Circuits électroniques - Guide rapide

En électronique, nous avons différents composants qui servent des objectifs différents. Il existe différents éléments qui sont utilisés dans de nombreux types de circuits en fonction des applications.

Composants electroniques

Semblable à une brique qui construit un mur, un composant est la brique de base d'un circuit. UNEComponent est un élément de base qui contribue au développement d'une idée en un circuit pour exécution.

Chaque composant a quelques propriétés de base et le composant se comporte en conséquence. Cela dépend de la devise du développeur de les utiliser pour la construction du circuit prévu. L'image suivante montre quelques exemples de composants électroniques utilisés dans différents circuits électroniques.

Juste pour recueillir une idée, regardons les types de composants. Ils peuvent êtreActive Components ou Passive Components.

Composants actifs

Les composants actifs sont ceux qui conduisent en fournissant de l'énergie externe.
Les composants actifs produisent de l'énergie sous forme de tension ou de courant.
Examples - Diodes, transistors, transformateurs, etc.

Composants passifs

Les composants passifs sont ceux qui démarrent leur fonctionnement une fois qu'ils sont connectés. Aucune énergie externe n'est nécessaire pour leur fonctionnement.
Les composants passifs stockent et maintiennent l'énergie sous forme de tension ou de courant.
Examples - Résistances, condensateurs, inductances, etc.

Nous avons également une autre classification comme Linear et Non-Linear éléments.

Composants linéaires

Les éléments ou composants linéaires sont ceux qui ont une relation linéaire entre le courant et la tension.
Les paramètres des éléments linéaires ne sont pas modifiés par rapport au courant et à la tension.
Examples - Diodes, transistors, transformateurs, etc.

Composants non linéaires

Les éléments ou composants non linéaires sont ceux qui ont une relation non linéaire entre le courant et la tension.
Les paramètres des éléments non linéaires sont modifiés par rapport au courant et à la tension.
Examples - Résistances, condensateurs, inductances, etc.

Ce sont les composants destinés à des fins diverses, qui dans l'ensemble peuvent effectuer une tâche préférée pour laquelle ils sont construits. Une telle combinaison de différents composants est connue sous le nom deCircuit.

Circuits électroniques

Un certain nombre de composants connectés sur un but d'une manière spécifique rend un circuit. Un circuit est un réseau de différents composants. Il existe différents types de circuits.

L'image suivante montre différents types de circuits électroniques. Il montre les cartes de circuits imprimés qui sont un groupe de circuits électroniques connectés sur une carte.

Les circuits électroniques peuvent être regroupés sous différentes catégories en fonction de leur fonctionnement, connexion, structure, etc. Parlons plus en détail des types de circuits électroniques.

Circuit actif

Un circuit créé à l'aide de composants actifs est appelé Active Circuit.
Il contient généralement une source d'alimentation à partir de laquelle le circuit extrait plus d'énergie et la délivre à la charge.
Une puissance supplémentaire est ajoutée à la sortie et, par conséquent, la puissance de sortie est toujours supérieure à la puissance d'entrée appliquée.
Le gain de puissance sera toujours supérieur à l'unité.

Circuit passif

Un circuit construit à l'aide de composants passifs est appelé Passive Circuit.
Même s'il contient une source d'alimentation, le circuit n'extrait aucune énergie.
La puissance supplémentaire n'est pas ajoutée à la sortie et donc la puissance de sortie est toujours inférieure à la puissance d'entrée appliquée.
Le gain de puissance sera toujours inférieur à l'unité.

Les circuits électroniques peuvent également être classés comme Analog, Digital, ou Mixed.

Circuit analogique

Un circuit analogique peut être celui qui contient des composants linéaires. C'est donc un circuit linéaire.
Un circuit analogique a des entrées de signaux analogiques qui sont une gamme continue de tensions.

Circuit numérique

Un circuit numérique peut être celui qui contient des composants non linéaires. C'est donc un circuit non linéaire.
Il ne peut traiter que les signaux numériques.
Un circuit numérique a des entrées de signal numérique qui sont des valeurs discrètes.

Circuit de signal mixte

Un circuit à signaux mixtes peut être un circuit comportant à la fois des composants linéaires et non linéaires. Par conséquent, il est appelé circuit de signal mixte.
Ces circuits se composent de circuits analogiques avec des microprocesseurs pour traiter l'entrée.

Selon le type de connexion, les circuits peuvent être classés comme Series Circuit ou Parallel Circuit. Un circuit en série est celui qui est connecté en série et unparallel circuit est celui dont les composants sont connectés en parallèle.

Maintenant que nous avons une idée de base sur les composants électroniques, passons à autre chose et discutons de leur objectif qui nous aidera à construire de meilleurs circuits pour différentes applications. Quel que soit le but d'un circuit électronique (traiter, envoyer, recevoir, analyser), le processus est réalisé sous forme de signaux. Dans le chapitre suivant, nous discuterons des signaux et du type de signaux présents dans les circuits électroniques.

UNE Signalpeut être comprise comme «une représentation qui donne des informations sur les données présentes à la source à partir de laquelle elles sont produites». Cela varie généralement dans le temps. Par conséquent, un signal peut être unsource of energy which transmits some information. Cela peut facilement être représenté sur un graphique.

Exemples

Une alarme indique qu'il est temps.
Un sifflet de cuisinière confirme que les aliments sont cuits.
Un voyant rouge signale un danger.
Un feu de signalisation indique votre déménagement.
Un téléphone sonne pour vous signaler un appel.

Un signal peut être de n'importe quel type qui transmet des informations. Ce signal produit par un équipement électronique, est appelé commeElectronic Signal ou Electrical Signal. Ce sont généralement des variantes temporelles.

Types de signaux

Les signaux peuvent être classés comme analogiques ou numériques, selon leurs caractéristiques. Les signaux analogiques et numériques peuvent être davantage classés, comme indiqué dans l'image suivante.

Signal analogique

Un signal continu variant dans le temps, qui représente une quantité variant dans le temps, peut être appelé Analog Signal. Ce signal continue de varier dans le temps, selon les valeurs instantanées de la grandeur qui le représente.

Signal numérique

Un signal qui est discrete dans la nature ou qui est non-continuous sous forme peut être qualifié de Digital signal. Ce signal a des valeurs individuelles, notées séparément, qui ne sont pas basées sur des valeurs précédentes, comme si elles étaient dérivées à cet instant particulier.

Signal périodique et signal apériodique

Tout signal analogique ou numérique, qui répète son modèle sur une période de temps, est appelé comme un Periodic Signal. Ce signal a son modèle continué à plusieurs reprises et est facile à supposer ou à calculer.

Tout signal analogique ou numérique, qui ne répète pas son modèle sur une période de temps, est appelé comme Aperiodic Signal. Ce signal a sa configuration continue mais la configuration n'est pas répétée et n'est pas si facile à supposer ou à calculer.

Signaux et notations

Parmi les Periodic Signals, les signaux les plus couramment utilisés sont l'onde sinusoïdale, l'onde cosinus, la forme d'onde triangulaire, l'onde carrée, l'onde rectangulaire, la forme d'onde en dent de scie, la forme d'onde d'impulsion ou le train d'impulsions, etc.

Signal d'étape de l'unité

Le signal de pas d'unité a la valeur d'une unité de son origine à une unité sur l'axe X. Ceci est principalement utilisé comme signal de test. L'image du signal de pas d'unité est présentée ci-dessous.

La fonction de pas d'unité est désignée par $u\left ( t \right )$. Il est défini comme -

$$ u \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 & t \ geq 0 \\ 0 & t <0 \ end {matrix} \ right. $$

Signal d'impulsion de l'unité

Le signal d'impulsion unitaire a la valeur d'une unité à son origine. Sa superficie est d'une unité. L'image du signal d'impulsion de l'unité est présentée ci-dessous.

La fonction d'impulsion unitaire est désignée par ẟ(t). Il est défini comme

$$\delta \left ( t \right )=\left\{\begin{matrix} \infty \:\:if \:\:t=0\\0 \:\:if \:\:t\neq 0\end{matrix}\right.$$

$$\int_{-\infty }^{\infty }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=1$$

$$\int_{-\infty }^{t }\delta \left ( t \right )d\left ( t \right )=u\left ( t \right )$$

$$\delta \left ( t \right )=\frac{du\left ( t \right )}{d\left ( t \right )} $$

Signal de rampe de l'unité

Le signal de rampe unitaire voit sa valeur augmenter de façon exponentielle depuis son origine. L'image du signal de rampe de l'unité est illustrée ci-dessous.

La fonction de rampe d'unité est désignée par u(t). Il est défini comme -

$$\int_{0}^{t}u\left ( t \right ) d\left ( t \right )=\int_{0}^{t} 1 dt =t=r\left ( t \right )$$

$$u\left ( t \right )=\frac{dr\left ( t \right )}{dt}$$

Signal parabolique d'unité

Le signal parabolique unitaire a sa valeur se modifiant comme une parabole à son origine. L'image du signal parabolique unitaire est présentée ci-dessous.

La fonction parabolique unitaire est désignée par $u\left ( t \right )$. Il est défini comme -

$$\int_{0}^{t}\int_{0}^{t}u\left ( t \right )dtdt=\int_{0}^{t}r\left ( t \right )dt=\int_{0}^{t} t.dt=\frac{t^{2}}{2}dt=x\left ( t \right )$$

$$r\left ( t \right )=\frac{dx\left ( t \right )}{dt}$$

$$u\left ( t \right )=\frac{d^{2}x\left ( t \right )}{dt^{2}}$$

Fonction Signum

La fonction Signum a sa valeur également répartie dans les plans positifs et négatifs depuis son origine. L'image de la fonction Signum est présentée ci-dessous.

La fonction Signum est notée sgn(t). Il est défini comme

$$ sgn \ left (t \ right) = \ left \ {\ begin {matrix} 1 \: \: for \: \: t \ geq 0 \\ - 1 \: \: for \: \: t <0 \ end {matrice} \ droite. $$

$$sgn\left ( t \right )=2u\left ( t \right ) -1$$

Signal exponentiel

Le signal exponentiel a sa valeur variant de façon exponentielle à partir de son origine. La fonction exponentielle est sous la forme de -

$$x\left ( t \right ) =e^{\alpha t}$$

La forme de l'exponentielle peut être définie par $\alpha$. Cette fonction peut être comprise dans 3 cas

Case 1 -

Si $\alpha = 0\rightarrow x\left ( t \right )=e^{0}=1$

Case 2 -

Si $ \ alpha <0 $ alors $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ où $\alpha$est négatif. Cette forme est appelée commedecaying exponential.

Case 3 -

Si $\alpha > 0$ puis $x\left ( t \right )=e^{\alpha t}$ où $\alpha$est positif. Cette forme est appelée commeraising exponential.

Signal rectangulaire

Le signal rectangulaire a sa valeur distribuée sous forme rectangulaire dans les plans positifs et négatifs à partir de son origine. L'image du signal rectangulaire est illustrée ci-dessous.

La fonction rectangulaire est désignée par $x\left ( t \right )$. Il est défini comme

$$x\left ( t \right )=A \:rect\left [ \frac{t}{T} \right ]$$

Signal triangulaire

Le signal rectangulaire a sa valeur distribuée sous forme triangulaire dans les plans positifs et négatifs à partir de son origine. L'image du signal triangulaire est illustrée ci-dessous.

La fonction triangulaire est notée$x\left ( t \right )$. Il est défini comme

$$x\left ( t \right )=A \left [ 1-\frac{\left | t \right |}{T} \right ]$$

Signal sinusoïdal

Le signal sinusoïdal a sa valeur variant de façon sinusoïdale depuis son origine. L'image du signal sinusoïdal est présentée ci-dessous.

