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Département GEII – IUT de Bordeaux – 15 rue Naudet – CS 10207 – 33175 GRADIGNAN CEDEX

1. Généralités et conditions expérimentales Une source d’alimentation à tension continue est un générateur fournissant une force électromotrice (f.é.m) continu (unidirectionnelle) constante (éventuellement réglable) possédant une résistance interne pratiquement nulle. Les sources les plus communes (Piles et batteries) sont généralement lourdes, chères, encombrantes et il est nécessaire de les recharger. C’est pourquoi, pour obtenir un courant continu, on préfère transformer le courant alternatif fourni par le réseau de distribution (EDF).

Pour transformer une tension alternative en une tension de polarité déterminée, l’utilisation des diodes (diodes de redressement) permet de redresser les alternances de polarité inverse à la tension visée. Les diodes fourniront une tension redressée pulsée qui sera ensuite transformée en tension continue constante lors d’une opération de filtrage.

Afin d’obtenir une tension redressée proche de la tension continue désirée, il est nécessaire d’adapter la tension provenant du secteur (tension d’entrée) à la valeur de la tension redressée de sortie (continue) requise. Pour cela, on utilise un transformateur d’alimentation.

Pour redresser une tension alternative, on utilise le redressement double ou simple alternance. Le montage le plus fréquemment utilisé est le pont à quatre diodes (redressement double alternance). Ce circuit utilise au mieux la puissance fournie.

Liste du matériel utilisé :

• Plaquette support de composants (Figure 1), • Transformateur d’alimentation • Alimentation symétrique HAMEG 8040, +15V/-15V, • Générateur de tension HAMEG 8030 (sinusoïdal, triangulaire, carré). • Multimètres METRIX MX 5060 • Oscilloscope TEKTRONIX TBS1052B • Rhéostat 1000W (résistance variable de puissance)

Figure 1 : (gauche) Façade de la plaquette de test et (droite) 4 diodes dans un dispositif compact

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DUT GEII – S1 – ELECTRONIQUE

REDRESSEMENT BI-ALTERNANCES TRAVAUX PRATIQUES N°4 S. Joly – 10/07/2020 – rev. 4

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2. MANIPULATIONS 2.1. DEBIT SUR UNE CHARGE OHMIQUE Réaliser le montage de la Figure 2 où la tension 𝑉!(𝑡) est fournie par le secondaire d’un transformateur dont le primaire est relié au secteur. Nous admettrons que : 𝑉!(𝑡) = 𝑉!"sin(𝜔𝑡) avec 𝜔 = 2𝜋𝑓 et 𝑓 = 50𝐻𝑧. Choisir la sortie 18V du transformateur. RU est le rhéostat (décrit dans la liste du matériel ci-dessus).

Figure 2 : Circuit redresseur double alternance en pont (avec rhéostat)

2.1.1. Mesurer à vide directement sur le transformateur, avec un voltmètre alternatif (AC), la

valeur efficace Ve eff de la tension Ve (t) sachant qu’on ne peut pas mesurer à la fois Ve (t) et la tension redressée Vs (t). En effet, la diode D3 serait alors en court-circuit avec la masse de l’appareil de mesure.

Réaliser le montage de la figure 2. Régler le rhéostat RU pour obtenir un courant IS moyen de 50 mA lu à l’aide d’un multimètre en mode continu (DC).

2.1.2. En considérant les diodes idéales, montrer sur un schéma que le courant is (t) traverse la résistance de charge RU dans le même sens quelle que soit l'alternance de la tension Ve (t).

Indiquer l’état successif des quatre diodes.

2.1.3. Dessiner les oscillogrammes de la tension Vs (t) et du courant Is (t) mesurés à l’aide de la tension Vr (t) et de la résistance r = 10Ω.

Indiquer les valeurs caractéristiques.

Comparer avec l’amplitude vs (t)max lue à l’oscilloscope à la valeur Ve eff mesurée au paragraphe 2.1.1 et commenter.

