Circuits Électroniques - Module 13 PDF

I T S É LE C T RO N I Q U E S CIRC U M O D U LE 1 3 E S S E U R D E T E NS IO N CIRCUIT REDR UTILITÉ DE TRANSFORMER LA TENSION Tension initiale Tension régulée 120V AC 9V CC TRANSFORMATION D’UNE TENSI...

I T S É LE C T RO N I Q U E S CIRC U M O D U LE 1 3 E S S E U R D E T E NS IO N CIRCUIT REDR UTILITÉ DE TRANSFORMER LA TENSION Tension initiale Tension régulée 120V AC 9V CC TRANSFORMATION D’UNE TENSION SOURCE AC EN TENSION CC Tension initiale Tension Tension Tension Tension 120V AC transformée redressée filtrée Régulée 9V 9V AC CC  TRANSFORMATION DU SIGNAL (RAPPORT DE TRANSFORMATION) Exemple 1: a = = = ou 5:1 a= a : rapport de transformation Vsec = = = 24V Npri : Nombre de spires sur l’enroulement primaire Nsec : Nombre de spires a= sur l’enroulement secondaire Exemple 2: Vpri : Tension au primaire a = = = 2,892:1 Vsec : Tension au secondaire Ipri = = = 1,037 A Ipri : Courant au primaire Isec : Courant au secondaire a=  SEMI-CONDUCTEUR (DIODE ÉLECTROLUMINESCENTE) (DEL) Intensité lumineuse de la DEL varie avec le courant qui y circule. -6V 2V 3V CÉMEQ page 41 à 44 et Exercice Pratique #1 SEMI-CONDUCTEUR (DIODE) CÉMEQ page 15 à 27  REDRESSEUR SIMPLE ALTERNANCE (TENSION CRÊTE OU MAXIMUM) VD1 +Vmax VD1 D1 IR1 a = 40:3 VPri VSec R1 VR1 VSec = Vmax= ‡Veff VR1max =Vmax – VD1 =Vmax – 0,7v -Vmax V IR1max = R1max R1  REDRESSEUR SIMPLE ALTERNANCE (TENSION MOYENNE) La valeur moyenne correspond à la surface sous la courbe, répartie de manière uniforme sur la période complète du signal. Tension AC +Vmax VR1 VR1max Vcc =VR1moy = š 180° 360° Vcc =Vmoy =0V Vmoy IR1max Vcc 180° 360° Avez-vous déjà essayer de Icc =IR1moy = = š R1 mesurer la tension d’une prise avec votre multimètre en c.c… Vous mesurez 0V Choix de la diode: Courant direct moyen (Io): Io >> Icc Tension inverse de crête (TIC ou VRRM): TIC >> Vmax  REDRESSEUR SIMPLE ALTERNANCE (TENSION EFFICACE) La valeur efficace d’un courant alternatif est la valeur qui produit la même énergie calorifique qu’un courant continu traversant la même résistance pendant le même temps. PR1max Tension AC +Vmax VR1max Pmoy 1 alternance 180° 360° Vmax Veff = Pmoy -Vmax 180° 360° (Vmax)2 Pmax = R1 Pmax Pmoy = 4 (Vmax)2 ͻ R (Vmax)2 V V ou Veff = Pmoy ͻ R = = = max 4ͻ R 4 2  RÉSUMÉ REDRESSEUR SIMPLE ALTERNANCE Valeur de tension Description Formule Tension maximum (Vmax) La plus grande valeur instantanée atteinte par la tension d’onde Vmax= ‡Veff ^ sinusoïdale durant une alternance. ou tension crête (V) La tension maximale ou crête, se mesure à l’oscilloscope. Veff: tension efficace de l’entrée Tension moyenne (Vmoy) Valeur moyenne d’une tension variable correspondant à la moyenne de toutes les valeurs instantanées pendant un nombre entier de cycles. Vmax Vcc =Vmoy = La tension continue (Vcc) ou moyenne (Vmoy), représentent toutes les deux š la valeur moyenne de la tension redressée, qui se mesure avec un Vcc =Vmoy =0,318 ͻ Vmax voltmètre placé à l’échelle c.c. Tension efficace (Veff) Tension qui correspond à un courant continu constant pour produire, dans la même résistance et pendant le même temps, la même énergie Veff = Vmax calorifique qu’un courant alternatif (relation de puissance). 