La fonction sinusoïdale est notée x (t). Il est défini comme -

$$x\left ( t \right )=A \cos \left ( w_{0} t\pm \phi \right )$$

$$x\left ( t \right )=A sin\left ( w_{0}t\pm \phi \right )$$

Où $T_{0}=\frac{2 \pi}{w_{0}}$

Fonction Sinc

Le signal Sinc a sa valeur variant selon une relation particulière comme dans l'équation donnée ci-dessous. Il a sa valeur maximale à l'origine et continue de diminuer au fur et à mesure qu'il s'éloigne. L'image d'un signal de fonction Sinc est présentée ci-dessous.

La fonction Sinc est notée sinc(t). Il est défini comme -

$$sinc\left ( t \right )=\frac{sin\left ( \pi t \right )}{\pi t}$$

Ce sont donc les différents signaux que nous rencontrons principalement dans le domaine de l'électronique et des communications. Chaque signal peut être défini dans une équation mathématique pour faciliter l'analyse du signal.

Chaque signal a une forme d'onde particulière comme mentionné précédemment. La mise en forme de l'onde peut modifier le contenu présent dans le signal. Quoi qu'il en soit, c'est à l'ingénieur concepteur de décider de modifier ou non une onde pour un circuit en particulier. Mais, pour modifier la forme de la vague, il existe peu de techniques qui seront discutées dans d'autres unités

Un signal peut également être appelé Wave. Chaque vague a une certaine forme lorsqu'elle est représentée dans un graphique. Cette forme peut être de différents types tels que sinusoïdale, carrée, triangulaire, etc. qui varient en fonction de la période de temps ou ils peuvent avoir certaines formes aléatoires indépendamment de la période de temps.

Types de mise en forme des vagues

Il existe deux principaux types de mise en forme d'onde. Ils sont -

Mise en forme d'onde linéaire
Mise en forme d'onde non linéaire

Forme d'onde linéaire

Des éléments linéaires tels que des résistances, des condensateurs et des inducteurs sont utilisés pour mettre en forme un signal dans cette mise en forme d'onde linéaire. Une entrée d'onde sinusoïdale a une sortie d'onde sinusoïdale et, par conséquent, les entrées non sinusoïdales sont utilisées de manière plus visible pour comprendre la mise en forme d'onde linéaire.

Filtering est le processus d'atténuation du signal indésirable ou de reproduction des parties sélectionnées des composantes de fréquence d'un signal particulier.

Filtres

Dans le processus de mise en forme d'un signal, si certaines parties du signal sont ressenties comme indésirables, elles peuvent être coupées à l'aide d'un circuit de filtrage. A Filter is a circuit that can remove unwanted portions of a signal at its input. Le processus de réduction de la force du signal est également appeléAttenuation.

Nous avons peu de composants qui nous aident dans les techniques de filtrage.

UNE Capacitor a la propriété de allow AC et à block DC
Un Inductor a la propriété de allow DC mais blocks AC.

Grâce à ces propriétés, ces deux composants sont notamment utilisés pour bloquer ou autoriser AC ou DC. Les filtres peuvent être conçus en fonction de ces propriétés.

Nous avons quatre principaux types de filtres -

Filtre passe bas
Filtre passe-haut
Filtre passe-bande
Filtre d'arrêt de bande

Parlons maintenant de ces types de filtres en détail.

Filtre passe bas

Un circuit de filtre qui autorise un ensemble de fréquences inférieures à une valeur spécifiée peut être qualifié de Low pass filter. Ce filtre passe les basses fréquences. Le schéma de circuit d'un filtre passe-bas utilisant RC et RL est présenté ci-dessous.

Le filtre condensateur ou RC filtre et le filtre inducteur ou filtre RL agissent tous deux comme des filtres passe-bas.

The RC filter- Le condensateur étant placé en shunt, le courant alternatif qu'il autorise est mis à la terre. Cela contourne tous les composants haute fréquence tout en autorisant le courant continu à la sortie.
The RL filter- Comme l'inductance est placée en série, le CC est autorisé à la sortie. L'inductance bloque le courant alternatif, ce qui n'est pas autorisé en sortie.

Le symbole d'un filtre passe-bas (LPF) est indiqué ci-dessous.

Fréquence de réponse

La réponse en fréquence d'un filtre pratique est comme indiqué ci-dessous et la réponse en fréquence d'un LPF idéal lorsque les considérations pratiques des composants électroniques ne sont pas prises en compte sera la suivante.

La fréquence de coupure de tout filtre est la fréquence critique $f_{c}$pour lequel le filtre est destiné à atténuer (couper) le signal. Un filtre idéal a une coupure parfaite alors qu'un filtre pratique a peu de limites.

Le filtre RLC

Après avoir connu les filtres RC et RL, on peut avoir une idée qu'il serait bon d'ajouter ces deux circuits afin d'avoir une meilleure réponse. La figure suivante montre à quoi ressemble le circuit RLC.

Le signal à l'entrée passe par l'inductance qui bloque le courant alternatif et autorise le courant continu. Maintenant, cette sortie est à nouveau passée à travers le condensateur en shunt, qui met à la terre le composant alternatif restant, le cas échéant, présent dans le signal, permettant le courant continu à la sortie. Ainsi, nous avons un DC pur en sortie. C'est un meilleur circuit passe-bas que les deux.

Filtre passe-haut

Un circuit de filtre qui permet un ensemble de fréquences above a specified value peut être qualifié de High pass filter. Ce filtre laisse passer les fréquences les plus élevées. Le schéma de circuit d'un filtre passe-haut utilisant RC et RL est présenté ci-dessous.

Le filtre condensateur ou RC filtre et le filtre inducteur ou RL les deux filtres agissent comme des filtres passe-haut.

Le filtre RC

Lorsque le condensateur est placé en série, il bloque les composants CC et autorise les composants CA à la sortie. Par conséquent, les composants haute fréquence apparaissent à la sortie aux bornes de la résistance.

Le filtre RL

Comme l'inducteur est placé en shunt, le DC peut être mis à la terre. Le composant AC restant apparaît à la sortie. Le symbole d'un filtre passe-haut (HPF) est indiqué ci-dessous.

Fréquence de réponse

La réponse en fréquence d'un filtre pratique est comme indiqué ci-dessous et la réponse en fréquence d'un HPF idéal lorsque les considérations pratiques des composants électroniques ne sont pas prises en compte sera la suivante.

Le filtre RLC

Le signal à l'entrée passe par le condensateur qui bloque le courant continu et autorise le courant alternatif. Maintenant, cette sortie est à nouveau passée à travers l'inductance en shunt, qui met à la terre la composante continue restante, le cas échéant, présente dans le signal, autorisant le courant alternatif en sortie. Ainsi, nous avons un AC pur en sortie. C'est un meilleur circuit passe-haut que les deux.

Filtre passe-bande

Un circuit de filtre qui permet un ensemble de fréquences between two specified values peut être qualifié de Band pass filter. Ce filtre laisse passer une bande de fréquences.

Comme nous devons éliminer quelques-unes des fréquences basses et élevées, pour sélectionner un ensemble de fréquences spécifiées, nous devons mettre en cascade un HPF et un LPF pour obtenir un BPF. Ceci peut être facilement compris même en observant les courbes de réponse en fréquence.

Le schéma de circuit d'un filtre passe-bande est illustré ci-dessous.

Le circuit ci-dessus peut également être construit en utilisant des circuits RL ou des circuits RLC. Celui ci-dessus est un circuit RC choisi pour une compréhension simple.

Le symbole d'un filtre passe-bande (BPF) est indiqué ci-dessous.

Fréquence de réponse

La réponse en fréquence d'un filtre pratique est comme indiqué ci-dessous et la réponse en fréquence d'un BPF idéal lorsque les considérations pratiques des composants électroniques ne sont pas prises en compte sera la suivante.

Filtre d'arrêt de bande

Un circuit de filtre qui bloque ou atténue un ensemble de fréquences between two specified values peut être qualifié de Band Stop filter. Ce filtre rejette une bande de fréquences et peut donc également être appeléBand Reject Filter.

Comme nous devons éliminer peu de fréquences basses et hautes, pour sélectionner un ensemble de fréquences spécifiées, nous devons mettre en cascade un LPF et un HPF pour obtenir un BSF. Ceci peut être facilement compris même en observant les courbes de réponse en fréquence.

Le schéma de circuit d'un filtre coupe-bande est illustré ci-dessous.

Le circuit ci-dessus peut également être construit en utilisant des circuits RL ou des circuits RLC. Celui ci-dessus est un circuit RC choisi pour une compréhension simple.

Le symbole d'un filtre coupe-bande (BSF) est indiqué ci-dessous.

Fréquence de réponse

La réponse en fréquence d'un filtre pratique est comme indiqué ci-dessous et la réponse en fréquence d'un BSF idéal lorsque les considérations pratiques des composants électroniques ne sont pas prises en compte sera la suivante.

Les circuits de filtre passe-bas et passe-haut sont utilisés comme circuits spéciaux dans de nombreuses applications. Le filtre passe-bas (LPF) peut fonctionner comme unIntegrator, alors que le filtre passe-haut (HPF) peut fonctionner comme un Differentiator. Ces deux fonctions mathématiques ne sont possibles qu'avec ces circuits qui réduisent les efforts d'un électronicien dans de nombreuses applications.

Filtre passe-bas comme intégrateur

Aux basses fréquences, la réactance capacitive a tendance à devenir infinie et aux hautes fréquences la réactance devient nulle. Par conséquent, aux basses fréquences, le LPF a une sortie finie et aux hautes fréquences, la sortie est nulle, ce qui est identique pour un circuit intégrateur. Par conséquent, le filtre passe-bas peut être considéré comme unintegrator.

Pour que le LPF se comporte comme un intégrateur

$$\tau \gg T$$

Où $\tau = RC$ la constante de temps du circuit

Alors la variation de tension en C est très faible.

$$V_{i}=iR+\frac{1}{C} \int i \:dt$$

$$V_{i}\cong iR$$

$$Since \:\: \frac{1}{C} \int i \:dt \ll iR$$

$$i=\frac{V_{i}}{R}$$

$$ Since \:\: V_{0}=\frac{1}{C}\int i dt =\frac{1}{RC}\int V_{i}dt=\frac{1}{\tau }\int V_{i} dt$$

$$Output \propto \int input$$

Par conséquent, un LPF avec une constante de temps élevée produit une sortie qui est proportionnelle à l'intégrale d'une entrée.

Fréquence de réponse

La réponse en fréquence d'un filtre passe-bas pratique, lorsqu'il fonctionne en tant qu'intégrateur, est indiquée ci-dessous.

Forme d'onde de sortie

Si le circuit intégrateur reçoit une entrée sinusoïdale, la sortie sera une onde cosinus. Si l'entrée est une onde carrée, la forme d'onde de sortie change de forme et apparaît comme dans la figure ci-dessous.

Filtre passe-haut comme différentiel

Aux basses fréquences, la sortie d'un différentiateur est nulle alors qu'aux hautes fréquences, sa sortie est d'une certaine valeur finie. C'est la même chose que pour un différenciateur. On dit donc que le filtre passe-haut se comporte comme un différenciateur.

Si la constante de temps du RC HPF est très inférieure à la période de temps du signal d'entrée, alors le circuit se comporte comme un différenciateur. Ensuite, la chute de tension sur R est très faible par rapport à la chute de tension sur C.

$$V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt +iR$$

Mais $iR=V_{0}$ est petite

$$since V_{i}=\frac{1}{C}\int i \:dt$$

$$i=\frac{V_{0}}{R}$$

$$Since \: V_{i} =\frac{1}{\tau }\int V_{0} \:dt$$

Où $\tau =RC$ la constante de temps du circuit.

Différencier des deux côtés,

$$\frac{dV_{i}}{dt}=\frac{V_0}{\tau }$$

$$V_{0}=\tau \frac{dV_{i}}{dt}$$

$$Since \:V_{0}\propto \frac{dV_{i}}{dt}$$

La sortie est proportionnelle au différentiel du signal d'entrée.

Fréquence de réponse

La réponse en fréquence d'un filtre passe-haut pratique, lorsqu'il fonctionne comme un différentiateur, est indiquée ci-dessous.

