Le redresseur en pont de Graetz

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1 ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 1/5 La feuille de préparation (page 5) DOIT être remplie avant l'arrivée au laboratoire. Elle elle doit être remise en entrant au laboratoire. Celles qui ne seront pas remises à ce moment recevront un zéro. Il est pratiquement impossible de lire ce texte sans y trouver les réponses à toutes les questions posées sur la page de préparation. OBJECTIFS: Ce laboratoire et le suivant visent à familiariser l'étudiant avec quelques applications des diodes, parmi les suivantes: 1- Les circuits redresseurs, qui constituent la base des blocs d'alimentation. L'étudiant apprendra à comprendre les principes et options impliqués dans la conception de ces circuits, qui constituent l'une des principales applications des diodes. 2- Les circuits verrouilleurs et limiteurs 3- les atténuateurs commandés, 4- les commutateurs analogiques, 5- les générateurs de fonctions, 6- les circuits logiques. INTRODUCTION: Le circuit redresseur est généralement utilisé dans les blocs d'alimentation. Il permet de transformer une source de tension alternative en une source uni-polaire, (redressée) que l'on peut ensuite transformer en tension continue par un filtrage approprié. Il existe plusieurs configurations de circuits redresseurs à diodes, celui que vous étudierez au laboratoire, illustré à la figure 1, est connu sous le nom de "redresseur en pont" ou "pont de Graetz" Au pont de Graetz, on ajoute un simple condensateur. Ceci ne constitue pas vraiment un filtre, au sens strict du terme (on ne peut pas distinguer son entrée de sa sortie), mais contribue tout-de-même à transformer la tension fortement pulsatoire produite par le pont, en une tension quasi-continue, avec un minimum de ronflement résiduel. Les signaux aux différents points du circuit sont représentés à la figure 2, pour le cas où le modèle idéal des diodes est utilisé, et où R T =R M =0. Pour comprendre le fonctionnement du circuit, se référer au document Le redresseur en pont de Graetz.PDF R T v A 115 volts (efficace) ~ T 12.6 volts CT C R T R T = Résistance interne du transformateur 5 Ω R M = Résistance pour mesurer le courant 1 Ω R L = Résistance de charge (1kΩ ) µf) D 1 à D 4 Diodes de redressement (1N4004 ou équivalent) T: Transformateur. A B A v B D 4 D 1 D 2 K D 3 Figure 1 R M v M =-R M I M C R L ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 1/5

2 ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 2/5 t 1 -T/2 t 2 t 1 t 2 +T/2 t 1 +T t -T/4 T/4 Figure 2 T=1/ *10-3 seconde 3T/4 Les spécifications des diodes 1N4001 à 1N4007 sont disponibles en PDF à l'adresse suivante: Analyse du redresseur (avant, bien avant, l'arrivée au laboratoire): Pour faciliter l'analyse, vous pourrez supposer R T =R M = Étudier le circuit de la figure 1, pour obtenir en fonction du temps, les signaux V OUT et, qui sont présentés sur la figure 2. Graduez les axes de la figure 2' (préparation), i.e. indiquez les valeurs des temps, tensions et courants qui y sont présentés: Répondez aux questions posées sur la feuille de préparation. = cos(2 π 60 t) 18 cos(377 t)=v crête cos(ω t)=v crête cos(θ) 1.2 Évaluez également (approximativement et surtout numériquement) les valeurs suivantes, (identifiées à la figure 2'), et inscrivez les valeurs calculées sur la figure 2' de la feuille de préparation t 1 & θ 1 Temps du début de la conduction des diodes, (θ 1 =ω t 1 en degrés et en radians) t 2 & θ 2 Temps de la fin de la conduction des diodes, (θ 2 =ω t 2 en degrés et en radians) I max Courant maximum dans les diodes V min Minimum de la tension de sortie instantanée. Pour simplifier ces calculs, vous pourrez supposer au lieu de la résistance R L, une source de courant, telle que montrée en pointillés à la figure 1, tirant un courant constant de 16 ma. Supposez également des diodes idéales. 2- MANIPULATION: 2.1 Manipulation sur le redresseur (au laboratoire). Les fils du transformateur sont disposés comme montré à la figure 3. Le transformateur est monté sous la tablette supérieure, à droite du bloc d'alimentation de +/ 15 volts. Ne pas oublier de brancher le cordon d'alimentation! ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 2/5