2 La tension efficace se mesure à l’aide d’un voltmètre placé à l’échelle c.a. Veff = 0,5 ͻ Vmax Tension inverse de crête Valeur maximum que supporte la diode à l’état bloqué pendant l’alternance négative. Dans un circuit redresseur simple alternance, la TIC au moins 2 x Vmax (TIC) ou (VRRM) diode doit supporter la tension maximale alternative de l’entrée. Vmax = Tension maximale entre les bornes du secondaire CÉMEQ Page 29 et Exercice Pratique #2  REDRESSEUR DOUBLE ALTERNANCE AVEC PRISE MÉDIANE VD1 a = 40:1,5:1,5 Tension AC VaSec VR1 +Vab/2 max VR1 VD1 VD2 Neutre R1 IR1 VPri VabSec VbSec VD2 VSec = 180° 360° Vab/2 max = ‡Veff Alternance positive: VR1max =Vab/2max – VD1 =Vab/2max – 0,7v Alternance négative: VR1max =Vab/2max – VD2 =Vab/2max – 0,7v -Vab/2 max VR1max IR1max = R1  REDRESSEUR DOUBLE ALTERNANCE AVEC PONT DIODE (TENSION CRÊTE OU MAXIMUM) +Vmax VD1 et VD2 VD3 et VD4 a = 40:3 VPri VSec R1 VR1 IR1 VSec = 180° 360° Vmax= ‡Veff VR1max = Vmax – (2 ‡ VD) = Vmax – 1,4V VR1max IR1max = R1 -Vmax  REDRESSEUR DOUBLE ALTERNANCE (TENSION MOYENNE) La valeur moyenne correspond à la surface sous la courbe, répartie de manière uniforme sur la période complète du signal. Dans le cas présent, la surface est doublé par rapport à une simple alternance. Simple alternance VR1 VR1max Vmoy VR1moy 180° 360° V Vcc =VR1moy = R1max š 180° 360° Choix de la diode: Courant direct moyen (Io): Io >> (Les diodes conduisent 2 ͻ VR1max 50% du temps) Vcc =VR1moy = š Pourquoi? Double alternance avec prise médiane: 2 ͻ IR1max Vcc Tension inverse de crête (TIC ou VRRM): TIC >> 2 Vmax Icc =IR1moy = = š R1 Double alternance avec Pont Diode: Tension inverse de crête (TIC ou VRRM): TIC >> Vmax  REDRESSEUR DOUBLE ALTERNANCE (TENSION EFFICACE) La valeur efficace d’un courant alternatif est la valeur qui produit la même énergie calorifique qu’un courant continu traversant la même résistance pendant le même temps. PR1max 2 Tension AC (VR1max) +Vmax Pmax = VR1max R1 Pmoy Pmax Pmoy = 180° 360° 2 Veff =Vmax -Vmax 180° 360° Identique à la tension AC puisque la puissance est positive que la tension (VR1max)2 ͻ R (VR1max)2 VR1max soit positive ou négative V ou Veff = Pmoy ͻ R = = = 2ͻ R 2 2 Veff = VR1max 2 Veff = 0,707 ͻ VR1max  RÉSUMÉ REDRESSEUR DOUBLE ALTERNANCE Valeur de tension Description Formule Tension maximum (Vmax) La plus grande valeur instantanée atteinte par la tension d’onde Vmax= ‡Veff ^ sinusoïdale durant une alternance. ou tension crête (V) La tension maximale ou crête, se mesure à l’oscilloscope. Veff: tension efficace de l’entrée Tension moyenne (Vmoy) Valeur moyenne d’une tension variable