Forme d'onde de sortie

Si le circuit de différenciation reçoit une entrée sinusoïdale, la sortie sera une onde cosinus. Si l'entrée est une onde carrée, la forme d'onde de sortie change de forme et apparaît comme dans la figure ci-dessous.

Ces deux circuits sont principalement utilisés dans diverses applications électroniques. Un circuit de différenciation produit une tension de sortie constante lorsque l'entrée appliquée a tendance à changer régulièrement. Un circuit intégrateur produit une tension de sortie en constante évolution lorsque la tension d'entrée appliquée est constante.

Avec les résistances, les éléments non linéaires comme diodessont utilisés dans les circuits de mise en forme d'onde non linéaires pour obtenir les sorties modifiées requises. Soit la forme de l'onde est atténuée, soit le niveau continu de l'onde est modifié dans la mise en forme d'onde non linéaire.

Le processus de production de formes d'onde de sortie non sinusoïdales à partir d'une entrée sinusoïdale, à l'aide d'éléments non linéaires, est appelé nonlinear wave shaping.

Circuits Clipper

Un circuit Clipper est un circuit qui rejects the part de l'onde d'entrée spécifiée pendant allowing the remainingportion. La partie de l'onde au-dessus ou au-dessous de la tension de coupure déterminée est coupée ou coupée.

Les circuits d'écrêtage sont constitués d'éléments linéaires et non linéaires comme des résistances et des diodes, mais pas d'éléments de stockage d'énergie comme des condensateurs. Ces circuits d'écrêtage ont de nombreuses applications car ils sont avantageux.

Le principal avantage des circuits d'écrêtage est d'éliminer les bruits parasites présents dans les amplitudes.
Ceux-ci peuvent fonctionner comme des convertisseurs d'onde carrée, car ils peuvent convertir les ondes sinusoïdales en ondes carrées par écrêtage.
L'amplitude de l'onde souhaitée peut être maintenue à un niveau constant.

Parmi les coupe-diodes, les deux principaux types sont positive et negative clippers. Nous discuterons de ces deux types de tondeuses dans les deux prochains chapitres.

Le circuit Clipper qui est destiné à atténuer les parties positives du signal d'entrée peut être qualifié de Positive Clipper. Parmi les circuits d'écrêtage à diodes positives, nous avons les types suivants -

Clipper Série Positive
Clipper série positive avec positif $V_{r}$ (tension de référence)
Clipper Série Positive avec négatif $V_{r}$
Clipper Shunt positif
Clipper Shunt positif avec positif $V_{r}$
Clipper Shunt positif avec négatif $V_{r}$

Laissez-nous discuter de chacun de ces types en détail.

Clipper Série Positive

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en série au signal d'entrée et qui atténue les parties positives de la forme d'onde, est appelé Positive Series Clipper. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur en série positive.

Positive Cycle of the Input- Lorsque la tension d'entrée est appliquée, le cycle positif de l'entrée rend le point A du circuit positif par rapport au point B. Cela rend la diode polarisée en inverse et par conséquent, elle se comporte comme un interrupteur ouvert. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance de charge devient nulle car aucun courant ne la traverse et donc$V_{0}$ sera nul.

Negative Cycle of the Input- Le cycle négatif de l'entrée rend le point A du circuit négatif par rapport au point B. Cela rend la diode polarisée en direct et donc elle conduit comme un interrupteur fermé. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance de charge sera égale à la tension d'entrée appliquée telle qu'elle apparaît complètement à la sortie$V_{0}$.

Formes d'onde

Sur les figures ci-dessus, si les formes d'onde sont observées, on peut comprendre que seule une partie du pic positif a été écrêtée. Ceci est dû à la tension aux bornes de V0. Mais le résultat idéal n'était pas censé l'être. Jetons un coup d'œil aux chiffres suivants.

Contrairement à la sortie idéale, une partie binaire du cycle positif est présente dans la sortie pratique en raison de la tension de conduction de la diode qui est de 0,7 V. Il y aura donc une différence dans les formes d'onde de sortie pratiques et idéales.

Clipper série positive avec positif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en série au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence positive $V_{r}$ et qui atténue les parties positives de la forme d'onde, est appelé Positive Series Clipper with positive $V_{r}$. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur en série positive lorsque la tension de référence appliquée est positive.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode est polarisée en inverse et la tension de référence apparaît à la sortie. Pendant son cycle négatif, la diode est polarisée en direct et conduit comme un interrupteur fermé. Par conséquent, la forme d'onde de sortie apparaît comme indiqué dans la figure ci-dessus.

Clipper Série Positive avec négatif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en série au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence négative $V_{r}$ et qui atténue les parties positives de la forme d'onde, est appelé Positive Series Clipper with negative $V_{r}$. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur en série positive, lorsque la tension de référence appliquée est négative.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode est polarisée en inverse et la tension de référence apparaît à la sortie. La tension de référence étant négative, la même tension d'amplitude constante est affichée. Pendant son cycle négatif, la diode est polarisée en direct et conduit comme un interrupteur fermé. Par conséquent, le signal d'entrée supérieur à la tension de référence apparaît à la sortie.

Clipper Shunt positif

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en shunt au signal d'entrée et qui atténue les parties positives de la forme d'onde, est appelé Positive Shunt Clipper. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur à shunt positif.

Positive Cycle of the Input- Lorsque la tension d'entrée est appliquée, le cycle positif de l'entrée rend le point A du circuit positif par rapport au point B. Cela rend la diode polarisée en direct et donc elle conduit comme un interrupteur fermé. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance de charge devient nulle car aucun courant ne la traverse et donc$V_{0}$ sera nul.

Negative Cycle of the Input- Le cycle négatif de l'entrée rend le point A du circuit négatif par rapport au point B. Cela rend la diode polarisée en inverse et par conséquent, elle se comporte comme un interrupteur ouvert. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance de charge sera égale à la tension d'entrée appliquée telle qu'elle apparaît complètement à la sortie$V_{0}$.

Formes d'onde

Sur les figures ci-dessus, si les formes d'onde sont observées, on peut comprendre que seule une partie du pic positif a été écrêtée. C'est à cause de la tension aux bornes$V_{0}$. Mais le résultat idéal n'était pas censé l'être. Jetons un coup d'œil aux chiffres suivants.

Clipper Shunt positif avec positif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en shunt au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence positive $V_{r}$ et qui atténue les parties positives de la forme d'onde, est appelé Positive Shunt Clipper with positive $V_{r}$. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur à shunt positif lorsque la tension de référence appliquée est positive.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode est polarisée en direct et rien d'autre que la tension de référence n'apparaît à la sortie. Pendant son cycle négatif, la diode est polarisée en inverse et se comporte comme un interrupteur ouvert. L'ensemble de l'entrée apparaît en sortie. Par conséquent, la forme d'onde de sortie apparaît comme indiqué dans la figure ci-dessus.

Clipper Shunt positif avec négatif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en shunt au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence négative $V_{r}$ et qui atténue les parties positives de la forme d'onde, est appelé Positive Shunt Clipper with negative $V_{r}$.

La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur à shunt positif, lorsque la tension de référence appliquée est négative.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode est polarisée en direct et la tension de référence apparaît en sortie. La tension de référence étant négative, la même tension d'amplitude constante est affichée. Pendant son cycle négatif, la diode est polarisée en inverse et se comporte comme un interrupteur ouvert. Par conséquent, le signal d'entrée supérieur à la tension de référence apparaît à la sortie.

Le circuit Clipper destiné à atténuer les parties négatives du signal d'entrée peut être qualifié de Negative Clipper. Parmi les circuits d'écrêtage à diodes négatives, nous avons les types suivants.

Clipper série négative
Clipper série négative avec positif $V_{r}$ (tension de référence)
Clipper série négative avec négatif $V_{r}$
Clipper Shunt négatif
Clipper Shunt négatif avec positif $V_{r}$
Clipper Shunt négatif avec négatif $V_{r}$

Laissez-nous discuter de chacun de ces types en détail.

Clipper série négative

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en série au signal d'entrée et qui atténue les parties négatives de la forme d'onde, est appelé Negative Series Clipper. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur série négative.

Positive Cycle of the Input- Lorsque la tension d'entrée est appliquée, le cycle positif de l'entrée rend le point A du circuit positif par rapport au point B. Cela rend la diode polarisée en direct et agit ainsi comme un interrupteur fermé. Ainsi, la tension d'entrée apparaît complètement à travers la résistance de charge pour produire la sortie$V_{0}$.

Negative Cycle of the Input- Le cycle négatif de l'entrée rend le point A du circuit négatif par rapport au point B. Cela rend la diode polarisée en inverse et agit donc comme un interrupteur ouvert. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance de charge sera nulle$V_{0}$ zéro.

Formes d'onde

Dans les figures ci-dessus, si les formes d'onde sont observées, on peut comprendre que seule une partie du pic négatif a été écrêtée. C'est à cause de la tension aux bornes$V_{0}$. Mais le résultat idéal n'était pas censé l'être. Jetons un coup d'œil aux chiffres suivants.

Contrairement à la sortie idéale, une partie binaire du cycle négatif est présente dans la sortie pratique en raison de la tension de conduction de la diode qui est de 0,7 V. Il y aura donc une différence dans les formes d'onde de sortie pratiques et idéales.

Clipper série négative avec positif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en série au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence positive $V_{r}$ et qui atténue les parties négatives de la forme d'onde, est appelé Negative Series Clipper with positive $V_{r}$. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur série négative lorsque la tension de référence appliquée est positive.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode ne commence à conduire que lorsque la valeur de tension d'anode dépasse la valeur de tension de cathode de la diode. Comme la tension cathodique est égale à la tension de référence appliquée, la sortie sera comme indiqué.

Clipper série négative avec négatif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en série au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence négative $V_{r}$ et qui atténue les parties négatives de la forme d'onde, est appelé Negative Series Clipper with negative $V_{r}$. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur série négative, lorsque la tension de référence appliquée est négative.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode est polarisée en direct et le signal d'entrée apparaît à la sortie. Pendant son cycle négatif, la diode est polarisée en inverse et ne conduira donc pas. Mais la tension de référence négative appliquée, apparaît à la sortie. Par conséquent, le cycle négatif de la forme d'onde de sortie est écrêté après ce niveau de référence.

Clipper Shunt négatif

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en shunt au signal d'entrée et qui atténue les parties négatives de la forme d'onde, est appelé Clipper Shunt négatif. La figure suivante représente le schéma de circuit pournegative shunt clipper.

Positive Cycle of the Input- Lorsque la tension d'entrée est appliquée, le cycle positif de l'entrée rend le point A du circuit positif par rapport au point B. Cela rend la diode polarisée en inverse et par conséquent, elle se comporte comme un interrupteur ouvert. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance de charge est égale à la tension d'entrée appliquée telle qu'elle apparaît complètement à la sortie$V_{0}$

Formes d'onde

Dans les figures ci-dessus, si les formes d'onde sont observées, nous pouvons comprendre qu'une partie seulement du pic négatif a été écrêtée. C'est à cause de la tension aux bornes$V_{0}$. Mais le résultat idéal n'était pas censé l'être. Jetons un coup d'œil aux chiffres suivants.

Clipper Shunt négatif avec positif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en shunt au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence positive $V_{r}$ et qui atténue les parties négatives de la forme d'onde, est appelé Negative Shunt Clipper with positive $V_{r}$. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur à shunt négatif lorsque la tension de référence appliquée est positive.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode est polarisée en inverse et se comporte comme un interrupteur ouvert. Ainsi, l'ensemble de la tension d'entrée, qui est supérieure à la tension de référence appliquée, apparaît en sortie. Le signal en dessous du niveau de tension de référence est coupé.

Pendant le demi-cycle négatif, lorsque la diode est polarisée en direct et que la boucle se termine, aucune sortie n'est présente.

