LE REDRESSEMENT ET LA FILTRATION

La tension alternative prélevée sur le secondaire d’un transformateur ne pourra jamais être utilisée pour alimenter les transistors ou les circuits intégrés d’un appareil électronique, car ces composants demandent une tension continue semblable à celle fournie par une pile.

Les appareils électroniques sont composés de semi-conducteurs et requièrent une faible tension de 5, 9, 12, 18 ou 30 volts pour leur bon fonctionnement. La première chose à faire est d’abaisser la tension des 120 volts jusqu’à la valeur de tension requise, puis de convertir cette tension alternative en tension parfaitement continue.

Pour réduire une tension alternative, il suffisait d’utiliser un transformateur muni d’un enroulement « primaire » à relier au secteur 120 volts et d’un enroulement « secondaire », servant à prélever la basse tension.

Comme la basse tension fournie par ce secondaire est une tension alternative, et qu’elle a la même fréquence que le courant de secteur, c’est-à-dire 60 hertz, pour la convertir en tension continue, il faut la redresser par l’intermédiaire de diodes au silicium.

Redresser une tension alternative à l’aide d’une diode

Si on utilise une seule diode, sa cathode (K) dirigée vers la sortie du secondaire d’un transformateur, lorsque la demi-alternance positive atteint l’anode (A), elle passe en direction de la cathode (K), tandis que lorsque c’est la demi-alternance négative qui atteint l’anode (A), elle est bloquée.

On trouvera donc en sortie de la cathode (K) une tension pulsée avec une fréquence de 60 Hz, composée uniquement de demi-alternances positives intercalées de la pause correspondant aux demi-alternances négatives.

Redresser une tension alternative à l’aide de quatre diodes

Si on utilise quatre diodes sur le secondaire d’un transformateur, on élimine la pause de la demi-alternance négative.

En effet, lorsque la demi-alternance positive se trouve sur le point « A » et que la demi-alternance négative se trouve sur le point « B », la tension alternative est redressée par les diodes DS2 et DS3.

Lorsque la demi-alternance négative se trouve sur le point « A » et que la demi-alternance positive se trouve sur le point « B », la tension alternative est redressée par les diodes DS1 et DS4.

Les demi-alternances positives ayant été doublées, la fréquence que l’on prélèvera sur la sortie de ce pont sera également doublée et donc la tension pulsée ne sera plus de 60 Hz mais de 120 Hz.

Redresser une tension alternative à l’aide de deux diodes

Il est possible de redresser les deux demi-alternances à l’aide de seulement deux diodes, à condition que le secondaire du transformateur soit muni d’un point milieu.

En effet, si la demi-alternance positive se trouve sur le point « A »et que la demi-alternance négative se trouve sur le point « B », la demi-alternance positive passera seulement à travers la diode DS1.

Si la demi-alternance négative se trouve sur le point « A » et que la demi-alternance positive se trouve sur le point « B », la demi-alternance positive passera seulement à travers la diode DS2.

Dans ce cas-là également, les demi-alternances positives ayant été doublées, la fréquence sera également doublée et passera de 60 à 120 Hz.

A quoi sert le condensateur électrolytique ?

Si on redresse une tension alternative de 12 volts, on obtient en sortie d’une diode ou d’un pont redresseur une tension pulsée qui, de 0 volt, passe à sa valeur positive maximale puis redescend à 0 volt pour remonter à nouveau vers le positif, avec une fréquence de 60 ou 120 Hz, c’est-à-dire qu’il monte et descend 60 ou 120 fois en 1 seconde.

Si on applique cette tension pulsée à n’importe quel appareil électronique, il ne pourra pas fonctionner, car il a besoin d’une tension continue.

Pour transformer une tension pulsée en tension continue, il faut appliquer un condensateur électrolytique sur la sortie de la diode ou du pont redresseur. On peut comparer ce condensateur électrolytique à une pile rechargeable qui emmagasine de la tension lorsque la diode est conductrice et qui permet d’alimenter le circuit lorsque la diode ne l’est plus, ou bien lorsque la demi-alternance positive commence à descendre vers 0 volt.

Il est bien évident que ce condensateur électrolytique devra avoir une capacité plus que suffisante pour alimenter le circuit pendant toute la période où la diode n’est pas conductrice.

La capacité de ce condensateur, exprimée en microfarads (μF), varie en fonction du type de configuration utilisée pour redresser la tension alternative, c’est-à-dire demi-alternance ou double demi-alternance, de la valeur de la tension redressée et du courant que le circuit à alimenter consomme.

La capacité du condensateur électrolytique

La capacité minimale, en microfarad, du condensateur électrolytique placé à la suite d’une diode de redressement ou un pont redresseur, ne doit jamais être choisie au hasard mais en fonction du courant maximum absorbé par l’appareil, de façon à réduire au minimum le bruit parasite de la tension alternative.

Si l’on redresse une tension alternative avec une seule diode de redressement, on peut utiliser cette formule :

Si l’on redresse une tension alternative avec un pont redresseur, on peut utiliser cette autre formule :

Exemple : Nous avons réalisé une alimentation qui débite 12 volts sous 1,3 ampère et nous voudrons connaître la valeur de la capacité du condensateur électrolytique dans le cas où nous utilisions une seule diode de redressement ou un pont redresseur.

