trop importante. Le pont de redresseur pourrait en souffrir. La surcharge sera stoppée par le fusible au primaire. Il est cependant conseiller dutiliser un fusible à fonte lente à cause de la surintensité («I surge») lors de la mise en fonction de lappareil.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 47
  48. 48. ELECTRONIQUE N15. Les régulateurs monolithiques5.1 Introduction Les divers organes et fonctions qui composent les appareils électroniques modernes sont de plus en plus modulaires. Lalimentation de ces appareils a fait lobjet de beaucoup defforts, de miniaturisation et de simplification. Nous avons vu dans les modules précédents comment transformer une source dénergie alternative en une source dénergie positive. Cependant, une telle alimentation est à la merci des fluctuations de la tension du secteur et des soubresauts de lappareil lui-même. Il est donc important dobtenir une tension stable à la sortie du bloc dalimentation, indépendante des variations de son environnement. Suite au redressement et au filtrage, on installera donc un régulateur de tension. Auparavant, cette fonction électronique était plutôt complexe à réaliser et demandait de lespace. Aujourdhui, de simples circuits intégrés à trois broches, et de dimensions très réduites, ont pris la relève. Plusieurs circuits intégrés à trois broches (entrée, point commun et sortie) sont disponibles sur le marché dans une grande gamme de tensions et de courants de sortie. Ils offrent une façon simple et peu dispendieuse de construire une source dalimentation stable. Leurs principaux avantages sont les suivants. - Ils sont facile dusage. - Ils ne demandent que peu de composants externes. - Ils sont fiables. - Ils possèdent une protection thermique interne. - Ils possèdent une protection contre les courts-circuits. Ils ont aussi des désavantages. Ils ne peuvent pas tous être peaufinés et leur précision peut varier jusquà 5% par rapport à la valeur nominale. Les valeurs de tension de sortie disponibles sont limitées. La limite en courant de ces régulateurs nest pas ajustable; il faut donc considérer les carractéristiques de ceux-ci. Si on essayait daugmenter leur capacité de courant maximum de sortie, cela demanderait un réseau externe encombrant. Le régulateur de tension positive à trois broches de la famille 7800 est un exemple de régulateur monolithique. La Figure 5-1 montre lapplication standard dun tel régulateur. + U différentielle - 78XX U entrée (en provenance Ce Cs U sortie du redressement 1uF et du filtrage) 0,33uF céramique tantale Figure 5-1 -Ce élimine leffet inductif des longs conducteurs. -Cs améliore la réponse en régime transitoire. Ces régulateurs sont préréglés à 5, 6, 8, 12, 18 ou 24 volts. Par exemple, un 7805 est un régulateur à 5 volts et un 7824 est un régulateur à 24 volts.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 48
  49. 49. ELECTRONIQUE N15.2 Détermination de la tension dentrée Ces régulateurs, jusquà un certain point, se protégent eux-même. Ils contiennent une protection électronique considérant la température, la tension différentielle (U entrée - U sortie) et le courant débité à la sortie (voir la Figure 5-2). Avec lajout dun radiateur thermique approprié, ces circuits intégrés peuvent fournir des courants au-delà de lampère. Courant de sortie maximal (ampères) 3 2 Tj = 25°C 1 Tj = 125°C 6 12 18 24 30 U entrée - U sortie : Tension différentielle entrée-sortie (volts) Figure 5-2 La Figure 5-2 est valable seulement pour la série 7800 (positifs) et 7900 (négatifs). Remarquez que les courbes débutent à 3 volts. Ceci veut dire que la tension différentielle minimale devant être présente est 3 volts; cest le minimum nécessaire afin dassurer le fonctionnement du régulateur intégré. Par exemple, un régulateur 7805, possédant une tension U sortie de 5 volts, doit avoir comme tension minimale dentrée pour fonctionner, 5 volts + 3 volts, c’est-à-dire 8 volts. Le maximum est fixé à 35 volts pour tous les régulateurs de cette famille, sauf le 7824 et 7924 pour qui le maximum est 40 volts. Sur la Figure 5-2, linscription Tj signifie la température de jonction, c’est-à-dire la température à linterne de la puce atteinte lors de son fonctionnement. Vous remarquez aussi deux courbes: une à Tj = 25°C et lautre à Tj = 125°C. Il est utopique de dire quil est possible de conserver la température interne de la puce à 25°C. On pourrait peut être remplir son bain de glace et boulonner le régulateur à celui-ci. Mais enfin! La courbe à considérer sérieusement est celle pour laquelle la température indiquée est 125°C. Cest la température interne quil ne faut pas dépasser. Ceci implique, si le régulateur a dissipé une certaine puissance, linstallation dun radiateur thermique.Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 49
  50. 50. ELECTRONIQUE N1 # 1 - Exemple Question En utilisant la courbe où Tj vaut 125°C, trouvez la tension dentrée maximale applicable à un régulateur 7805 pour obtenir un courant disponnible de 750mA. Solution À la Figure 5-2, 750mA sur la courbe Tj = 125°C coïncide avec 21V. Uentrée = 5V + 21V = 26V. # 2 - Exemple Question En utilisant la courbe où Tj vaut 125°C, trouver la tension dentrée maximale applicable à un régulateur 7812 pour obtenir un courant disponnible de 1,5 A. Solution A la Figure 5-2, 1,5A sur la courbe Tj = 125°C coïncide avec 9V. Uentrée = 12V + 9V = 21V. En examinant la Figure 5-2, on peut aussi remarquer une région de fonctionnement idéale. Cette région se situe entre 6V et 9V; on y obtient le maximum en disponibilité de courant. Il faut aussi laisser de la place au ronflement de la tension dentrée; ce qui justifie la marge inférieure de 6V. Aussi il est sage de garder la tension différentielle le plus bas possible de façon à limiter la dissipation de puissance du régulateur.5.3 Détermination du radiateur a installer Ces régulateurs se présentent installés dans plusieurs sortes de boîtiers différents. Les deux principaux boîtiers dans lesquels on les retrouve sont le TO-220 et le TO-3. Ces boîtiers sont pourvus dune fixation en métal permettant linstallation dun radiateur thermique. La dimension physique du radiateur à employer est déterminée par la quantité de chaleur que le régulateur aura à dégager; il faut donc connaître la puissance à dissiper. Pd = U différentielle x I sortie On doit ensuite consulter les caractéristiques du régulateur employé afin de trouver sa résistance thermique jc. Celle-ci est exprimée en °C/W. Dans un boîtier TO-220, elle vaut 5°C/W et dans un boîtier TO-3, elle vaut 5,5°C/W. Si, par exemple, un régulateur installé dans un boîtier TO-220 avait à dissiper 10 watts, quelle serait la résistance thermique du radiateur à installer?Azzeddine .Maaqoul /SE.ESTM 50

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