Clipper Shunt négatif avec négatif $V_{r}$

Un circuit Clipper dans lequel la diode est connectée en shunt au signal d'entrée et polarisée avec une tension de référence négative $V_{r}$ et qui atténue les parties négatives de la forme d'onde, est appelé Negative Shunt Clipper with negative $V_{r}$. La figure suivante représente le schéma de circuit de l'écrêteur à shunt négatif, lorsque la tension de référence appliquée est négative.

Pendant le cycle positif de l'entrée, la diode est polarisée en inverse et se comporte comme un interrupteur ouvert. Donc, l'ensemble de la tension d'entrée, apparaît à la sortie$V_{o}$. Pendant le demi-cycle négatif, la diode est polarisée en direct. La tension négative jusqu'à la tension de référence arrive à la sortie et le signal restant est coupé.

Clipper bidirectionnel

Il s'agit d'un écrêteur positif et négatif avec une tension de référence $V_{r}$. La tension d'entrée est écrêtée dans les deux sens à la fois sur les parties positive et négative de la forme d'onde d'entrée avec deux tensions de référence. Pour cela, deux diodes$D_{1}$ et $D_{2}$ avec deux tensions de référence $V_{r1}$ et $V_{r2}$ sont connectés dans le circuit.

Ce circuit est également appelé Combinational Clippercircuit. La figure ci-dessous montre la disposition du circuit pour un circuit écrêteur bidirectionnel ou combinatoire avec sa forme d'onde de sortie.

Pendant la moitié positive du signal d'entrée, la diode $D_{1}$ conduit faisant la tension de référence $V_{r1}$apparaissent à la sortie. Pendant la moitié négative du signal d'entrée, la diode$D_{2}$ conduit faisant la tension de référence $V_{r1}$apparaissent à la sortie. Par conséquent, les deux diodes conduisent alternativement pour couper la sortie pendant les deux cycles. La sortie est prise à travers la résistance de charge.

Avec cela, nous en avons terminé avec les principaux circuits de clipper. Passons aux circuits de serrage dans le chapitre suivant.

Un circuit de serrage est un circuit qui ajoute un niveau CC à un signal CA. En fait, les pics positifs et négatifs des signaux peuvent être placés aux niveaux souhaités en utilisant les circuits de serrage. Lorsque le niveau DC est décalé, un circuit de serrage est appeléLevel Shifter.

Les circuits de serrage sont constitués d'éléments de stockage d'énergie tels que des condensateurs. Un circuit de serrage simple comprend un condensateur, une diode, une résistance et une batterie à courant continu si nécessaire.

Circuit de serrage

Un circuit de serrage peut être défini comme le circuit qui se compose d'une diode, d'une résistance et d'un condensateur qui décale la forme d'onde à un niveau CC souhaité sans changer l'apparence réelle du signal appliqué.

Afin de maintenir la période de temps de la forme d'onde, le tau doit être supérieure à la moitié de la période (le temps de décharge du condensateur doit être lent.)

$$\tau = Rc$$

Où

R est la résistance de la résistance utilisée
C est la capacité du condensateur utilisé

La constante de temps de charge et de décharge du condensateur détermine la sortie d'un circuit de serrage.

Dans un circuit de blocage, un décalage vertical vers le haut ou vers le bas a lieu dans la forme d'onde de sortie par rapport au signal d'entrée.
La résistance de charge et le condensateur affectent la forme d'onde. Ainsi, le temps de décharge du condensateur doit être suffisamment grand.

La composante continue présente dans l'entrée est rejetée lorsqu'un réseau couplé par condensateur est utilisé (comme un condensateur bloque le courant continu). Par conséquent, quanddc doit être restored, un circuit de serrage est utilisé.

Types de pinces

Il existe quelques types de circuits de serrage, tels que

Pince positive
Pince positive avec positive $V_r$
Pince positive avec négatif $V_r$
Clamper négatif
Clamper négatif avec positif $V_{r}$
Pince négative avec négatif $V_{r}$

Examinons-les en détail.

Circuit de serrage positif

Un circuit de serrage rétablit le niveau DC. Lorsqu'un pic négatif du signal est élevé au-dessus du niveau zéro, alors le signal est ditpositively clamped.

Un circuit de serrage positif est celui qui se compose d'une diode, d'une résistance et d'un condensateur et qui décale le signal de sortie vers la partie positive du signal d'entrée. La figure ci-dessous explique la construction d'un circuit de serrage positif.

Initialement, lorsque l'entrée est donnée, le condensateur n'est pas encore chargé et la diode est polarisée en inverse. La sortie n'est pas prise en compte à ce stade. Pendant le demi-cycle négatif, à la valeur de crête, le condensateur se charge de négatif sur une plaque et de positif sur l'autre. Le condensateur est maintenant chargé à sa valeur de crête$V_{m}$. La diode est polarisée en direct et conduit fortement.

Pendant le demi-cycle positif suivant, le condensateur est chargé à Vm positif tandis que la diode est polarisée en inverse et se met en circuit ouvert. La sortie du circuit à ce moment sera

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

Par conséquent, le signal est bridé positivement comme indiqué sur la figure ci-dessus. Le signal de sortie change en fonction des changements de l'entrée, mais décale le niveau en fonction de la charge sur le condensateur, car il ajoute la tension d'entrée.

Clamper positif avec V _r positif

Un circuit de serrage positif s'il est polarisé avec une tension de référence positive, cette tension sera ajoutée à la sortie pour augmenter le niveau de serrage. En utilisant cela, le circuit de la pince positive avec une tension de référence positive est construit comme ci-dessous.

Pendant le demi-cycle positif, la tension de référence est appliquée à travers la diode en sortie et à mesure que la tension d'entrée augmente, la tension de cathode de la diode augmente par rapport à la tension d'anode et, par conséquent, elle cesse de conduire. Pendant le demi-cycle négatif, la diode est polarisée en direct et commence à conduire. La tension aux bornes du condensateur et la tension de référence maintiennent ensemble le niveau de tension de sortie.

Clamper positif avec négatif $V_{r}$

Un circuit de blocage positif s'il est polarisé avec une tension de référence négative, cette tension sera ajoutée à la sortie pour augmenter le niveau de blocage. En utilisant cela, le circuit de la pince positive avec une tension de référence positive est construit comme ci-dessous.

Pendant le demi-cycle positif, la tension aux bornes du condensateur et la tension de référence maintiennent ensemble le niveau de tension de sortie. Pendant le demi-cycle négatif, la diode conduit lorsque la tension de la cathode devient inférieure à la tension de l'anode. Ces changements donnent la tension de sortie comme indiqué dans la figure ci-dessus.

Clamper négatif

Un circuit de serrage négatif est celui qui se compose d'une diode, d'une résistance et d'un condensateur et qui décale le signal de sortie vers la partie négative du signal d'entrée. La figure ci-dessous explique la construction d'un circuit de serrage négatif.

Pendant le demi-cycle positif, le condensateur se charge à sa valeur de crête $v_{m}$. La diode est polarisée en direct et conduit. Pendant le demi-cycle négatif, la diode est polarisée en inverse et se met en circuit ouvert. La sortie du circuit à ce moment sera

$$V_{0}=V_{i}+V_{m}$$

Par conséquent, le signal est bridé négativement comme le montre la figure ci-dessus. Le signal de sortie change en fonction des changements de l'entrée, mais décale le niveau en fonction de la charge sur le condensateur, car il ajoute la tension d'entrée.

Clamper négatif avec V _r positif

Un circuit de blocage négatif s'il est polarisé avec une tension de référence positive, cette tension sera ajoutée à la sortie pour augmenter le niveau de blocage. En utilisant cela, le circuit de la pince négative avec une tension de référence positive est construit comme ci-dessous.

Bien que la tension de sortie soit bloquée négativement, une partie de la forme d'onde de sortie est élevée au niveau positif, car la tension de référence appliquée est positive. Pendant le demi-cycle positif, la diode conduit, mais la sortie est égale à la tension de référence positive appliquée. Pendant le demi-cycle négatif, la diode agit comme un circuit ouvert et la tension aux bornes du condensateur forme la sortie.

Clamper négatif avec V _r négatif

Un circuit de blocage négatif s'il est polarisé avec une tension de référence négative, cette tension sera ajoutée à la sortie pour augmenter le niveau de blocage. En utilisant cela, le circuit de la pince négative avec une tension de référence négative est construit comme ci-dessous.

La cathode de la diode est connectée à une tension de référence négative, qui est inférieure à celle de zéro et à la tension d'anode. Par conséquent, la diode commence à conduire pendant un demi-cycle positif, avant le niveau de tension zéro. Pendant le demi-cycle négatif, la tension aux bornes du condensateur apparaît à la sortie. Ainsi, la forme d'onde est serrée vers la partie négative.

Applications

Il existe de nombreuses applications pour les tondeuses et les pinces telles que

Clippers

Utilisé pour la génération et la mise en forme de formes d'onde
Utilisé pour la protection des circuits contre les pointes
Utilisé pour les restaurateurs d'amplitude
Utilisé comme limiteurs de tension
Utilisé dans les circuits de télévision
Utilisé dans les émetteurs FM

Pinces

Utilisé comme restaurateurs de courant continu
Utilisé pour supprimer les distorsions
Utilisé comme multiplicateur de tension
Utilisé pour la protection des amplificateurs
Utilisé comme équipement de test
Utilisé comme stabilisateur de base

En plus des circuits de mise en forme d'onde tels que les clippers et les clampers, les diodes sont utilisées pour construire d'autres circuits tels que des limiteurs et des multiplicateurs de tension, que nous aborderons dans ce chapitre. Les diodes ont également une autre application importante connue sous le nom de redresseurs, qui sera discutée plus tard.

Limiteurs

Un autre nom que nous rencontrons souvent en parcourant ces tondeuses et pinces est le circuit limiteur. UNElimiter circuit peut être compris comme celui qui empêche la tension de sortie de dépasser une valeur prédéterminée.

Il s'agit plus ou moins d'un circuit écrêteur qui ne permet pas de dépasser la valeur spécifiée du signal. En fait, l'écrêtage peut être qualifié de limite extrême. Par conséquent, la limitation peut être comprise comme un écrêtage régulier.

L'image suivante montre quelques exemples de circuits limiteurs -

Les performances d'un circuit limiteur peuvent être comprises à partir de sa courbe caractéristique de transfert. Un exemple d'une telle courbe est le suivant.

Les limites inférieure et supérieure sont spécifiées dans le graphique qui indiquent les caractéristiques du limiteur. La tension de sortie pour un tel graphique peut être comprise comme

$$V_{0}= L_{-},KV_{i},L_{+}$$

Où

$$L_{-}=V_{i}\leq \frac{L_{-}}{k}$$

$$ KV_ {i} = \ frac {L _ {-}} {k} <V_ {i} <\ frac {L _ {+}} {k} $$

$$L_{+}=V_{i}\geq \frac{L_{+}}{K}$$

Types de limiteurs

Il existe quelques types de limiteurs tels que

Unipolar Limiter - Ce circuit limite le signal dans un sens.
Bipolar Limiter - Ce circuit limite le signal de deux manières.
Soft Limiter - La sortie peut changer dans ce circuit pour même un léger changement dans l'entrée.
Hard Limiter - La sortie ne changera pas facilement avec le changement du signal d'entrée.
Single Limiter - Ce circuit utilise une diode pour la limitation.
Double Limiter - Ce circuit utilise deux diodes pour la limitation.

Multiplicateurs de tension

Il existe des applications où la tension doit être multipliée dans certains cas. Cela peut être fait facilement à l'aide d'un simple circuit utilisant des diodes et des condensateurs. Si la tension est doublée, un tel circuit est appelé doubleur de tension. Cela peut être étendu pour faire un tripleur de tension ou un quadrupleur de tension ou ainsi de suite pour obtenir des tensions CC élevées.

Pour mieux comprendre, considérons un circuit qui multiplie la tension par un facteur 2. Ce circuit peut être appelé Voltage Doubler. La figure suivante montre le circuit d'un doubleur de tension.