Solution : Avec une seule diode de redressement, nous devons utiliser un condensateur électrolytique ayant une capacité d’environ :

Étant donné que cette valeur n’est pas une valeur standard, nous utiliserons une capacité d’une valeur supérieure, c’est-à-dire de 4 700 microfarads, ou nous pourrons relier en parallèle deux condensateurs de 2 200 microfarads.

Avec un pont redresseur, nous devons utiliser un condensateur électrolytique qui ait une capacité d’environ :

Étant donné que cette valeur n’est pas une valeur standard, nous utiliserons une capacité d’une valeur plus élevée, c’est-à-dire de 2 200 microfarads.

Il est déconseillé d’utiliser des valeurs de capacité inférieures à celles résultant de l’utilisation des formules données

Rappel sur les diodes

Si vous achetez des diodes de 50 volts, vous pourrez les utiliser pour redresser des tensions de 5, 12, 20 et 35 volts, mais pas des tensions alternatives de 40 ou de 50 volts.

Si vous achetez des diodes de 100 volts, vous pourrez les utiliser pour redresser des tensions de 5, 12, 35 et 70 volts, mais pas des tensions alternatives de 80 ou de 90 volts.

Pour alimenter un circuit qui consomme un courant de 1 ampère, vous ne devrez pas choisir des diodes ou des ponts redresseurs de 1 ampère exactement. Si on veut pouvoir charger le condensateur électrolytique, il faut disposer d’une valeur de courant supérieure.

Si on utilise un circuit redresseur demi-alternance, on devra choisir une diode capable de débiter au moins 50 % de courant en plus de celui requis.

Ainsi, si le circuit consomme 1 ampère, on devra choisir une diode de 1,5 ampère.

Si on utilise un circuit redresseur double demi-alternance, on devra choisir une diode capable de débiter au moins 20 % de courant en plus de celui requis. Ainsi, si le circuit consomme 1 ampère, on devra choisir une diode de 1,2 ampère.

Une diode de redressement provoque une chute de tension d’environ 0,7 volt.

C’est pourquoi, en appliquant sur son entrée une tension alternative de 12 volts, nous ne retrouverons sur sa sortie qu’une tension de :

12 – 0,7 = 11,3 volts

Un pont redresseur provoque une chute de 1,4 volt parce qu’il inclut deux diodes, l’une redressant les demi-alternances positives et l’autre les négatives.

En appliquant donc sur l’entrée du pont une tension alternative de 12 volts, nous n’obtiendrons sur sa sortie qu’une tension de :

12 – 1,4 = 10,6 volts

Rappel sur les condensateurs

Si l’on mesure la tension aux bornes du condensateur électrolytique relié sur la tension redressée, nous serons étonnés de remarquer que la tension ne sera pas la même, c’est-à-dire une valeur de tension supérieure à celle appliquée sur ses entrées.

La raison de cette augmentation de la tension est que la tension alternative atteint une pointe de 1,41 fois supérieure à la valeur de la tension efficace.

Pour mieux comprendre la différence entre la tension crête et la tension efficace, donc les volts crêtes et les volts efficaces, nous pouvons considérer la tension efficace comme la sur face totale d’une demi-alternance

Le condensateur électrolytique ne se charge pas sur la valeur de la tension efficace mais sur la valeur crête et, pour cette raison, on obtient une tension supérieure.

Pour calculer la valeur de la tension réelle présente aux bornes du condensateur électrolytique, on devra d’abord savoir si l’on utilise une diode de redressement ou un pont redresseur et ensuite, utiliser les deux formules suivantes :

Dans laquelle :

Vcc — est la tension en volts courant continu aux bornes du condensateur,

Vac — est la tension en volts efficaces de la tension alternative,

0,7 — est la chute de tension de la diode,

1,41 — est une valeur fixe pour obtenir les volts crête.

Dans laquelle :

Vcc — est la tension en volts courant continu aux bornes du condensateur,

Vac — est la tension en volts efficaces de la tension alternative,

1,4 — est la chute de tension dans le pont de diodes,

1,41 — est une valeur fixe pour obtenir les volts crête.

En redressant une tension alternative de 12 volts avec une seule diode de redressement, on obtiendra une tension continue qui atteindra une valeur de :

(12 – 0,7) x 1,41 = 15,9 volts

En redressant une tension alternative de 12 volts avec un pont redresseur, on obtiendra une tension continue qui atteindra une valeur de :

(12 – 1,4) x 1,41 = 14,9 volts

C’est pourquoi, indépendamment de la tension alternative à redresser, nous retrouverons sur les bornes du condensateur électrolytique une tension toujours égale à la tension appliquée sur l’entrée moins la chute de tension dans les diodes de redressement, multipliée par 1,41.

Rappel sur les transformateurs de tension

La même règle s’applique concernant le courant que doit débiter le secondaire du transformateur d’alimentation.