3 ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 3/5 Ligne 6.3 volts 1 Ligne 1 6.3v. Vue de dessous du transformateur Ligne 2 6.3v. CT 115 volts (Efficace) Ligne 2 Figure 3: Le transformateur: Équivalence des connections et du symbole Remarques sur le transformateur. 1- La tension inscrite sur le transformateur est une tension efficace. 2- Cette tension suppose que l'on tire le courant nominal (également inscrit sur le transformateur). On doit donc s'attendre à des différences, si on tire un courant différent de celui-là, qu'il s'agisse d'une différence de forme ou d'amplitude. En clair, cela signifie que le transformateur donne 12.6 volts efficaces de tension sinusoïdale entre ses bornes externes ( =v AC -v BC cos(120πt)) si, et seulement si: - Il est alimenté par une tension sinusoïdale de 115 volts à. - On en tire un courant sinusoïdal de 300 ma (efficace). Dans la réalité, il est plausible que la tension ne soit pas tout-à-fait sinusoïdale, et la tension en circuit ouvert (i.e. aux instants où on en tire peu ou pas de courant) peut être autant que 20% plus élevée que la tension spécifiée. De plus, l'alimentation nominale fournie par Hydro-Québec est maintenant de 120 volts, au lieu de 115 volts comme elle l'était à l'époque où ce transformateur a été fabriqué. De plus, comme vous le constaterez rapidement au laboratoire, l'hypothèse voulant que la tension venant d'hydro-québec soit parfaitement sinusoïdale est légèrement (!) optimiste Sans condensateur: Montez le circuit de la figure 1, sans le condensateur "C". La cathode (K) d'une diode est habituellement identifiée par un signe distinctif. Il peut s'agir, suivant le type de diode, d'une bande de couleur, d'un point, du signe "+", ou même d'un rebord ou d'une pointe. À l'aide de l'oscilloscope, mesurez et tracez v A, v B,, et i diode en fonction du temps. Notez bien les extréma. Notez aussi les valeurs réelles de t 1, t 2, i max et V min. Notes: - D'après la loi des noeuds, i diodes = i D 1 + i D3 = i D2 + i D4 = = -v M /R M. - La période entre t 2 et t 1 est celle où aucune diode ne conduit, donc où i diodes =0. Sans le condensateur, cette période est très courte. CT= Prise centrale (Center Tap) 6.3 volts Avec condensateur: Coupez l'alimentation provenant du réseau i.e. déconnectez le cordon d'alimentation, et ajoutez le condensateur. Refaîtes les mesures précédentes. Notes: 1- Il est très important de respecter la polarité inscrite sur le boîtier des condensateurs électrolytiques. Toute erreur pourrait entraîner une explosion. Cette polarité est, en général, indiquée par un ÉNORME signe "-" sur le boitier, près de la borne qui doit être toujours la plus négative (ou la moins positive). ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 3/5

4 ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 4/5 Dans le cas de boîtiers radiaux (les deux fils à la même extrémité), la convention veut que le fil le plus long indique la borne la plus positive (+). Cela ne tient, bien sûr, que si les fils n ont pas été coupés. 2- Avant de placer le condensateur en circuit, assurez-vous que les tensions y apparaissant n'excèdent pas celle que le condensateur peut supporter. Cette tension est inscrite sur le boîtier. Au besoin, utilisez une valeur différente de condensateur, car un excédent de tension pourrait entraîner une explosion. À l'aide de l'oscilloscope, mesurez et tracez v A, v B,, et i diode en fonction du temps. Notez bien les extréma. 3- RAPPORT de MANIPULATION: N'oubliez pas d'inclure une copie exacte des feuilles de préparation de chacun des équipiers. En outre, le rapport devrait contenir, au minimum, 3.1 Le schéma complet du circuit avec chaque composant (réellement utilisé) bien identifié et chaque connection bien indiquée. 3.2 Les résultats de l'analyse. Identifiez les extréma. 3.3 Les résultats obtenus en laboratoire (1 à 2 pages). Identifiez les extrema. - La comparaison (1.5 page au plus) des résultats obtenus par analyse et au laboratoire. 3.4 Tirez vos conclusions...! Commentez en particulier sur les ronflements calculé et mesuré. ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 4/5

5 ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 5/5 Feuille de préparation personnelle. Remettre en arrivant au laboratoire. N'oubliez pas d'en garder une copie! Nom et prénom Mat: Signature Groupe # Total ( /10): QP1. D'après vous, à quoi peut servir la résistance R M (ou le point de mesure v M ) sur la figure 1? QP2. Quelle devrait être la capacité de dissipation (en watts) de la résistance R L (1kΩ) de la figure 1, i.e. combien de puissance sera dissipée dans cette résistance? QP3. Quelle est l'expression de V OUT, en fonction du temps pendant que les diodes ne conduisent pas? QP4. Quelle est l'expression du courant dans les diodes, I D, en fonction du temps pendant que les diodes conduisent? a- Sans le condensateur: b- Avec le condensateur: QP5. Inscrivez les valeurs demandées sur la figure ci-dessous: V min = I max = θ 1 -π t 2 = θ 2 = θ 2 = t 1 = θ 1 = degrés θ 1 = radians t Figure 2' ELE-2302 Automne 2005 Laboratoire #1 Page 5/5