La tension d'entrée appliquée sera un signal alternatif qui se présente sous la forme d'une onde sinusoïdale comme indiqué sur la figure ci-dessous.

Travail

Le circuit multiplicateur de tension peut être compris en analysant chaque demi-cycle du signal d'entrée. Chaque cycle fait fonctionner les diodes et les condensateurs de manière différente. Essayons de comprendre cela.

During the first positive half cycle - Lorsque le signal d'entrée est appliqué, le condensateur $C_{1}$ est chargé et la diode $D_{1}$est biaisé en avant. Alors que la diode$D_{2}$ est polarisé en inverse et le condensateur $C_{2}$ne reçoit aucun frais. Cela rend la sortie$V_{0}$ être $V_{m}$

Cela peut être compris à partir de la figure suivante.

Par conséquent, pendant 0 à $\pi$, la tension de sortie produite sera $V_{max}$. Le condensateur$C_{1}$ se charge via la diode polarisée en direct $D_{1}$ pour donner la sortie, tandis que $C_{2}$ne charge pas. Cette tension apparaît à la sortie.

During the negative half cycle - Après cela, lorsque le demi-cycle négatif arrive, la diode $D_{1}$ obtient polarisé en inverse et la diode $D_{2}$est biaisé en avant. La diode$D_{2}$ obtient la charge à travers le condensateur $C_{2}$qui est facturé au cours de ce processus. Le courant traverse ensuite le condensateur$C_{1}$qui décharge. Cela peut être compris à partir de la figure suivante.

Par conséquent pendant $\pi$ à $2\pi$, la tension aux bornes du condensateur $C_{2}$ sera $V_{max}$. Alors que le condensateur$C_{1}$qui est complètement chargé, a tendance à se décharger. Maintenant, les tensions des deux condensateurs apparaissent ensemble à la sortie, qui est$2V_{max}$. Donc, la tension de sortie$V_{0}$ pendant ce cycle est $2V_{max}$

During the next positive half cycle - Le condensateur $C_{1}$ se charge de l'alimentation et de la diode $D_{1}$est biaisé en avant. Le condensateur$C_{2}$ retient la charge car il ne trouvera pas de moyen de se décharger et la diode $D_{2}$obtient un biais inverse. Maintenant, la tension de sortie$V_{0}$ de ce cycle obtient les tensions des deux condensateurs qui apparaissent ensemble à la sortie, qui est $2V_{max}$.

During the next negative half cycle - Le demi-cycle négatif suivant rend le condensateur $C_{1}$ pour décharger à nouveau de sa pleine charge et la diode $D_{1}$ pour inverser le biais tout en $D_{2}$ avant et condensateur $C_{2}$pour charger davantage pour maintenir sa tension. Maintenant, la tension de sortie$V_{0}$ de ce cycle obtient les tensions des deux condensateurs qui apparaissent ensemble à la sortie, qui est $2V_{max}$.

Par conséquent, la tension de sortie $V_{0}$ est maintenu pour être $2V_{max}$ tout au long de son fonctionnement, ce qui fait du circuit un doubleur de tension.

Les multiplicateurs de tension sont principalement utilisés là où des tensions continues élevées sont requises. Par exemple, les tubes à rayons cathodiques et l'écran d'ordinateur.

Diviseur de tension

Alors que des diodes sont utilisées pour multiplier la tension, un ensemble de résistances en série peut être transformé en un petit réseau pour diviser la tension. Ces réseaux sont appelésVoltage Divider réseaux.

Le diviseur de tension est un circuit qui transforme une tension plus élevée en une tension plus petite. Cela se fait à l'aide de résistances connectées en série. La sortie sera une fraction de l'entrée. La tension de sortie dépend de la résistance de la charge qu'elle entraîne.

Essayons de savoir comment fonctionne un circuit diviseur de tension. La figure ci-dessous est un exemple de réseau diviseur de tension simple.

Si nous essayons de dessiner une expression pour la tension de sortie,

$$V_{i}=i\left ( R_{1}+R_{2} \right )$$

$$i=\frac{V-{i}}{\left ( R_{1}+R_{2} \right )}$$

$$V_{0}=i \:R_{2}\rightarrow \:i\:=\frac{V_{0}}{R_{2}}$$

En comparant les deux,

$$\frac{V_{0}}{R_{2}}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}$$

$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$

C'est l'expression pour obtenir la valeur de la tension de sortie. Par conséquent, la tension de sortie est divisée en fonction des valeurs de résistance des résistances du réseau. Plus de résistances sont ajoutées pour avoir différentes fractions de tensions de sortie différentes.

Prenons un exemple de problème pour en savoir plus sur les diviseurs de tension.

Exemple

Calculez la tension de sortie d'un réseau ayant une tension d'entrée de 10v avec deux résistances série 2kΩ et 5kΩ.

La tension de sortie $V_{0}$ est donné par

$$V_{0}=\frac{V_{i}}{\left ( R_1 + R_{2} \right )}R_{2}$$

$$=\frac{10}{\left ( 2 + 5 \right )k\Omega }5k\Omega$$

$$=\frac{10}{7}\times 5=\frac{50}{7}$$

$$=7.142v$$

La tension de sortie $V_0$ pour le problème ci-dessus est 7.14v

La diode est une jonction PN à deux bornes qui peut être utilisée dans diverses applications. L'une de ces applications est un interrupteur électrique. La jonction PN, lorsqu'elle est polarisée en direct, agit comme un circuit fermé et lorsqu'elle est polarisée en inverse, elle agit comme un circuit ouvert. Par conséquent, le changement des états polarisés en avant et en arrière fait que la diode fonctionne comme un commutateur, leforward étant ON et le reverse étant OFF Etat.

Interrupteurs électriques sur interrupteurs mécaniques

Les interrupteurs électriques sont un choix préféré par rapport aux interrupteurs mécaniques pour les raisons suivantes -

Les interrupteurs mécaniques sont sujets à l'oxydation des métaux, contrairement aux interrupteurs électriques.
Les interrupteurs mécaniques ont des contacts mobiles.
Ils sont plus sujets aux contraintes et aux contraintes que les interrupteurs électriques.
L'usure et la déchirure des interrupteurs mécaniques affectent souvent leur fonctionnement.

Par conséquent, un interrupteur électrique est plus utile qu'un interrupteur mécanique.

Fonctionnement de la diode comme interrupteur

Chaque fois qu'une tension spécifiée est dépassée, la résistance de la diode augmente, ce qui rend la diode polarisée en inverse et agit comme un interrupteur ouvert. Chaque fois que la tension appliquée est inférieure à la tension de référence, la résistance de la diode diminue, ce qui rend la diode polarisée en direct et agit comme un interrupteur fermé.

Le circuit suivant explique la diode agissant comme un interrupteur.

Une diode de commutation a une jonction PN dans laquelle la région P est légèrement dopée et la région N est fortement dopée. Le circuit ci-dessus symbolise que la diode s'allume lorsque la tension positive polarise la diode en direct et qu'elle s'éteint lorsque la tension négative polarise la diode.

Sonnerie

Alors que le courant direct circule jusque-là, avec une tension inverse soudaine, le courant inverse circule pendant une instance plutôt que de s'éteindre immédiatement. Plus le courant de fuite est élevé, plus la perte est importante. Le flux de courant inverse lorsque la diode est polarisée en inverse soudainement, peut parfois créer quelques oscillations, appelées commeRINGING.

Cette condition de sonnerie est une perte et doit donc être minimisée. Pour ce faire, les temps de commutation de la diode doivent être compris.

Temps de commutation des diodes

En changeant les conditions de polarisation, la diode subit un transient response. La réponse d'un système à tout changement soudain d'une position d'équilibre est appelée réponse transitoire.

Le changement soudain de la polarisation avant à inverse et de la polarisation inverse à la polarisation directe affecte le circuit. Le temps nécessaire pour répondre à de tels changements brusques est le critère important pour définir l'efficacité d'un interrupteur électrique.

Le temps mis avant que la diode ne retrouve son état stationnaire est appelé Recovery Time.
L'intervalle de temps pris par la diode pour passer de l'état polarisé en inverse à l'état polarisé en direct est appelé Forward Recovery Time.($t_{fr}$)
L'intervalle de temps pris par la diode pour passer de l'état polarisé en direct à l'état polarisé en inverse est appelé Reverse Recovery Time. ($t_{fr}$)

Pour mieux comprendre cela, essayons d'analyser ce qui se passe une fois que la tension est appliquée à une diode PN de commutation.

Concentration de transporteur

La concentration de porteurs de charge minoritaires diminue de façon exponentielle lorsqu'elle est vue loin de la jonction. Lorsque la tension est appliquée, en raison de la condition de polarisation directe, les porteurs majoritaires d'un côté se déplacent vers l'autre. Ils deviennent des porteurs minoritaires de l'autre côté. Cette concentration sera plus à la jonction.

Par exemple, si le type N est considéré, l'excès de trous qui entrent dans le type N après l'application de la polarisation directe s'ajoute aux porteurs minoritaires déjà présents du matériau de type N.

Considérons quelques notations.

Les porteurs majoritaires de type P (trous) = $P_{po}$
Les porteurs majoritaires de type N (électrons) = $N_{no}$
Les porteurs minoritaires de type P (électrons) = $N_{po}$
Les porteurs majoritaires de type N (trous) = $P_{no}$

During Forward biased Condition- Les porteurs minoritaires sont plus proches de la jonction et moins éloignés de la jonction. Le graphique ci-dessous explique cela.

Charge de transporteur minoritaire excédentaire en type P = $P_n-P_{no}$ avec $p_{no}$ (valeur en régime permanent)

Charge de transporteur minoritaire excédentaire en type N = $N_p-N_{po}$ avec $N_{po}$ (valeur en régime permanent)

During reverse bias condition- Les porteurs majoritaires ne conduisent pas le courant à travers la jonction et ne participent donc pas à l'état actuel. La diode de commutation se comporte comme un court-circuit par exemple en sens inverse.

Les porteurs minoritaires traverseront la jonction et conduiront le courant, qui est appelé comme Reverse Saturation Current. Le graphique suivant représente la condition pendant le biais inverse.

Dans la figure ci-dessus, la ligne pointillée représente les valeurs d'équilibre et les lignes pleines représentent les valeurs réelles. Comme le courant dû aux porteurs de charge minoritaires est suffisamment grand pour être conducteur, le circuit sera allumé jusqu'à ce que cette charge excédentaire soit supprimée.

Le temps nécessaire à la diode pour passer de la polarisation directe à la polarisation inverse est appelé Reverse recovery time ($t_{rr}$). Les graphiques suivants expliquent en détail les temps de commutation des diodes.

À partir de la figure ci-dessus, considérons le graphique du courant de diode.

À $t_{1}$la diode est brusquement amenée à l'état OFF à partir de l'état ON; il est connu sous le nom de temps de stockage.Storage timeest le temps nécessaire pour supprimer la charge de transporteur minoritaire excédentaire. Le courant négatif circulant du matériau de type N vers P est d'une quantité considérable pendant le temps de stockage. Ce courant négatif est,

$$-I_R= \frac{-V_{R}}{R}$$

La période suivante est le transition time" (de $t_2$ à $t_3$)

Le temps de transition est le temps nécessaire à la diode pour se mettre complètement en circuit ouvert. Après$t_3$la diode sera en état de polarisation inverse en régime permanent. Avant$t_1$ la diode est en condition de polarisation directe en régime permanent.

Ainsi, le temps nécessaire pour arriver complètement à l'état de circuit ouvert est

$$Reverse \:\:recovery\:\: time\left ( t_{rr} \right )= Storage \:\:time \left ( T_{s} \right )+Transition \:\: time \left ( T_{t} \right )$$

Alors que pour passer à l'état ON à partir de OFF, cela prend moins de temps appelé Forward recovery time. Le temps de récupération inverse est supérieur au temps de récupération avant. Une diode fonctionne comme un meilleur commutateur si ce temps de récupération inverse est réduit.