2.1.4. Mesurer à l’aide d’un voltmètre en mode continu (DC) la valeur de la tension Vsmoy.

Calculer l’expression de la tension Vsmoy en fonction de l’amplitude Vem de la tension d’entrée ve (t).

Comparer avec la valeur expérimentale et indiquer l’origine de la différence constatée.

Rappel de la définition d’une valeur moyenne : 𝑉#"$% =&' ∫ 𝑉!(𝑡)

'( 𝑑𝑡

3

2.2. DEBIT SUR UNE FORCE CONTRE-ELECTROMOTRICE Remplaçons le rhéostat entre A et B par un accumulateur E de 9 V mis en série avec une résistance de 4,7 kΩ pour limiter le courant (Figure 3).

Figure 3 : Circuit redresseur double alternance en pont (avec accumulateur)

Choisir les entrées continues (DC) de l'oscilloscope et l’on repérera la position du niveau 0 V. 2.2.1. En respectant la chronologie, relever les oscillogrammes de la tension Vs(t) et du courant

is (t).

2.2.2. Expliquer en détail le fonctionnement du montage en commentant les courbes obtenues. Mettre en évidence les intervalles du temps où les diodes sont conductrices ou bloquées.

2.3. REDRESSEMENT AVEC UNE CAPACITE DE « FILTRAGE» Le redressement bi-alternances de la tension fournie par le secteur via un transformateur et un “pont de diodes” conduit en général à la conception d’une tension qui doit se rapprocher au mieux d’une tension continue. Il faut donc extraire la composante continue du signal redressé. Pour cela, nous ajoutons au redresseur un circuit appelé filtre. Le filtre le plus simple utilise une capacité C placée en parallèle à la sortie du montage (voir Figure 4 ci-dessous). Dans ces conditions suivant la valeur de la capacité de filtrage et le courant débité par le montage, la tension de sortie est caractérisée par une tension d’ondulation DV d’amplitude plus ou moins importante qui se superpose à la valeur continue Vsmoy (voir oscillogramme de la Figure 5 qui représente Vs (t) et de is (t)). Réaliser le montage en plaçant entre A et B un condensateur C de 22µF avec en parallèle une résistance variable P (potentiomètre sur la maquette) avec 470Ω en série. Ajuster cette résistance variable pour obtenir un courant moyen débité de 10 mA. 2.3.1. Relever les oscillogrammes de la tension Vs (t) et du courant is (t).

2.3.2. Interpréter la forme de la tension vs (t) et du courant is (t) selon l'état de charge ou de décharge du condensateur C et comparer avec les résultats obtenus au paragraphe 2.

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Figure 4 : Circuit redresseur double alternance en pont avec filtre capacitif

Figure 5 : Influence de la résistance de charge et du condensateur de filtrage 2.3.3. Faire varier le courant débité Ismoyen de 5 à 30 mA à l'aide de la résistance variable P.

Pour deux valeurs successives du condensateur C : 22 µF puis 47 µF, dresser les tableaux de résultats donnant les valeurs correspondantes de : Vs moyen, ∆Vlue et ∆t.

∆Vlue représente la tension d'ondulation aux bornes du condensateur de filtrage C (Figure 5) et Dt le temps durant lequel le condensateur de filtrage se décharge dans la résistance de charge.

2.3.4. En supposant, en première approximation, que la décharge de la capacité C dans la résistance de charge est linéaire, la tension d’ondulation est telle que : ∆𝑉!"é$% = 𝐼&'$(

∆!*

où ∆t représente le temps de décharge du condensateur C lorsque les diodes sont bloquées. Cette relation est-elle vérifiée ?

courant is(t)

tension vs(t)

Dt

DV

5

REDRESSEMENT BI-ALTERNANCES

GROUPE : ……. NOMS : …………………

C= 22µF

Ismoy (mA) Vsmoy DVlue Dt DVthéor

5

30

C= 47µF

Ismoy (mA) Vsmoy DVlue Dt DVthéor

5

30

Évolution de la tension d’ondulation en fonction de Ismoy pour C = 22µF et C = 47µF.

6

C = 100 µF