Partie 11 - Ch.49

Nécessité d’une tension continue parfaite
Un grand nombre de récepteurs ne peuvent pas
fonctionner à partir d’une source alternative sinusoï-
dale.
Il est nécessaire, comme par exemple pour une
imprimante
(fig. 1) , de les alimenter par une source
de courant continu parfaite. Le rôle du boîtier de la
figure 1 est de transformer une tension alternative
sinusoïdale en tension continue.
PARTIE 11 • FONCTIONS
49
Filtrage,lissage
et stabilisation
Nous savons obtenir une tension unidirectionnelle.Mais pour certaines applica-
tions,une tension continue parfaite est nécessaire.
AVANT DE DÉMARRER…
Boîtier
Fig. 1 Branchement d’une imprimante.
•
Avec un condensateur
L’alimentation uest une tension sinusoïdale d’équation
u=
^
Usin wtqui alimente une charge résistive R à travers
une diode D. On place dans le circuit un condensateur C
en dérivation sur la charge R
(fig. 2) . Suivant la valeur du
condensateur, nous obtenons différentes allures des
tensions u
R
(fig. 3) .
Fig. 3 Représentation de plusieurs tensions redressées
avec des condensateurs de capacités de plus en plus élevées.
OBSERVONS
D
C
uD
uR
uR
Fig. 2
uR
t
uR
t
uR
t
« Petite capacité » « Grande capacité »
U
^
U
^
U
^
298 FILTRAGE,LISSAGE ET STABILISATION

•
Avec une bobine
L’alimentation uest une tension sinusoïdale
d’équation u=
^
U sin wtqui alimente une charge
résistive R à travers une diode D.
On place dans le circuit une bobine L en série avec
la charge R
(fig. 4) .
Nous savons que, grâce à la diode de roue libre,
l’inductance prolonge le courant i
R
.
D’après les courbes obtenues sur la
figure 5 , on peut remarquer que plus la valeur de l’induc-
tance est importante, plus l’ondulation diminue.
FILTRAGE,LISSAGE ET STABILISATION 299
R
uD
uuR
iR
D
DRL
L
Fig. 4
Fig. 5 L
2
est plus grande que L
1
.
iR1
t
iR2
t
inductance L
1
inductance L
2
1. Facteur de forme et taux d’ondulation
Les tensions obtenues avec les ponts redresseurs vus dans les chapitres précédents ne sont
pas continues. On dit alors qu’il existe un facteur de forme Fqui varie selon la forme de la
tension redressée.
F: quotient de la valeur efficace de la tension redressée par la valeur moyenne de la tension
U
redressée : F= —–.
—
U
b: taux d’ondulation qui est défini par :
b = ÷
——–
F
2
– 1 (en %).
Exemple:
Tableau 1.
À SAVOIR
Fbb
1,57 121%
1,11 48 %
Tension continue 1 0

PARTIE 11 • FONCTIONS
300 FILTRAGE,LISSAGE ET STABILISATION
Pour diminuer l’ondulation de la tension redressée, il suffit d’ajouter au circuit des compo-
sants réalisant les fonctions de filtrage ou de lissage, puis de stabilisation.
Différentes étapes sont nécessaires à l’obtention d’une tension continue
(fig. 6) .
Fig. 6
2. Filtrage
a) Tension d’alimentation durant l’alternance positive de u
Durant l’alternance positive de u, la diode D est
passante, son anode est située au pôle positif.
Le condensateur se charge tant que u> u
R
. Il
emmagasine de l’énergie W
(fig. 7) .
b) Tension d’alimentation durant l’alternance négative de u
Durant l’alternance négative de u, la diode D est
bloquée.
Le condensateur se décharge tant que u< u
R
.
Il restitue son énergie Wdans la charge. Cela per-
met une conduction ininterrompue selon la valeur
de la capacité du condensateur
(fig. 8) .
Le condensateur, de capacité suffisante, permet de conserver une tension aux bornes de la
charge sans interruption
(fig. 9) .
uuu
CuCuC
ADAPTATION REDRESSEMENT FILTRER/LISSER STABILISATION
TRANSFORMATEUR
PONT REDRESSEUR
CONDENSATEUR
BOBINE RÉGULATEUR
DIODE ZÉNER
Alimentation
Réseau
D
+
+
–
–
C
uD
uRiC
iR
i
uR
Fig. 7
D
C
uD
uRiC
iR
uR
i = 0
Fig. 8
u
uR
T
T
2T
2T
3T
3T
t
t
Fig. 9

FILTRAGE,LISSAGE ET STABILISATION 301
3. Lissage
Le principe est le même que pour le condensateur.
La bobine emmagasine de l’énergie durant l’alternance positive de la tension uet la restitue
en maintenant un courant dans la charge grâce à la diode de roue libre.
Remarque:
Le condensateur permet d’agir sur la tension alors que la bobine agit sur le courant.
4. Stabilisation/Régulation
a) Diode zéner (tableau 2)
Tableau 2 La diode zéner.
∑ Diode zéner en courant alternatif (fig. 10)
–Durant l’alternance positive de u:
1) si u< U
Z
→i= 0;
u– U
Z
^
U– U
Z
2) si u> U
Z
→i= ——— et
^
I= ———.
RR u
–Durant l’alternance négative de u: l’intensité iest négative et i= —–.
R
u
t
Ri
UZ
u
uZt
u
R
i
Fig. 10
u
u
i
Symbole Définition Caractéristique Fonctionnement
i
u
inverse
direct
UZ
U0
Diode à jonction
qui se comporte
comme une diode
de redressement
dans le sens
direct et qui est
passante à partir
d’une tension dite
de zéner dans le
sens inverse.
Du fait de cette
particularité, elle
sera toujours
utilisée dans
le sens inverse.
En direct, la caractéristique d’une diode zéner
est identique à celle d’une diode à jonction.
En inverse, l’intensité ireste nulle tant que la
tension reste inférieure à la tension zéner u
Z
.
u< u
Z
⇒i= 0.
À partir de u
Z
, la tension ne varie plus aux
bornes de la diode.
Sens direct
Sens inverse

b) Stabilisation de la tension
Pour stabiliser la tension, on pourra utiliser un circuit comprenant une diode zéner et une
résistance
(fig. 11) .
Fig. 11 Stabilisateur de tension.
Tableau 3
c) Régulateur de tension (fig. 12)
Avec un régulateur monté comme l’indique la figure 12 , il est possible d’obtenir une tension
continue u
R
aux bornes de la charge.
u uR
+
–
Redresseur
Régulateur
78 - -
Fig. 12
PARTIE 11 • FONCTIONS
302 FILTRAGE,LISSAGE ET STABILISATION
R
R1
i
u
iR
iZuR
Avant stabilisation Domaine de stabilisation Limite de stabilisation
À cet instant, la tension u
R
aux bornes de la charge R
est inférieure à la tension
zéner de la diode:
u
R
< U
Z
⇒i
Z
= 0.
La diode zéner est court-
circuitée par la charge et
n’a aucun rôle dans le circuit.
Dans ce cas: u×R
1
i= i
R
et u
R
= ———–
R+ R
1
Dans le domaine de stabilisation, u
R
est
identique à U
z
.
Dans ce cas, l’intensité du courant traversant
la diode n’est plus nulle.
On peut écrire: i= i
Z
+ i
R
(loi des nœuds).
Loi des mailles: u= Ri + U
Z
= U
z
+ R(i
z
+ i
R
).
Au-delà de l’intensité
maximale supportée
par la diode, la diode
zéner peut être
détériorée.