Définitions

Passons simplement en revue les définitions des périodes de temps discutées.

Storage time - La période pendant laquelle la diode reste dans l'état de conduction même dans l'état polarisé en inverse, est appelée comme Storage time.
Transition time - Le temps écoulé pour revenir à l'état de non-conduction, c'est-à-dire polarisation inverse en régime permanent, est appelé Transition time.
Reverse recovery time - Le temps nécessaire à la diode pour passer de la polarisation directe à la polarisation inverse est appelé Reverse recovery time.
Forward recovery time - Le temps nécessaire à la diode pour passer de la polarisation inverse à la polarisation directe est appelé Forward recovery time.

Facteurs qui affectent les temps de commutation des diodes

Il y a peu de facteurs qui affectent les temps de commutation des diodes, tels que

Diode Capacitance - La capacité de la jonction PN change en fonction des conditions de polarisation.
Diode Resistance - La résistance offerte par la diode pour changer son état.
Doping Concentration - Le niveau de dopage de la diode, affecte les temps de commutation de la diode.
Depletion Width- Plus la largeur de la couche d'épuisement est étroite, plus la commutation sera rapide. Une diode Zener a une région d'appauvrissement plus étroite qu'une diode à avalanche, ce qui fait de la première un meilleur commutateur.

Applications

Il existe de nombreuses applications dans lesquelles des circuits de commutation à diodes sont utilisés, telles que -

Circuits de redressement à grande vitesse
Circuits de commutation à grande vitesse
Récepteurs RF
Applications générales
Applications grand public
Applications automobiles
Applications télécoms, etc.

Ce chapitre fournit un nouveau départ concernant une autre section des circuits à diodes. Cela donne une introduction aux circuits d'alimentation que nous rencontrons dans notre vie quotidienne. Tout appareil électronique consiste en une unité d'alimentation qui fournit la quantité requise d'alimentation en courant alternatif ou continu à diverses sections de cet appareil électronique.

Besoin d'alimentations électriques

Il existe de nombreuses petites sections présentes dans les appareils électroniques tels que l'ordinateur, la télévision, l'oscilloscope à rayons cathodiques, etc., mais toutes ces sections n'ont pas besoin d'alimentation 230V AC que nous obtenons.

Au lieu de cela, une ou plusieurs sections peuvent avoir besoin d'un CC 12 V tandis que d'autres peuvent avoir besoin d'un CC 30 V. Afin de fournir les tensions CC requises, l'alimentation 230 V CA entrante doit être convertie en CC pur pour l'utilisation. lePower supply units servir le même but.

Un bloc d'alimentation pratique ressemble à la figure suivante.

Passons maintenant en revue les différentes parties qui composent un bloc d'alimentation.

Parties d'une alimentation

Un bloc d'alimentation typique comprend les éléments suivants.

Transformer - Un transformateur d'entrée pour la réduction de l'alimentation 230V AC.
Rectifier - Un circuit redresseur pour convertir les composants CA présents dans le signal en composants CC.
Smoothing - Un circuit de filtrage pour lisser les variations présentes dans la sortie redressée.
Regulator - Un circuit régulateur de tension afin de contrôler la tension à un niveau de sortie souhaité.
Load - La charge qui utilise la sortie DC pure de la sortie régulée.

Schéma fonctionnel d'une unité d'alimentation

Le schéma de principe d'un bloc d'alimentation régulée est illustré ci-dessous.

D'après le schéma ci-dessus, il est évident que le transformateur est présent au stade initial. Bien que nous ayons déjà parcouru le concept des transformateurs dans le tutoriel BASIC ELECTRONICS, jetons un coup d'œil dessus.

Transformateur

Un transformateur a un primary coil auquel input est donné et un secondary coil d'où le outputEst collecté. Ces deux bobines sont enroulées sur un matériau central. Habituellement, un isolant forme leCore du transformateur.

La figure suivante montre un transformateur pratique.

D'après la figure ci-dessus, il est évident que quelques notations sont courantes. Ils sont les suivants -

$N_{p}$ = Nombre de tours dans l'enroulement primaire
$N_{s}$ = Nombre de tours dans l'enroulement secondaire
$I_{p}$ = Courant circulant dans le primaire du transformateur
$I_{s}$ = Courant circulant dans le secondaire du transformateur
$V_{p}$ = Tension aux bornes du primaire du transformateur
$V_{s}$ = Tension aux bornes du secondaire du transformateur
$\phi$ = Flux magnétique présent autour du noyau du transformateur

Transformateur dans un circuit

La figure suivante montre comment un transformateur est représenté dans un circuit. L'enroulement primaire, l'enroulement secondaire et le noyau du transformateur sont également représentés sur la figure suivante.

Par conséquent, lorsqu'un transformateur est connecté dans un circuit, l'alimentation d'entrée est donnée à la bobine primaire de sorte qu'elle produit un flux magnétique variable avec cette alimentation et ce flux est induit dans la bobine secondaire du transformateur, ce qui produit la variation EMF de le flux variable. Comme le flux doit varier, pour le transfert des champs électromagnétiques du primaire au secondaire, un transformateur fonctionne toujours en courant alternatif alternatif.

Selon le nombre de spires de l'enroulement secondaire, un transformateur peut être classé soit comme Step-up ou un Step-down transformateur.

Transformateur élévateur

Lorsque l'enroulement secondaire a plus de tours que l'enroulement primaire, alors le transformateur est dit être un Step-uptransformateur. Ici, l'EMF induite est supérieure au signal d'entrée.

La figure ci-dessous montre le symbole d'un transformateur élévateur.

Transformateur abaisseur

Lorsque l'enroulement secondaire a moins de spires que l'enroulement primaire, on dit que le transformateur est un Step-downtransformateur. Ici, l'EMF induite est inférieure au signal d'entrée.

La figure ci-dessous montre le symbole d'un transformateur abaisseur.

Dans nos circuits d'alimentation, nous utilisons le Step-down transformer, car nous devons réduire le courant alternatif en courant continu. La sortie de ce transformateur abaisseur sera moins en puissance et cela sera donné comme entrée de la section suivante, appeléerectifier. Nous discuterons des redresseurs dans le prochain chapitre.

Chaque fois qu'il est nécessaire de convertir un courant alternatif en courant continu, un circuit redresseur vient à la rescousse. Une simple diode de jonction PN agit comme un redresseur. Les conditions de polarisation directe et de polarisation inverse de la diode effectuent le redressement.

Rectification

Un courant alternatif a la propriété de changer d'état en permanence. Ceci est compris en observant l'onde sinusoïdale par laquelle un courant alternatif est indiqué. Il augmente dans sa direction positive va à une valeur positive de crête, réduit de là à la normale et revient à la partie négative et atteint le pic négatif et revient à nouveau à la normale et continue.

Au cours de son parcours dans la formation de l'onde, on peut observer que l'onde va dans des directions positives et négatives. En fait, il modifie complètement et d'où le nom de courant alternatif.

Mais pendant le processus de rectification, ce courant alternatif est transformé en courant continu continu. L'onde qui coule à la fois dans la direction positive et négative jusque-là, obtiendra sa direction limitée uniquement à la direction positive, lorsqu'elle sera convertie en courant continu. Par conséquent, le courant ne peut circuler que dans le sens positif et résiste dans le sens négatif, tout comme dans la figure ci-dessous.

Le circuit qui effectue la rectification est appelé Rectifier circuit. Une diode est utilisée comme redresseur, pour construire un circuit redresseur.

Types de circuits redresseurs

Il existe deux principaux types de circuits redresseurs, en fonction de leur sortie. Elles sont

Redresseur demi-onde
Redresseur pleine onde

Un circuit redresseur demi-onde ne redresse que des demi-cycles positifs de l'alimentation d'entrée, tandis qu'un circuit redresseur pleine onde redresse les demi-cycles positifs et négatifs de l'alimentation d'entrée.

Redresseur demi-onde

Le nom redresseur demi-onde lui-même indique que le rectification est fait uniquement pour halfdu cycle. Le signal AC est donné par un transformateur d'entrée qui augmente ou diminue en fonction de l'utilisation. La plupart du temps, un transformateur abaisseur est utilisé dans les circuits redresseurs, afin de réduire la tension d'entrée.

Le signal d'entrée donné au transformateur passe à travers une diode de jonction PN qui agit comme un redresseur. Cette diode convertit la tension alternative en courant continu pulsé uniquement pour les demi-cycles positifs de l'entrée. Une résistance de charge est connectée à la fin du circuit. La figure ci-dessous montre le circuit d'un redresseur demi-onde.

Fonctionnement d'un HWR

TLe signal d'entrée est donné au transformateur qui réduit les niveaux de tension. La sortie du transformateur est donnée à la diode qui agit comme un redresseur. Cette diode s'allume (conduit) pendant des demi-cycles positifs du signal d'entrée. Par conséquent, un courant circule dans le circuit et il y aura une chute de tension à travers la résistance de charge. La diode s'éteint (ne conduit pas) pour les demi-cycles négatifs et donc la sortie pour les demi-cycles négatifs sera,$i_{D} = 0$ et $V_{o}=0$.

Par conséquent, la sortie n'est présente que pour les demi-cycles positifs de la tension d'entrée (en négligeant le courant de fuite inverse). Cette sortie sera pulsée qui est prise à travers la résistance de charge.

Formes d'onde d'un HWR

Les formes d'onde d'entrée et de sortie sont illustrées dans la figure suivante.

Par conséquent, la sortie d'un redresseur demi-onde est un courant continu pulsé. Essayons d'analyser le circuit ci-dessus en comprenant quelques valeurs qui sont obtenues à partir de la sortie du redresseur demi-onde.

Analyse du redresseur demi-onde

Pour analyser un circuit redresseur demi-onde, considérons l'équation de la tension d'entrée.

$$v_{i}=V_{m} \sin \omega t$$

$V_{m}$ est la valeur maximale de la tension d'alimentation.

Supposons que la diode soit idéale.

La résistance dans le sens direct, c'est-à-dire à l'état ON est $R_f$.
La résistance dans le sens inverse, c'est-à-dire à l'état OFF est $R_r$.

Le courant i dans la diode ou la résistance de charge $R_L$ est donné par

$i=I_m \sin \omega t \quad for\quad 0\leq \omega t\leq 2 \pi$

$ i=0 \quad\quad\quad\quad for \quad \pi\leq \omega t\leq 2 \pi$

Où

$$I_m= \frac{V_m}{R_f+R_L}$$

Courant de sortie CC

Le courant moyen $I_{dc}$ est donné par

$$I_{dc}=\frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2 \pi} i \:d\left ( \omega t \right )$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ \int_{0}^{\pi}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2 \pi}0\: d\left ( \omega t \right )\right ]$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{-\cos \omega t \right \}_{0}^{\pi} \right ]$$

$$=\frac{1}{2 \pi}\left [ I_m\left \{ +1-\left ( -1 \right ) \right \} \right ]=\frac{I_m}{\pi}=0.318 I_m$$

Substituer la valeur de $I_m$, on a

$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$

Si $R_L >> R_f$, puis

$$I_{dc}=\frac{V_m}{\pi R_L}=0.318 \frac{V_m}{R_L}$$

Tension de sortie CC

La tension de sortie CC est donnée par

$$ V_{dc}=I_{dc}\times R_L=\frac{I_m}{\pi}\times R_L$$

$$=\frac{V_m\times R_L}{\pi\left (R_f+R_L \right )}=\frac{V_m}{\pi\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

Si $R_L>>R_f$, puis

$$V_{dc}=\frac{V_m}{\pi}=0.318 V_m$$

Courant et tension RMS

La valeur du courant RMS est donnée par

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi} i^{2} d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{2 \pi}\int_{0}^{2\pi}I_{m}^{2} \sin^{2}\omega t \:d\left (\omega t \right ) +\frac{1}{2\pi}\int_{\pi}^{2\pi} 0 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{2 \pi}\int_{0}^{\pi}\left ( \frac{1-\cos 2 \omega t}{2} \right )d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \left ( \omega t \right )-\frac{\sin 2 \omega t}{2} \right \}_{0}^{\pi}\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi}\left \{ \pi - 0 - \frac{\sin 2 \pi}{2}+ \sin 0 \right \} \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{4 \pi} \right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{I_m}{2}$$

$$=\frac{V_m}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$

La tension RMS aux bornes de la charge est

$$V_{rms}=I_{rms} \times R_L= \frac{V_m \times R_L}{2\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{V_m}{2\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

Si $R_L>>R_f$, puis

$$V_{rms}=\frac{V_m}{2}$$

Efficacité du redresseur

Tout circuit doit être efficace dans son fonctionnement pour un meilleur rendement. Pour calculer l'efficacité d'un redresseur demi-onde, il faut tenir compte du rapport de la puissance de sortie à la puissance d'entrée.

