Redresseurs monophasés

Les redresseurs monophasés sont utilisés pour convertir la tension et le courant d’alimentation en courant continu, selon les besoins de l’alimentation des équipements et des appareils électroniques numériques. L’alimentation secteur standard fournie aux foyers et aux commerces est CA. Cependant, la plupart des appareils électroniques numériques sont conçus pour fonctionner en courant continu. Les redresseurs sont des dispositifs qui peuvent être utilisés pour transformer l’électricité CA en une alimentation CC compatible. Un redresseur fait passer le courant dans une seule direction, transformant ainsi une entrée CA bipolaire en une sortie redressée unipolaire. Les circuits redresseurs utilisent une ou plusieurs diodes pour ne laisser passer que le courant alternatif positif ou négatif, ce qui donne une source pulsée, qui est ensuite filtrée pour obtenir une tension et un courant continus réguliers et constants. Cette vidéo présente les concepts fondamentaux des circuits de redresseur et de diode, démontre plusieurs circuits de redresseur courants et teste la tension de sortie des circuits de redresseur avec des variations de tension d’entrée et de configuration de charge.

Les redresseurs sont des dispositifs utilisés dans les circuits électroniques pour faire passer le courant dans une direction et le bloquer dans l’autre direction. Les redresseurs ne permettent le passage du courant que lorsqu’une tension directe de seuil est dépassée. Les redresseurs à diode ont deux bornes, l’anode et la cathode, le courant circulant d’une cathode à l’autre et bloqué d’une cathode à l’autre. Les redresseurs monophasés à demi-onde transmettent la tension à travers une seule diode. Dans ce circuit, seule la moitié positive de la tension d’entrée CA est transmise à la sortie à travers la résistance de charge. Si la diode était inversée, seule la moitié négative de la tension d’entrée AC apparaîtrait aux bornes de la résistance. La tension pour la moitié négative du cycle AC est bloquée. Avec une seule polarité, la tension de sortie RMS, ou racine carrée, est réduite par rapport à celle de la tension d’entrée bipolaire. Les redresseurs à onde complète font passer les deux demi-cycles de la tension d’entrée CA à travers un circuit en pont à quatre diodes, comme illustré. Inverser la polarité de la moitié négative et obtenir une tension de sortie moyenne plus élevée aux bornes de la résistance de charge. Les redresseurs produisent un courant unidirectionnel, mais pulsé, dont l’effet est plus apparent dans les redresseurs demi-onde. Cependant, la sortie du redresseur est généralement filtrée par l’ajout d’une inductance en série avec la résistance de charge. Dans le redresseur pleine onde, un condensateur assemblé en parallèle à la résistance de charge a le même objectif. Cette vidéo illustre le fonctionnement d’un redresseur monophasé demi-onde et pleine onde avec différentes charges de sortie, des caractéristiques de désactivation de la diode et un filtrage de la tension de sortie CC à l’aide de différents circuits.

Pour cette démonstration de fonctionnement du redresseur, deux sources AC différentes sont utilisées, haute fréquence, une entrée d’un kilohertz, est produite à l’aide d’un générateur de fonctions avec une sortie sinusoïdale de crête de 10 volts. L’entrée basse fréquence 60 hertz est fournie par un variac. Ne touchez aucune partie du circuit sous tension. Lors de l’utilisation de la source du générateur de fonctions, les circuits sont mis à la terre comme indiqué. Ne mettez pas à la terre l’alimentation variac. Pour configurer le générateur de fonctions pour la sortie haute fréquence, connectez la sonde différentielle à un canal d’oscilloscope 1 et une sonde 10x au canal deux. Ajustez les facteurs d’échelle à 20x sur la sonde différentielle et à 10x sur la sonde 10x. Dans les menus des canaux de l’oscilloscope, réglez les deux sondes sur 10x. Pour la sonde différentielle, multipliez manuellement les mesures par deux pour atteindre la sortie souhaitée de 20x. Ensuite, connectez un câble BNC à alligator à la sortie de 50 ohms du générateur de fonctions et connectez les pinces crocodiles à la sonde de portée 10x. Réglez la sortie sur une forme d’onde sinusoïdale de 10 volts crête et 1 000 hertz avec un décalage CC nul. Une fois le signal réglé en conséquence, débranchez le connecteur bnc et la sonde de l’oscilloscope, mais laissez le générateur de fonctions allumé pour maintenir ses paramètres. Pour configurer le variac pour une sortie basse fréquence, assurez-vous que la prise de sortie est déconnectée et qu’elle est éteinte avec son bouton réglé à zéro. Ensuite, ajustez lentement le bouton variac à cinq pour cent de sortie pour atteindre une crête de 10 volts.

