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Les redresseurs et les multiplicateurs de tension

- Nicolas, tu vois sur le site différents montages, ceux-ci sont alimentés en tension continue. Cette tension continue est obtenue à partir de l'alternatif du secteur 220 Volts via un transformateur abaisseur de tension. Il faut donc transformer cette tension alternative en tension continue. Cette tension continue doit être la plus propre possible, cet-à-dire présenter une ondulation résiduelle négligeable. Vois-tu, pas de montage de qualité sans une alimentation de qualité. Les montages sont tributaires de leur alimentation, surtout en ce qui concerne les montages Hi-Fi.  Voir la page "ampli de puissance". 
 
- Pour arriver à cette fin, on utilise diodes et condensateurs, avec régulateurs s'il y a besoin. 
 
- Voici donc quelques principes de bases des redresseurs. 
 
- Le plus simple des redresseurs est le montage à une diode et une capacité. Figure 1: Circuit de Villard: 
Figure 1
Figure 2
Figure 3
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- Avec ce redresseur, le courant ne circule que dans une seule direction. Seules les alternances positives du transformateur sont utilisées, ceci est illustré sur la figure 2. 
(Trace en rouge les alternances issues du transformateur, vert clair les alternances positives issues de la diode, vert foncé la tension sur le condensateur). 
 
- Tu vois Nicolas, que le condensateur est chargé brièvement lors de l'alternance positive, et que selon l'intensité demandée par le montage celui-ci se décharge plus ou moins vite, le condensateur restituant le courant emmagasiné dans la charge entre deux alternances. (compare les figures 2 et 3), Cela est la tension de ronflement, bien connu chez les audiophiles (ronflement au niveau des enceintes). Avec ce redressement on peut remédier à ce problème en augmentant la valeur du condensateur. 
Autant dire tout de suite que le redressement à une diode ne vaut pas grand-chose, et que ce genre de redressement ne peut être employé que dans de petits montages consommant peu de courant. 
 
- Un autre moyen pour obtenir une tension continue, est de faire contribuer les alternances négatives issues du transformateur. Pour ce faire, on emploie quatre diodes montées en pont, ou un pont à diodes. Figure 4 A. Le composant est appelé "pont de Graetz". 

Figure 4A
Redressement avec pont à diodes
Figure 4B
Le doubleur Schenkel
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- Avec ce type de redressement, le condensateur est chargé deux fois par période lors des alternances positives et négatives (figure 4B). Il est donc évident que l'ondulation résiduelle est moins importante. Le transformateur est chargé symétriquement du fait du redressement des deux alternances, ce qui n'est pas le cas avec le circuit de Villard, où une alternance est parfaitement ignorée. Le désavantage du pont de Graetz est qu'il faut deux diodes par alternance occasionnant une chute de tension de 1,4 volt environ (seuil de conduction d'une diode). 
C'est ce genre de redressement que l'on employé souvent. 
 
Règles:
1 Ne jamais être chiche sur les alimentations. 
2- Sur le dimensionnement du transformateur. 
3- Sur la valeur de la capacité. 
En effet l'alimentation est le poumon d'un montage. Une défaillance à ce niveau et c'est tout le montage qui en pâtit. 
 
Calcul de la tension aux bornes du condensateur de filtrage : 
 
- Prenons un transformateur de 12 V: 
 
- Il faut tenir compte que le courant avant de charger le condensateur, doit traverser deux diodes, d'où une chute de tension de 1,4 V environ. Sachant que la tension aux bornes du condensateur est égale à la tension du secondaire du transformateur multipliée par 1,414 environ. 
 
- La tension du condensateur est égal à (12*1,414)-1,4 = 15,5 V environ. (1) 
 
Calcul de la valeur du condensateur : 
 
- Pour ce qui est de la valeur du condensateur de filtrage, Nicolas, il y a des formules auxquelles tu peux te rapporter, ici ZIP . 
Une formule empirique qui se rapproche de savants calculs est de prendre un condensateur de 1000µF par ampère. 
- À savoir que les valeurs normalisées pour les condensateurs chimiques sont 1,0- 1,5- 2,2- 3,3- 4,7- 6,8µF et leurs multiples. 
Tension de ronflement (trace rouge Fig 4B) 
- Pour mon compte, j'adopte un compromis, si l'alimentation est stabilisée par un régulateur, on peut limiter la valeur du condensateur, le régulateur atténuant considérablement le ronflement. Par contre si l'alimentation est pour un amplificateur BF, ou souvent l'alimentation n'est pas régulée, il ne faut pas mégoter sur les capacités. Les condensateurs constituent un réservoir d'énergie pour fournir la puissance nécessaire aux transitoires de la musique. Voir à ce sujet la puissance musicale des amplificateurs BF. 
 
Tension de service des condensateurs : 
 
- La tension de service sera au minimum égale à la tension calculée (1), jamais en dessous. Un condensateur chimique à vite fait de se transformer en pétard, si sa tension nominale est inférieure à la tension présente à ses bornes. Prendre par exemple un condensateur de 25 V (1). Note Nicolas, que l'on pourrait mettre un condensateur de 16 V, mais sa durée de vie serait inférieure. 