L'efficacité du redresseur est définie comme

$$\eta =\frac{d.c.power\:\: delivered \:\: to \:\: the \:\: load}{a.c.input \:\: power\:\:from\:\:transformer\:\:secondary}=\frac{P_{ac}}{P_{dc}}$$

Maintenant

$$P_{dc}=\left ( {I_{dc}} \right )^2 \times R_L=\frac{I_m R_L}{\pi^2}$$

Plus loin

$$P_{ac}=P_a+P_r$$

Où

$P_a = power \:dissipated \:at \:the \:junction \:of \:diode$

$$=I_{rms}^{2}\times R_f=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f$$

$$P_r = power \:dissipated \:in \:the \:load \:resistance$$

$$=I_{rms}^{2}\times R_L=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L$$

$$P_{ac}=\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_f+\frac{I_{m}^{2}}{4}\times R_L =\frac{I_{m}^{2}}{4}\left ( R_f+R_L \right )$$

Des deux expressions de $P_{ac}$ et $P_{dc}$, nous pouvons écrire

$$\eta =\frac{I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/4}=\frac{4}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{4}{\pi^2}\frac{1}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}=\frac{0.406}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

Pourcentage d'efficacité du redresseur

$$\eta =\frac{40.6}{\lbrace1+\lgroup\: R_{f}/R_{L}\rgroup\rbrace}$$

Théoriquement, la valeur maximale de l'efficacité du redresseur d'un redresseur demi-onde est de 40,6% lorsque $R_{f}/R_{L} = 0$

En outre, l'efficacité peut être calculée de la manière suivante

$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (I_{dc} \right )^2R_L}{\left ( I_{rms} \right )^2R_L}=\frac{\left ( V_{dc}/R_L \right )^2R_L}{\left (V_{rms}/R_L \right )^2R_L} =\frac{\left ( V_{dc} \right )^2}{\left ( V_{rms} \right )^2}$$

$$=\frac{\left ( V_m/ \pi \right )^2}{\left ( V_m/2 \right )^2}=\frac{4}{\pi^2}=0.406$$

$$=40.6\%$$

Facteur d'ondulation

La sortie redressée contient une certaine quantité de composant CA présent, sous la forme d'ondulations. Ceci est compris en observant la forme d'onde de sortie du redresseur demi-onde. Pour obtenir un pur DC, nous devons avoir une idée sur ce composant.

Le facteur d'ondulation donne l'ondulation de la sortie redressée. Il est désigné pary. Cela peut être défini comme le rapport de la valeur efficace de la composante alternative de la tension ou du courant à la valeur directe ou à la valeur moyenne.

$$\gamma =\frac{ripple \: voltage}{d.c \:voltage} =\frac{rms\:value\:of\: a.c.component}{d.c.value\:of\:wave}=\frac{\left ( V_r \right )_{rms}}{v_{dc}}$$

Ici,

$$\left ( V_r \right )_{rms}=\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}$$

Par conséquent,

$$\gamma =\frac{\sqrt{V_{rms}^{2}-V_{dc}^{2}}}{V_{dc}}=\sqrt{\left (\frac{V_{rms}}{V_{dc}} \right )^2-1}$$

Maintenant,

$$V_{rms}=\left [ \frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi} V_{m}^{2} \sin^2\omega t\:d\left ( \omega t \right ) \right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=V_m\left [ \frac{1}{4\pi} \int_{0}^{\pi}\left ( 1- \cos2 \:\omega t \right )d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}=\frac{V_m}{2}$$

$$V_{dc}=V_{av}=\frac{1}{2\pi}\left [ \int_{0}^{\pi}V_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+\int_{0}^{2\pi} 0.d\left ( \omega t \right )\right ]$$

$$=\frac{V_m}{2 \pi}\left [ -\cos \omega t \right ]_{0}^{\pi}=\frac{V_m}{\pi}$$

$$\gamma =\sqrt{\left [ \left \{ \frac{\left ( V_m/2 \right )}{\left ( V_m/\pi \right )} \right \}^2-1 \right ]}=\sqrt{\left \{ \left ( \frac{\pi}{2} \right )^2-1 \right \}}=1.21$$

Le facteur d'ondulation est également défini comme

$$\gamma =\frac{\left ( I_r \right )_{rms}}{I_{dc}}$$

Comme la valeur du facteur d'ondulation présent dans un redresseur demi-onde est de 1,21, cela signifie que la quantité de courant alternatif présente dans la sortie est $121\%$ de la tension continue

Régulation

Le courant traversant la charge peut varier en fonction de la résistance de charge. Mais même dans de telles conditions, nous nous attendons à ce que notre tension de sortie qui est prise à travers cette résistance de charge, soit constante. Ainsi, notre tension doit être régulée même dans différentes conditions de charge.

La variation de la tension de sortie CC avec la variation du courant de charge CC est définie comme Regulation. La régulation en pourcentage est calculée comme suit.

$$Percentage\:regulation=\frac{V_{no \:load}-V_{full\:load}}{V_{full\:load}} \times 100\%$$

Plus le pourcentage de régulation est bas, meilleure est l'alimentation électrique. Une alimentation idéale aura une régulation à zéro pourcentage.

Facteur d'utilisation du transformateur

La puissance CC à fournir à la charge, dans un circuit redresseur, décide du calibre du transformateur utilisé dans un circuit.

Ainsi, le facteur d'utilisation du transformateur est défini comme

$$TUF=\frac{d.c.power\:to\:be\:delivered\:to\:the\:load}{a.c.rating\:of\:the\:transformer\:secondary}$$

$$=\frac{P_{d.c}}{P_{a.c\left ( rated \right )}}$$

Selon la théorie du transformateur, la tension nominale du secondaire sera

$$V_m/\sqrt{2}$$

La tension efficace réelle qui le traverse sera

$$I_m/2$$

Par conséquent

$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )\times\left ( I_m/2 \right )}$$

Mais

$$V_m=I_m\left ( R_f+R_L \right )$$

Par conséquent

$$TUF=\frac{\left ( I_m/\pi \right )^2\times R_L}{\left \{ I_m\left ( R_f+R_L \right )/\sqrt{2} \right \}\times \left ( I_m/2 \right )}$$

$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2}\times \frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{2\sqrt{2}}{\pi^2} = 0.287$$

Tension inverse de crête

Une diode connectée en polarisation inverse doit fonctionner sous un niveau de tension contrôlé. Si cette tension de sécurité est dépassée, la diode est endommagée. Il est donc très important de connaître cette tension maximale.

La tension inverse maximale que la diode peut supporter sans être détruite est appelée Peak Inverse Voltage. En bref,PIV.

Ici le PIV n'est rien d'autre que Vm

Facteur de forme

Cela peut être compris comme la moyenne mathématique des valeurs absolues de tous les points de la forme d'onde. leform factorest défini comme le rapport de la valeur RMS à la valeur moyenne. Il est désigné parF.

$$F=\frac{rms\:value}{average\:value}=\frac{I_m/2}{I_m/\pi}=\frac{0.5I_m}{0.318I_m}=1.57$$

Facteur de crête

La valeur du pic dans l'ondulation doit être prise en compte pour savoir dans quelle mesure la rectification est efficace. La valeur du facteur de crête est également une considération importante.Peak factor est défini comme le rapport entre la valeur de crête et la valeur RMS.

Par conséquent

$$Peak Factor=\frac{Peak\:value}{r.m.s\:value}=\frac{V_m}{V_m/2}=2$$

Ce sont tous les paramètres importants à considérer lors de l'étude d'un redresseur.

Un circuit redresseur qui redresse à la fois les demi-cycles positifs et négatifs peut être qualifié de redresseur pleine onde car il redresse le cycle complet. La construction d'un redresseur pleine onde peut être de deux types. Elles sont

Redresseur pleine onde à prise centrale
Pont redresseur pleine onde

Les deux ont leurs avantages et leurs inconvénients. Passons maintenant à leur construction et travaillons avec leurs formes d'onde pour savoir laquelle est la meilleure et pourquoi.

Redresseur pleine onde à prise centrale

Un circuit redresseur dont le secondaire du transformateur est exploité pour obtenir la tension de sortie souhaitée, en utilisant alternativement deux diodes, pour redresser le cycle complet est appelé comme un Center-tapped Full wave rectifier circuit. Le transformateur est ici à prise centrale contrairement aux autres cas.

Les caractéristiques d'un transformateur à prise centrale sont:

Le taraudage se fait en tirant un fil au milieu de l'enroulement secondaire. Cet enroulement est ainsi divisé en deux moitiés égales.
La tension au point médian de la prise est nulle. Cela forme un point neutre.
La prise centrale fournit deux tensions de sortie séparées qui sont égales en amplitude mais opposées en polarité l'une à l'autre.
Un certain nombre de bandes peuvent être tirées pour obtenir différents niveaux de tension.

Le transformateur à prise centrale avec deux diodes de redressement est utilisé dans la construction d'un Center-tapped full wave rectifier. Le schéma de circuit d'un redresseur pleine onde à prise centrale est illustré ci-dessous.

Fonctionnement d'un CT-FWR

Le fonctionnement d'un redresseur pleine onde à prise centrale peut être compris par la figure ci-dessus. Lorsque le demi-cycle positif de la tension d'entrée est appliqué, le point M au secondaire du transformateur devient positif par rapport au point N. Cela rend la diode$D_1$biaisé en avant. D'où courant$i_1$ traverse la résistance de charge de A à B. Nous avons maintenant les demi-cycles positifs dans la sortie

Lorsque le demi-cycle négatif de la tension d'entrée est appliqué, le point M au secondaire du transformateur devient négatif par rapport au point N. Cela rend la diode $D_2$biaisé en avant. D'où courant$i_2$ traverse la résistance de charge de A à B. Nous avons maintenant les demi-cycles positifs dans la sortie, même pendant les demi-cycles négatifs de l'entrée.

Formes d'onde de CT FWR

Les formes d'onde d'entrée et de sortie du redresseur pleine onde à prise centrale sont les suivantes.

D'après la figure ci-dessus, il est évident que la sortie est obtenue pour les demi-cycles positifs et négatifs. On observe également que la sortie aux bornes de la résistance de charge est dans lesame direction pour les deux demi-cycles.

Tension inverse de crête

Comme la tension maximale à travers le demi-enroulement secondaire est $V_m$, la totalité de la tension secondaire apparaît aux bornes de la diode non conductrice. D'où lepeak inverse voltage est le double de la tension maximale aux bornes de l'enroulement semi-secondaire, c'est-à-dire

$$PIV=2V_m$$

Désavantages

Il y a peu d'inconvénients pour un redresseur pleine onde à prise centrale tels que -

L'emplacement du taraudage central est difficile
La tension de sortie CC est faible
Le PIV des diodes doit être élevé

Le prochain type de circuit redresseur pleine onde est le Bridge Full wave rectifier circuit.

Pont redresseur pleine onde

Il s'agit d'un tel circuit redresseur pleine onde qui utilise quatre diodes connectées sous forme de pont afin non seulement de produire la sortie pendant le cycle complet d'entrée, mais également d'éliminer les inconvénients du circuit redresseur pleine onde à prise centrale.

