Électricité/Les redresseurs

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Les redresseurs sont des composants électriques qui convertissent un courant alternatif en courant continu. On en trouve dans la plupart des appareils électriques ou électroniques domestiques. En effet, la tension fournie par le secteur est une tension alternative de 230 Volts (valeur efficace), alors que la plupart des appareils domestiques fonctionnent avec du courant continu. Ceux-ci contiennent donc de quoi convertir la tension de secteur en tension continue. Par exemple, on en trouve dans l'alimentation d'un ordinateur, dans les box internet, dans les machines à laver, et bien d'autres. Dans ce chapitre, nous allons étudier le fonctionnement des redresseurs les plus simples et les plus communs et nous allons voir ce qu'il y a à l'intérieur.

Les types de redresseurs[modifier | modifier le wikicode]

Rappelons la différence entre alternatif et continu : une tension alternative change de signe, ce qui veut dire qu'il passe régulièrement du positif vers le négatif, alors que la tension continue reste en permanence dans le positif (ou le négatif) et ne change pas de signe. Pour convertir de l'alternatif en continu, il existe plusieurs méthodes, selon ce qu'on fait des tensions ayant le signe qu'on veut éliminer. Les redresseurs les plus simples se contentent de supprimer les tensions négatives (ou positives), alors que d'autres les transforment en tensions de signe contraire. On distingue ainsi :

  • les redresseurs simple alternance qui annulent les tensions négatives (ou positives) ;
  • les redresseurs double alternance qui transforment les tensions négatives en tension positives (ou inversement).

Il faut aussi prendre en compte le fait que certains donnent une tension continue positive, alors que d'autres en fournissent une négative. On a donc deux types de redresseurs :

  • les redresseurs positifs redressent les tensions négatives ;
  • les redresseurs négatifs redressent les tensions positives.

Les deux classifications précédentes peuvent se combiner, ce qui donne donc quatre possibilités, illustrées dans le tableau ci-dessous.

Redresseur simple alternance Redresseur double alternance
Redresseur positif Redresseurs simple alternance positifs
  • Ils annulent les tensions négatives.
Redresseurs double alternance positifs
  • Ils transforment les tensions négatives en tensions positives.
Redresseur négatif Redresseurs simple alternance négatifs
  • Ils annulent les tensions positives.
Redresseurs double alternance négatifs
  • Ils transforment les tensions positives en tensions négatives.
Redresseur simple alternance. Halfwave rectifierSK.jpg
Redresseur simple alternance. Halfwave rectifier negative en.png
Redresseur double alternance. Fullwave rectifierSK.jpg

Les redresseurs simple alternance[modifier | modifier le wikicode]

Symbole d'une diode.

Les redresseurs simple alternance les plus simples sont fabriquées à partir de composants appelés diodes. Celles-ci sont des composants passifs non-symétriques. Elles ne laissent passer le courant que dans un sens, mais pas dans l'autre. La diode est dite bloquée quand elle ne laisse pas passer le courant, passante quand le courant passe. Pour vous donner un exemple, les deux circuits illustrés ci-dessous montrent ce qui se passe quand on branche une diode dans le sens passant, puis bloqué. Dans le premier cas, du courant va circuler dans le circuit. Dans le second, le circuit sera équivalent à un circuit ouvert. Pour distinguer le sens du courant, on donne un nom aux deux broches : anode et cathode. Le courant passe de l'anode vers la cathode.

Diode branchée dans le sens passant.
Diode branchée dans le sens bloqué.

Si l'on met la diode en série avec la tension alternative, la tension en sortie de la diode sera bien une tension continue, dont les tensions négatives (ou positives) sont supprimées.

Redresseur simple alternance, qui filtre les tensions/courants négatifs.

L'influence du sens de la diode[modifier | modifier le wikicode]

Les tensions mises à zéro dépendent du sens de branchement de la diode : les tensions négatives sont filtrées si la diode est en sens direct, alors que les tensions positives le sont si elle est branchée en sens inverse. Pour l'illustrer, voici deux circuits identiques, si ce n'est que la diode n'est pas dans le même sens. Vous voyez que les tension de sortie sont différentes. Vous noterez que le fait de placer la diode avant ou après la résistance demande d'inverser le sens de la diode.

Écrêteur négatif. Écrêteur positif.
Ecreteur negatif Ecreteur positif
Ecreteur negatif n°2 Ecreteur positif n°2

Les redresseurs double alternance[modifier | modifier le wikicode]

Pont à diode.

Les redresseurs double alternance sont plus complexes que les simples alternances. Le plus connu est de loin le pont à diode, aussi appelé pont de Graetz, un circuit fabriqué avec quatre diodes reliées comme illustré ci-contre.

Le fonctionnement du pont à diode[modifier | modifier le wikicode]

Pour comprendre comment fonctionne ce circuit, le mieux est d'étudier ce qui se passe selon que la tension d'entré est positive ou négative.

  • Quand la tension d'entré est positive, les diodes indiquées en rouge et bleu dans le circuit ci-dessous seront passantes, alors que les autres seront bloquées. Ce faisant, la borne + de l'entrée sera connectée directement à la borne + de la sortie, et de même pour les bornes - : la tension d'entrée est simplement recopiée sur la sortie. Une tension d'entrée positive reste une tension positive.
Diodebridge2
  • Quand la tension d'entré est négative, les diodes indiquées en rouge et bleu dans le circuit ci-dessous seront passantes, alors que les autres seront bloquées. Ce faisant, la borne + de l'entrée sera connectée directement à la borne - de la sortie, et inversement : la tension d'entrée est alors inversée. Une tension négative est donc convertie en tension positive.
Diodebridge3

Finalement, on voit que la tension de sortie du montage est toujours positive. Voici résumé le fonctionnement de ce pont à diode :

Pont à diode : fonctionnement.

Le filtrage de la la tension de sortie[modifier | modifier le wikicode]

Maintenant, regardons ce que se passe quand on ajoute un condensateur sur la sortie. Le condensateur est placé en parallèle avec la sortie, comme indiqué dans le schéma ci-dessous.

Pont à diode avec un condensateur en sortie.

Le condensateur a quelque tendance à lisser la tension de sortie. En effet, le condensateur se charge quand la tension augmente, mais se décharge quand elle diminue. Si la tension n'est pas modifiée lors de la montée, elle est cependant altérée lors de sa redescente. La décharge du condensateur augmente la tension lors de la pente descendante, ce qui réduit la vitesse de descente. Le résultat est illustré ci-dessous. Si on prend un condensateur suffisamment gros, avec une capacité importante, la tension de sortie est presque totalement lissée. On obtient alors une tension constante. Ce montage permet donc de transformer une tension alternative en tension constante.

Sortie d'un pont à diode filtrée par un condensateur.

Ce circuit est utilisé dans les alimentations de certains appareils électriques, couplé à un transformateur et un régulateur de tension. Le transformateur alimente le circuit en tension, tout en l'isolant du secteur. À sa suite, un pont à diode transforme la tension alternative en tension continue et un condensateur le filtre, ce qui donne une tension constante qui répond aux besoins du circuit. Un régulateur de tension adapte ensuite la tension constante à la valeur demandée par le circuit.

Circuit de l'alimentation d'un appareil électrique.