Redressement double alternance avec transformateur à point milieu : 

- Bien que n'employant que deux diodes, cette façon de faire redresse les deux alternances, et a le même rendement que le pont à diodes avec un transformateur simple.
 Alimentation symétrique avec transformateur à point milieu : 

- Cette façon de faire permet d'obtenir une alimentation symétrique. C'est une des alimentation les plus utilisée. 

Les multiplicateurs de tension

Nicolas, un petit tour sur les multiplicateurs de tension. 

Doubleur de tension Schenkel: 

Tension alternative d'entrée 10 V efficace.
Figure 5
- Le doubleur Schenkel est constitué de deux diodes et de deux capacités. Son fonctionnement est simple à comprendre. 
On considère une période de la sinusoïde sortant d'un transformateur. À l'instant T, on suppose le point A négatif, le point B est donc positif (par rapport à A). La diode D1 est bloquée, mais D2 conduit, chargeant C1 à la tension crête de l'alternance. Cette tension est de 10V * 1,414= 14,14 V. 
- Lors de la deuxième alternance, les polarités s'inversent. A= positif, B négatif. D1 ne conduit plus, c'est D2 qui conduit, la tension à ces bornes est la valeur crête de l'alternance, plus la tension sur C1 déjà présente lors de l'alternance précédente, cette tension se vidant dans D2. Il apparaît donc aux bornes de C2, une tension égale à deux fois la tension crête d'une alternance. Soit 28,28 Volts théoriques. 

- Nicolas, si tu as bien assimilé le fonctionnement, tu vois que le redressement se fait sur une seule alternance, soit le 50 Hertz du secteur. 

- Ben ouais... Ben alors, hein !... Ha-ha.. ça c'est sur... Hum... 

- Bon, tu considères D2 et C2, cela est bien un redresseur une alternance, non ? (circuit de Villard) 

- Hé ben oui, alors hein! ha-ha... Hum... 

- Bon, tu n'as pas l'air inspiré aujourd'hui... Regarde...

Oscillogramme prit aux bornes de R1
- En bleu, ronflement 50 Hertz au niveau du condensateur C2. Tu vois aussi que la tension à chuté, la sortie étant chargée par R1 de 470 Ω. Tu sauras que l'intensité de sortie dépend de C1, C2 réalisant le filtrage de l'alimentation. 

Doubleur de tension symétrique à deux alternances : 
 
- Il s'agit du doubleur Latour. Il est composé lui aussi de deux diodes et de deux capacités 

- Son principe de fonctionnement est le suivant: On suppose qu'à l'instant T, à la première alternance que le point A est positif, d'où B forcément négatif. La diode D1 une 1N4007, est passante et C1 se charge à la tension crête de l'alternance (positive). Durant la deuxième alternance les polarités changent; D1 bloquée et D2 devient passante chargeant ainsi le condensateur C2 à la tension crête de l'alternance . Les bornes des deux condensateurs se trouvant en série, il en résulte l'addition de ces deux tensions. 

- On voit en bleu, l'ondulation résultante à 100 Hertz, les deux alternances étant redressées. Ci-dessus, tension asymétrique de 24,7 V, 
 
- On peut faire une alimentation symétrique en mettant le point de masse au niveau de l'intersection des deux condensateurs. On obtient ainsi une alimentation de deux fois 12,4 V, au lieu des 24,7 V sur la simulation. Et cela sans transformateur à point milieu. 

 - Doubleur de tension Gisper: 

- Ce doubleur de tension est peu connu, peut être même davantage, sur internet voir partout ailleurs. Celui-ci redresse aussi les deux alternances d'où un bon rendement.
- Ce sont les deux condensateurs C1-C2 qui déterminent l'intensité de l'alimentation, C3 faisant office de filtrage.

Quadrupleur de tension : 

- On peut quadrupler une tension alternative en doublant un doubleur schenkel. 

- Puréeeee... Tu fais fort là, comment fais-tu pour doubler un doubleur ?. N'oublie pas le clignotant !... 

Humm... bon re-zyeute moi le schéma ci-dessous. 

Quadrupleur de tension Schenkel
- Comme je te l'ai dit, il s'agit de deux doubleurs Schenkel, le premier est constitué par C1,D1,D2,C4, le deuxième est C2,D3,D4,C3. Chacun chargeant son condensateur de sortie au double de la tension d'entrée, il est évident que la somme des deux fait quatre fois la tension d'entrée, ici 42V asymétrique, mais comme vu plus haut, on peut faire une alimentation asymétrique.
 
Les multiplicateurs de tension : 

- Alors là Nicolas, on aborde les hautes tensions. Ce montage est un appelé montage Greinacher. En fait, c'est une suite de doubleurs Schenkel. 

Montage Greinacher
- La tension de sortie est égale ici à huit fois la tension d'entrée, en effet il y a huit cellules. Ci-dessus 80 V pour 10 V à l'entrée. En supposant que l'on alimente avec la tension secteur, la tension de sortie serait de 220*1,414*8 = 2488 V. On peut mettre à la suite autant de cellules que l'on veut pour obtenir plusieurs Kilos-Volts, par exemple sur les ioniseurs d'air. 
 
- Voilà Nicolas, un aperçu sur le redressement et les doubleurs de tension.
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