Circuit redresseur

- Guy, j'ai un problème ! J'ai acheté ce moteur électrique dans une brocante et, en lisant les instructions, je me suis aperçu qu'il ne fonctionnait qu'en courant continu. Qu'est-ce que je pourrais bien faire ?

- Tu pourrais tout simplement faire un montage contenant un circuit redresseur, ce qui te permettrait d'obtenir de bons résultats.

- Un circuit redresseur… C'est quoi ça ? Comment ça marche ?

- C'est facile mon cher Jean-Pierre, tu n'as qu'à lire le texte qui suit et tu sauras tout ce que tu dois savoir sur les circuits redresseurs.

Cette étude vous permettra à vous aussi de vous familiariser avec les circuits redresseurs :

• à simple alternance ;
• à double alternance.

Vous verrez plus particulièrement :

• le fonctionnement ;
• le rôle de chacun d'eux.

Le redresseur simple alternance, ou redresseur demi-onde, est composé d'une source de tension alternative et d'une diode de redressement placées en série dans un circuit de charge.

La figure suivante illustre des circuits redresseurs simple alternance utilisant une diode idéale comme dispositif de redressement et une résistance en guise de charge.

Fonctionnement :

• La tension de sortie est celle prise aux bornes de la résistance.
• La polarité de la tension de sortie dépend du sens de la diode dans le circuit.

D'après la figure suivante, lorsque la tension alternative d'entrée est positive :

• la tension à l'anode de la diode est positive par rapport à la cathode.
• La diode considérée comme idéale laisse donc circuler le courant dans la charge pour toute la durée de l'alternance positive.

Par contre,

• lorsque le potentiel d'entrée est négatif, la diode se trouve polarisée en sens inverse et se comporte comme un interrupteur ouvert.
• aucun courant ne peut parcourir le circuit pendant que la diode est à l'état bloqué, la tension aux bornes de la charge demeure nulle pour toute l'alternance négative.

Dans le circuit de la figure suivante, la diode permet uniquement aux alternances positives de paraître à la sortie.

Nous pouvons observer facilement ces formes d'ondes à l'oscilloscope (figure suivante). Comme une alternance sur deux est présente à la fois aux bornes de la sortie, les circuits à une seule diode s'appellent redresseurs simple alternance.

Sortie des redresseurs simple alternance :

Il faut remarquer que le signal de sortie ne consiste pas en un niveau continu constant.

Un circuit redresseur transforme une tension alternative en une tension continue pulsée. Il dispose néanmoins d'une valeur moyenne positive.

Par exemple, si un voltmètre placé sur le calibre "Tension continue" était appliqué à la tension sinusoïdale de l'entrée, la lecture obtenue serait nulle. Par contre, si on applique le même voltmètre  aux bornes de la sortie, la lecture obtenue représenterait la valeur moyenne de la tension continue pulsée. Cette tension moyenne d'un redresseur simple alternance correspond à :

.

Notez que les appellations différentes de V_cc ou de V_moy représentent toutes deux la valeur moyenne de la tension redressée et se mesure à l'aide d'un voltmètre placé sur le calibre "Tension continue".

Utilisation :

Ce type de redresseur, malgré sa faible efficacité, demeure tout de même très utilisé pour les applications où la qualité de l'onde devient plus ou moins importante.

Les appareils radio, les calculatrices et les magnétophones sont quelques exemples d'utilisation d'un circuit redresseur simple alternance.

Les principales qualités de ce circuit sont sa simplicité et son faible coût.

Le redresseur double alternance est un circuit électronique qui permet de récupérer la partie de l'onde perdue avec le redresseur simple alternance.

Cela améliore beaucoup l'efficacité.

Il existe deux montages de base, lesquels sont présentés à la figure suivante.

Redresseurs double alternance :

Fonctionnement d'un redresseur à point milieu :

A partir d'un transformateur d'alimentation avec un point milieu , deux diodes travaillent en alternance pour créer, à la charge, un signal redressé double alternance (pleine-onde) possédant la même polarité pour chacun des demi-cycles du signal d'entrée.

La figure suivante montre que dans un transformateur à point milieu, la tension maximale se forme dans chaque moitié du transformateur en se servant du point milieu comme point neutre.

Fonctionnement du redresseur à point milieu :

Pendant toute la durée de l'alternance positive du signal d'entrée, la borne A du secondaire du transformateur est positive par rapport à N et polarise la diode D₁ en sens direct (court-circuit).

Pendant ce temps, la diode D₂ se trouve en polarisation inverse et bloque le passage du courant (circuit ouvert). Durant toute l'alternance positive, un courant circule à travers la charge via la diode D₁.