correspondant à la moyenne de toutes les valeurs instantanées pendant un nombre entier de cycles. Vcc =Vmoy = 2 ͻ Vmax La tension continue (Vcc) ou moyenne (Vmoy), représentent toutes les deux š la valeur moyenne de la tension redressée, qui se mesure avec un Vcc =Vmoy =0,636 ͻ Vmax voltmètre placé à l’échelle c.c. Tension efficace (Veff) Tension qui correspond à un courant continu constant pour produire, dans la même résistance et pendant le même temps, la même énergie Veff = Vmax calorifique qu’un courant alternatif (relation de puissance). 2 La tension efficace se mesure à l’aide d’un voltmètre placé à Veff = 0,707 ͻ Vmax l’échelle c.a. Tension inverse de crête Valeur maximum que supporte la diode à l’état bloqué pendant l’alternance négative. Dans un circuit redresseur simple alternance, la TIC au moins 2 x Vmax (TIC) ou (VRRM) diode doit supporter la tension maximale alternative de l’entrée. Vmax = Tension maximale entre les bornes du secondaire CÉMEQ Page 32,33 et 35 et Exercice Pratique #3 et #4 LES CONDENSATEURS Capacité électrique en Farad (F) Tension maximal qu’il peut supporter  FILTRAGE Simple Alternance : VD1 D1 IR1 VR1 Si IR1љ ou Cј Vond a = 40:3 VPri VSec R1 VR1 Si IR1ј ou Cљ 180° 360° Double alternance : VR1max a = 40:3 Vond VPri VSec R1 VR1 IR1 180° 360°  CHOIX DU CONDENSATEUR DE FILTRAGE Lien entre la tension d’ondulation et la valeur du condensateur: VR1max VR1moy Vond VR1maxIR1max Vond =VR1(càc) = = R1 ‡ f ‡ C fͻC VR1max IR1max C= = R1 ‡ f ‡ Vond f ͻ Vond 180° 360° f = fréquence avant de répéter le signal: Simple alternance: Calculer la tension moyenne ou continue: f = f de la source (60 hz) Double alternance: f = 2 f de la source (120 hz) Vond Vcc =VR1moy =VR1max - 2  RÉSUMÉ FILTRAGE DU SIGNAL REDRESSÉ Description Formule La plus grande valeur instantanée atteinte par la tension d’onde redressée Tension d’ondulation ou VR1max I moins la plus petite valeur instantanée durant une alternance. Vond = =R1max tension crête à crête La tension d’ondulation, se mesure à l’oscilloscope. R1 ‡ f ‡ C f ͻ C Tension moyenne (Vmoy) Valeur moyenne d’une tension variable correspondant à la moyenne de toutes les valeurs instantanées pendant un nombre entier de cycles. Vond La tension continue (Vcc) ou moyenne (Vmoy), représentent toutes les deux Vmoy =Vmax - la valeur moyenne de la tension redressée, qui se mesure avec un 2 voltmètre placé à l’échelle c.c. Fréquence en Le temps que le signal prend pour compléter un cycle. f = f de la source - Simple alternance - Double alternance Le temps que le signal prend pour compléter un cycle. f = 2 f de la source Condensateur de filtrage Agit comme un accumulateur rechargeable et déchargeable très rapidement. Plus sa valeur est élevé plus il prendra de temps à Vmax I recharger. Par la même occasion il prendra plus de temps à se C= = max décharger. Il faut trouver la bonne valeur pour avoir le meilleur rendement R ‡ f ‡ Vond f ͻ Vond dans les deux situation. CÉMEQ Page 38 à 40 Exercice Pratique #5  RÉGULATION (DIODE ZENER) a = 40:3 VPri VSec VZ R1 VR1 IRz IR1 Vond Vz Tension inverse ne détruit pas la diode 180° 360°  RÉGULATION (DIODE ZENER) Comment calculer la valeur minimal de Rz Voici la partie régulation du circuit monté avec une diode zener 1N4742. V -V Rzmin sans charge = entréemax z Izmax Tension zener à l’inverse de 12V Si ma tension maximum d’entrée est de 16V… Courant minimum de 5 mA 16 V – 12 V Courant maximum de = = 83 mA Rzmin sans charge = 83 mA Rzmin sans charge = 48,19 Ω VRz Rz Comment calculer la valeur maximal de Rz V -V Rzmax sans charge = entréemax z Izmin Tension VZ Si ma tension maximum d’entrée est de 16V… filtrée 16 V – 12 V Iz Rzmax sans charge = 5 mA Rzmax sans charge = 800 Ω IRz  RÉGULATION (DIODE ZENER) Voyons voir ce qui ce passe si nous Comment calculer la valeur minimal de R1 ajoutons de la charge à cet tension régulée. Vz R1min = Avec IR1max = IRz – Izmin IR1max Si ma tension maximum d’entrée est de 16V et VRz une résistance Rz de 200Ω, quelle sera la Rz résistance minimal permis par ce montage avant que la tension régulé par la Diode ne flanche? VRz =16 V – 12 V =4V Tension VZ 4V filtrée R1 IRz = =20 mA 200 Ω Iz IR1max = IRz – Izmin = 20 mA – 5 mA = 15 mA IRz IR1 Vz 12 V R1min = = =800 Ω IR1max 15 mA  RÉSUMÉ RÉGULATION AVEC DIODE ZENER Description Formule La diode zener ce comporte comme une diode régulière En branchement Direct Vz = 0,7v La diode zener bloque la circulation du courant jusqu’à ce qu’elle atteigne Vous avez un tableau En branchement Inverse une tension prédéfini par le fabriquant. pour les tensions inverses dans votre CÉMEQ page 66 Résistance série Rz La résistance série Rz a pour fonction d’absorber la tension résiduelle du Vmax entrée - Vz circuit afin d’éviter la détérioration de la diode Zener causée par un Rzmin à vide = Izmax surplus de courant. La valeur minimal de la résistance série R z doit limiter le courant dans la diode Zener à une valeur égale ou inférieur à la valeur Izmax prescrite par le fabricant. La résistance de charge imposée au régulateur Zener doit être supérieure Résistance minimal de à une valeur minimale déterminée par la caractéristique Izmin de la diode Vz R1min = charge R1min zener. IR1max Lorsque presque tout le courant du circuit circule dans la charge, la Avec IR1max = IRz - Izmin boucle du courant IRz = Iz + IR1 peut s’écrire: IRz = Izmin + IR1max CÉMEQ Page 64 à 72  RÉGULATION (RÉGULATEUR DE TENSION INTÉGRÉ) Dans le cas de ce régulateur, la tension de sortie sera de 12V Rs LM7812 LINE VREG VOLTAGE COMMON Tension Tension filtrée régulée  RÉGULATION (RÉGULATEUR DE TENSION INTÉGRÉ VARIABLE) LM317 Vin Vout ADJ R1 C4 560Ω 47µF 12Vrms R3 60Hz La tension régulée 2.2kΩ C1 C2 Tension variera entre 470µF 0.1µF R2 régulée 1,25Vcc et 12Vcc. LED1 C3 5kΩ 68 % 0.1µF Key=A Ne pourra jamais être plus grand