Tout d’abord, testez le redresseur demi-onde avec une tension d’entrée haute fréquence et une charge résistive. Construisez le circuit comme indiqué, en utilisant une résistance de charge de 51 ohms et une diode nominale de 50 volts et deux ampères. La polarité de la diode est indiquée par un symbole de tiret à l’extrémité de la cathode. Avant de connecter la sonde différentielle au circuit, connectez les bornes de la sonde ensemble et ajustez la forme d’onde à une tension de décalage nulle. Ensuite, connectez la sonde de tension différentielle à travers la résistance de charge pour observer la tension de sortie et la sonde 10x du côté AC pour observer la tension d’entrée. Ensuite, ajustez la base de temps sur l’oscilloscope pour afficher la tension d’entrée et de sortie pour quatre cycles de tension d’entrée. Débranchez le générateur de fonctions et retirez la sonde différentielle du circuit avant d’apporter des modifications. Ensuite, testez le redresseur demi-onde avec une entrée haute fréquence et une charge inductive résistive. Réutilisez le circuit, en ajoutant une inductance en série avec la résistance, comme indiqué. Comme décrit précédemment, connectez les sondes au circuit et affichez les formes d’onde de la tension d’entrée et de sortie. Éteignez le générateur de fonctions, débranchez la sonde différentielle et retirez l’inductance du circuit. Enfin, testez le redresseur demi-onde avec une entrée basse fréquence et une charge résistive. Connectez la sonde différentielle sur le variac et allumez-la. Ajustez le variac pour obtenir une sortie de crête de 10 volts, puis éteignez-le sans modifier son réglage de tension. Fixez la sortie variac au circuit résistif, comme indiqué. Ensuite, connectez la sonde de tension différentielle à travers la résistance de charge pour observer la tension de sortie. Allumez le variac. Ne touchez pas le circuit avec l’alimentation variac connectée et allumée. Comme décrit précédemment, affichez les formes d’onde de la tension d’entrée et de sortie.

Tout d’abord, testez le redresseur pleine onde avec une charge résistive. Construisez le circuit comme illustré et connectez les sondes et la sortie variac au circuit. Comme décrit précédemment, affichez les formes d’onde de la tension d’entrée et de sortie et mesurez les tensions de crête à crête. En conservant les connexions de la sonde, éteignez le variac et connectez un condensateur électrolytique en parallèle avec la charge résistive. Observez ensuite la tension d’entrée et de sortie.

La première figure montre quatre cycles d’une tension d’alimentation en courant alternatif et la sortie d’une charge résistive couplée à un redresseur demi-onde. Seul le demi-cycle positif de la tension alternative d’entrée traverse le redresseur à diode. Si la tension d’entrée du circuit redresseur demi-onde est sinusoïdale, alors la tension moyenne de sortie pour une diode unique avec une charge résistive est la tension de crête d’entrée divisée par pi. Lorsqu’une inductance est ajoutée en série avec la résistance de charge, la région d’arrêt de la diode est retardée. Cette combinaison d’inductance et de résistance est un filtre passe-bas. Lorsque la valeur de l’inductance est suffisamment grande, la composante oscillatoire de la sortie est bloquée, ne laissant que la composante CC constante. Pour un redresseur à pont complet, les demi-cycles positifs d’entrée passent à travers le circuit et les demi-cycles négatifs sont redressés en positifs. L’ajout d’un condensateur suffisamment grand filtre la majeure partie de l’ondulation de tension et fournit à la charge une tension continue constante.

Les redresseurs à diodes se trouvent dans la plupart des alimentations, des chargeurs, des variateurs de fréquence et dans de nombreux circuits de protection. Tout d’abord, les adaptateurs d’alimentation CA sont utilisés pour convertir l’alimentation des machines alimentées en courant continu ou pour recharger les batteries CC contenues dans les appareils. L’adaptateur peut être aussi simple qu’un circuit composé d’un transformateur pour abaisser la tension de l’alimentation murale de 120 volts, d’un redresseur à ondes pleines à quatre diodes et d’un condensateur pour lisser la tension de sortie CC. Les thyristors sont des redresseurs contrôlés en silicone couramment utilisés dans les gradateurs de lumière, les contrôleurs de vitesse de moteur et les régulateurs de tension. De par sa conception, le thyristor est destiné à alterner des couches de semi-conducteurs de type P et N utilisées pour créer une anode à l’extrémité de type P, une cathode à l’extrémité de type N et un saut de porte connecté à la couche de type P à côté de la cathode. Au-dessus d’un seuil de verrouillage, une impulsion de courant dans la porte fait passer le thyristor de l’arrêt à l’allumage, permettant un flux de courant direct de l’anode à la cathode. Celui-ci redresse le flux de courant dans une direction et régule la puissance de sortie à l’aide d’un mécanisme de commutation intégré.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE aux redresseurs monophasés. Vous devriez maintenant comprendre le fonctionnement des redresseurs monophasés, les circuits redresseurs courants et leur sortie, ainsi que certaines applications courantes des redresseurs. Merci d’avoir regardé.