Au contraire, pendant toute la durée de l'alternance négative du signal d'entrée, la borne B du secondaire du transformateur devient positive par rapport à N et polarise la diode D₂ en sens direct.

Pendant ce temps, c'est la diode D₁ qui se trouve en polarisation inverse et bloque le passage du courant. Durant toute l'alternance négative, un courant circule à travers la charge via la diode D₂.

La tension de sortie présente aux bornes de la résistance de charge est de même polarité durant les deux alternances du signal d'entrée.

Un courant unidirectionnel pulsé circule en permanence dans la charge de sorte que les circuits redresseurs qui utilisent deux diodes et un transformateur à point milieu s'appellent redresseurs double alternance à point milieu.

Tensions d'un redresseur double alternance :

Tensions d'un redresseur double alternance :

La tension moyenne d'un redresseur double alternance est le double de celle obtenue dans le cas d'un redresseur simple alternance (figure ci-dessus).

Nous pouvons dire que pour un redresseur double alternance :

.

Comme les alternances redressées se répètent à un rythme deux fois plus élevé que celui de l'entrée, la fréquence de l'ondulation de sortie est égale au double de la fréquence de la source de tension alternative qui alimente le redresseur double alternance.

Redresseur en pont de Graetz :

Le second type de redresseur double alternance est le redresseur en pont de Graetz.

Ce type de montage vous permet d'éviter l'utilisation du transformateur à point milieu, lourd et encombrant.

Cette méthode permet aussi d'éliminer la division de tension disponible à la sortie créée par point milieu d'un transformateur.

La figure suivante présente le montage d'un redresseur en pont avec la circulation du courant selon les alternances de la source d'alimentation.

Redresseur en pont :

Les diodes fonctionnent en alternance, deux par deux:

• pendant que deux des diodes réagissent comme un court-circuit,
• les deux autres deviennent l'équivalent d'un circuit ouvert.

Le courant qui passe dans la charge circule toujours dans la même direction.

De ce fait, les formes d'ondes des tensions d'un redresseur en pont restent les mêmes que celles d'un redresseur à point milieu (figure suivante).

La seule différence réside dans la tension d'entrée :

• Pour un redresseur en pont, la tension d'entrée du redresseur est la tension maximale de la source ;
• alors que, pour un redresseur à point milieu, la tension d'entrée est celle fournie entre le point milieu et une borne de l'enroulement secondaire.

Les circuits redresseurs qui utilisent quatre diodes montées en pont s'appellent redresseurs double alternance à pont de Graetz.

Utilisation :

Des deux types de redresseurs double alternance, c'est celui en pont de diode qui est le plus employé.

On le retrouve fréquemment dans des blocs d'alimentation (Power Supply).

Le seul désavantage du redresseur en pont est une perte de tension d'environ 0,7 V dans chacune des diodes.

Effet:

Reduction de la tension de 1,4 V, à cause de la présence des deux diodes par alternance.

Solution possible:

Utiliser un redresseur à point milieu avec des diodes au germanium, qui n'entraînent qu'une chute de potentiel de 0,3 V. Cependant, en raison du coût élevé des composants, on emploie ce dernier type de montage seulement lorsque la tension à redresser est faible et que toute perte n'est pas négligeable.

Il est à noter que l'un et l'autre des redresseurs double alternance créeront un signal continu qui sera d'une qualité supérieure à celui fourni par un redresseur simple alternance.

Ils est important de noter que ces circuits redresseurs ont tous comme défaut l'encombrement et le poids importants dus au transformateur surtout si on désire utiliser une alimentation puissante.

Il existe des alimentations à découpage fonctionnant à fréquences élevées basées sur un principe complètement différent.

Celles-ci permettent l'utilisation d'un transformateur de dimensions et de poids réduits.

A la suite de cette étude, vous devriez maîtriser plus particulièrement les points suivants :

- Les filtres ont pour but de réduire les ondulations du signal de sortie d'un redresseur.

- Le filtre capacitif est le plus utilisé dans l'industrie.

- Le filtre capacitif est constitué d'un condensateur placé en parallèle avec la résistance de charge.

- Le condensateur du filtre capacitif agit un peu comme l'accumulateur en hydraulique.

- La qualité du filtre capacitif dépend du produit entre les valeurs du condensateur et de la résistance de la charge : R_cC.

- Le filtre inductif est composé d'une bobine placée en série avec la charge.

- Les filtres LC et CLC sont des combinaisons des filtres inductifs et capacitifs.

- Le filtre LC permet de rendre le circuit de filtrage indépendant de la résistance de charge.