que la tension Vin + 3V R1 Vout =1,25 x 1+ R2 ( )  PUCE NE555 Base de temps de précision Modulateur de durées d’impulsion Générateur d’impulsions Modulateur de rapport cyclique Cadenceur Détecteur d’impulsion manquante Temporisateur Voir documentation fournis pas le professeur: NE555 Explication et CÉMEQ p. 181 et 182  NE555 TEMPORISATION 1: Gnd R1 5: Control 4 8 2: Trigger ( amorce ) 7 6: Threshold (tension seuil) NE555 + Sortie de 3: Output 9Vcc 6 3 Déclancheur onde 7: Discharge l͛ (start) 2 4: Reset 5 8: Vcc 1 C1 C2 0,1µF  NE555 TEMPORISATION R1 4 8 1: Gnd 7 NE555 2: Trigger ( amorce ) + Sortie de 9Vcc 6 3 3: Output Déclancheur l͛ onde (start) 2 vcc 4: Reset 5 1 Broche 2 0v 5: Control C1 C2 0,1µF 6: Threshold (tension seuil) Tension aux >2/3 vcc 7: Discharge bornes de C1 0v vcc 8: Vcc Broche 3 0v ←T→ T (ms) = 1,1 x R1 (kΩ) x C1 (µF)  NE555 GÉNÉRATEUR D’IMPULSION 1: Gnd 5: Control R2 8 2: Trigger ( amorce ) 7 6: Threshold (tension seuil) NE555 + R1 Sortie de 9Vcc 6 3 3: Output l͛ onde 7: Discharge 2 5 4 4: Reset 1 8: Vcc C1 C2 0,1µF  NE555 GÉNÉRATEUR D’IMPULSION R2 8 1: Gnd 7 NE555 + R1 Sortie de 2: Trigger ( amorce9V ) cc 6 3 l͛ onde 3: Output 2 4: Reset 5 4 1 C1 C2 5: Control 0,1µF 6: Threshold (tension seuil) vcc 7: Discharge t1 8: Vcc Broche 3 0v t2 t1 = 0,693 x (R1 + R2) x C1 t2 = 0,693 x R1 x C1  PUCE CD4017 Séquenceurs Décompteurs Générateurs de pulsations Voir documentation fournis pas le professeur: CD4017 Explication  CD4017 DESCRIPTION DES BROCHES 1 à 7 et 9 à 11 (Sorties) : 14 (Entrée d’horloge) : Reçoit les Seront active avec un signal 1Output 5 Vcc 3 à 15V 16 impulsions pour incrémenter le haut à tour de rôle. compteur. 2Output 1 Reset input 15 8 (Gnd) : Ground ou Négatif. 15 (Entrée de réinitialisation) : 3Output 0 Clock input 14 Permet de réinitialiser le compteur. 12 (Sortie Dizaine) : Sera 4Output 2 Enable input 13 16 (Vcc) : Tension actif avec un signal haut à 4017 d’alimentation doit être comprise chaque fois que Q9 reçoit 5Output 6 Output dizaine 12 aussi un signal haut. entre 3 et 15 Vcc. 6Output 7 Output 9 11 13 (Entrée niveau) : Permet de fixer le niveau de l’entrée de 7Output 3 Output 4 10 validation de l’horloge. Au Gnd, le compte se fera sur une 8 Gnd 0V Output 8 9 monté, tandis que au Vcc le compte se fera sur la descente du signal d’horloge.  CD4017 EXPLICATION DES SORTIES Broche 15 1Output 5 Vcc 3 à 15V 16 Broche 14 2Output 1 Reset input 15 Broche 3 (0) Broche 2 (1) 3Output 0 Clock input 14 Broche 4 (2) 4Output 2 Enable input 13 4017 Broche 7 (3) 5Output 6 Output dizaine 12 Broche 10 (4) 6Output 7 Output 9 11 Broche 1 (5) Broche 5 (6) 7Output 3 Output 4 10 Broche 6 (7) 8 Gnd 0V Output 8 9 Broche 9 (8) Broche 11 (9)  TRANSISTOR NPN ET PNP Voir documentation fournis pas le professeur: 2N3904 Explication et CÉMEQ p. 100 à 124  THYRISTOR SCR Voir documentation fournis pas le professeur: 2N1599 Explication et CÉMEQ p. 192 à 227