Il n'y a pas besoin de taraudage central du transformateur dans ce circuit. Quatre diodes appelées$D_1$, $D_2$, $D_3$ et $D_4$sont utilisés dans la construction d'un réseau de type pont de sorte que deux des diodes conduisent pendant un demi-cycle et deux conduisent pour l'autre demi-cycle de l'alimentation d'entrée. Le circuit d'un redresseur pleine onde en pont est illustré dans la figure suivante.

Fonctionnement d'un pont redresseur pleine onde

Le redresseur pleine onde avec quatre diodes connectées en pont est utilisé pour obtenir une meilleure réponse de sortie pleine onde. Lorsque le demi-cycle positif de l'alimentation d'entrée est donné, le point P devient positif par rapport au pointQ. Cela rend la diode$D_1$ et $D_3$ biaisé en avant tandis que $D_2$ et $D_4$polarisée en inverse. Ces deux diodes seront désormais en série avec la résistance de charge.

La figure suivante indique cela avec le flux de courant conventionnel dans le circuit.

D'où les diodes $D_1$ et $D_3$conduire pendant le demi-cycle positif de l'alimentation d'entrée pour produire la sortie le long de la résistance de charge. Comme deux diodes fonctionnent pour produire la sortie, la tension sera deux fois la tension de sortie du redresseur pleine onde à prise centrale.

Lorsque le demi-cycle négatif de l'alimentation d'entrée est donné, le point P devient négatif par rapport au point Q. Cela rend la diode$D_1$ et $D_3$ polarisé en inverse tandis que $D_2$ et $D_4$biaisé en avant. Ces deux diodes seront désormais en série avec la résistance de charge.

La figure suivante indique cela avec le flux de courant conventionnel dans le circuit.

D'où les diodes $D_{2}$ et $D_{4}$conduire pendant le demi-cycle négatif de l'alimentation d'entrée pour produire la sortie le long de la résistance de charge. Ici aussi, deux diodes travaillent pour produire la tension de sortie. Le courant circule dans le même sens que pendant le demi-cycle positif de l'entrée.

Formes d'onde du pont FWR

Les formes d'onde d'entrée et de sortie du redresseur pleine onde à prise centrale sont les suivantes.

Tension inverse de crête

Chaque fois que deux des diodes sont en parallèle au secondaire du transformateur, la tension secondaire maximale aux bornes du transformateur apparaît au niveau des diodes non conductrices qui constituent le PIV du circuit redresseur. D'où lepeak inverse voltage est la tension maximale aux bornes de l'enroulement secondaire, c'est-à-dire

$$PIV=V_m$$

Avantages

Il existe de nombreux avantages pour un redresseur pleine onde en pont, tels que -

Pas besoin de taraudage central.
La tension de sortie CC est deux fois celle du FWR à percussion centrale.
Le PIV des diodes est de la moitié de la valeur du FWR à tappeur central.
La conception du circuit est plus facile avec une meilleure sortie.

Analysons maintenant les caractéristiques d'un redresseur pleine onde.

Analyse du redresseur pleine onde

Afin d'analyser un circuit redresseur pleine onde, supposons la tension d'entrée $V_{i}$ comme,

$$V_{i}=V_m \sin \omega t$$

Le courant $i_1$ à travers la résistance de charge $R_L$ est donné par

$$i_1=I_m \sin \omega t \quad for \quad0 \leq \omega t \leq \pi$$

$$i_1=\quad0 \quad\quad\quad for \quad \pi \leq \omega t \leq 2\pi$$

Où

$$I_m=\frac{V_m}{R_f+R_L}$$

$R_f$ étant la résistance de la diode en condition ON.

De même, le courant $i_2$ traversant la diode $D_2$ et la résistance de charge RL est donnée par,

$$i_2=\quad\:0 \quad\quad\quad for \quad 0 \leq \omega t \leq \pi$$

$$i_2=I_m \sin \omega t \quad for \quad\pi \leq \omega t \leq 2\pi$$

Le courant total qui traverse $R_L$ est la somme des deux courants $i_1$ et $i_2$ c'est à dire

$$i=i_1+i_2$$

DC ou courant moyen

La valeur moyenne du courant de sortie qu'indiquera un ampèremètre CC est donnée par

$$I_{dc}=\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi} i_1 \:d\left ( \omega t \right )+\frac{1}{2\pi}\int_{0}^{2\pi}i_2 \:d\left ( \omega t \right )$$

$$=\frac{1}{2\pi\int_{0}^{\pi}}I_m \sin \omega t \:d\left ( \omega t \right )+0+0+$$

$$\frac{1}{2\pi} \int_{0}^{2\pi}I_m \sin \omega t\:d\left ( \omega t \right ) $$

$$=\frac{I_m}{\pi}+ \frac{I_m}{\pi} =\frac{2I_m}{\pi}=0.636I_m$$

C'est le double de la valeur d'un redresseur demi-onde.

Tension de sortie CC

La tension de sortie CC aux bornes de la charge est donnée par

$$V_{dc}=I_{dc}\times R_L = \frac{2I_mR_L}{\pi}=0.636I_mR_L$$

Ainsi, la tension de sortie continue est le double de celle d'un redresseur demi-onde.

Courant RMS

La valeur RMS du courant est donnée par

$$I_{rms}=\left [ \frac{1}{\pi}\int_{0}^{\pi} t^2 \:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

Puisque le courant est de la même forme dans les deux moitiés

$$=\left [ \frac{I_{m}^{2}}{\pi} \int_{0}^{\pi }\sin^2 \omega t\:d\left ( \omega t \right )\right ]^{\frac{1}{2}}$$

$$=\frac{I_m}{\sqrt{2}}$$

Efficacité du redresseur

L'efficacité du redresseur est définie comme

$$\eta=\frac{P_{dc}}{P_{ac}}$$

Maintenant,

$$P_{dc}=\left (V_{dc} \right )^2/R_L=\left ( 2V_m/\pi \right )^2$$

Et,

$$P_{ac}=\left (V_{rms} \right )^2/R_L=\left (V_m/\sqrt{2} \right )^2$$

Par conséquent,

$$\eta =\frac{P_{dc}}{P_{ac}}=\frac{\left (2V_m/\pi \right )^2}{\left ( V_m/\sqrt{2} \right )^2}=\frac{8}{\pi^2}$$

$$=0.812=81.2\%$$

L'efficacité du redresseur peut être calculée comme suit -

La puissance de sortie cc,

$$P_{dc}=I_{dc}^{2}R_L=\frac{4I_{m}^{2}}{\pi^2}\times R_L$$

La puissance d'entrée ca,

$$P_{ac}=I_{rms}^{2}\left (R_f+R_L \right )=\frac{I_{m}^{2}}{2}\left ( R_f+R_L \right )$$

Par conséquent,

$$\eta=\frac{4I_{m}^{2}R_L/\pi^2}{I_{m}^{2}\left ( R_f+R_L \right )/2}=\frac{8}{\pi^2}\frac{R_L}{\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{0.812}{\left \{ 1+\left ( R_f/R_L \right ) \right \}}$$

Par conséquent, le pourcentage d'efficacité est

$$=\frac{0.812}{ 1+\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=81.2\% \quad if\: R_f=0$$

Ainsi, un redresseur pleine onde a une efficacité deux fois supérieure à celle d'un redresseur demi-onde.

Facteur d'ondulation

Le facteur de forme de la tension de sortie redressée d'un redresseur pleine onde est donné par

$$F=\frac{I_{rms}}{I_{dc}}=\frac{I_m/\sqrt{2}}{2I_m/\pi}=1.11$$

Le facteur d'entraînement $\gamma$ est défini comme (en utilisant la théorie des circuits à courant alternatif)

$$\gamma =\left [ \left ( \frac{I_{rms}}{I_{dc}} \right )-1 \right ]^{\frac{1}{2}}=\left ( F^2 -1\right )^{\frac{1}{2}}$$

$$=\left [ \left ( 1.11 \right )^2 -1\right ]^\frac{1}{2}=0.48$$

C'est une grande amélioration par rapport au facteur d'ondulation du redresseur demi-onde qui était de 1,21

Régulation

La tension de sortie CC est donnée par

$$V_{dc}=\frac{2I_mR_L}{\pi}=\frac{2V_mR_L}{\pi\left ( R_f+R_L \right )}$$

$$=\frac{2V_m}{\pi}\left [ 1-\frac{R_f}{R_f+R_L} \right ]=\frac{2V_m}{\pi}-I_{dc}R_f$$

Facteur d'utilisation du transformateur

La TUF d'un redresseur demi-onde est de 0,287

Il y a deux enroulements secondaires dans un redresseur à prise centrale et, par conséquent, le TUF du redresseur à onde pleine à centrage est

$$\left ( TUF \right )_{avg}=\frac{P_{dc}}{V-A\:rating\:of\:a\:transformer}$$

$$=\frac{\left ( TUF \right )_p+\left ( TUF \right )_s+\left ( TUF \right )_s}{3}$$

$$=\frac{0.812+0.287+0.287}{3}=0.693$$

Redresseur demi-onde ou pleine onde

Après avoir parcouru toutes les valeurs des différents paramètres du redresseur pleine onde, essayons simplement de comparer et de contraster les caractéristiques des redresseurs demi-onde et pleine onde.

termes	Redresseur demi-onde	FWR à taraudage central	Pont FWR
Nombre de diodes	$1$	$2$	$4$
Prise de transformateur	$No$	$Yes$	$No$
Tension inverse de crête	$V_m$	$2V_m$	$V_m$
Efficacité maximale	$40.6\%$	$81.2\%$	$81.2\%$
Courant moyen / continu	$I_m/\pi$	$2I_m/\pi$	$2I_m/\pi$
Tension continue	$V_m/\pi$	$2V_m/\pi$	$2V_m/\pi$
Courant RMS	$I_m/2$	$I_m/\sqrt{2}$	$I_m/\sqrt{2}$
Facteur d'ondulation	$1.21$	$0.48$	$0.48$
Fréquence de sortie	$f_{in}$	$2f_{in}$	$2f_{in}$

Le schéma de principe de l'alimentation électrique explique clairement qu'un circuit de filtre est nécessaire après le circuit redresseur. Un redresseur aide à convertir un courant alternatif pulsé en courant continu, qui ne circule que dans une direction. Jusqu'à présent, nous avons vu différents types de circuits redresseurs.

Les sorties de tous ces circuits redresseurs contiennent un certain facteur d'ondulation. Nous avons également observé que le facteur d'ondulation d'un redresseur demi-onde est supérieur à celui d'un redresseur pleine onde.

Pourquoi avons-nous besoin de filtres?

L'ondulation dans le signal indique la présence d'un composant AC. Ce composant AC doit être complètement supprimé afin d'obtenir une sortie DC pure. Donc, nous avons besoin d'un circuit quismoothens la sortie redressée en un signal continu pur.

UNE filter circuit est celui qui supprime le composant CA présent dans la sortie redressée et permet au composant CC d'atteindre la charge.

La figure suivante montre la fonctionnalité d'un circuit de filtrage.

Un circuit de filtrage est construit en utilisant deux composants principaux, un inducteur et un condensateur. Nous avons déjà étudié dans le didacticiel Basic Electronics qui

Un inducteur permet dc et blocs ac.
Un condensateur permet ac et blocs dc.

Essayons de construire quelques filtres, en utilisant ces deux composants.

Filtre d'inducteur de série

Comme un inducteur permet le courant continu et bloque le courant alternatif, un filtre appelé Series Inductor Filterpeut être construit en connectant l'inducteur en série, entre le redresseur et la charge. La figure ci-dessous montre le circuit d'un filtre inductif en série.

La sortie redressée lorsqu'elle est passée à travers ce filtre, l'inductance bloque les composants alternatifs présents dans le signal, afin de fournir un courant continu pur. Il s'agit d'un simple filtre primaire.

Filtre de condensateur shunt

Comme un condensateur laisse passer le courant alternatif et bloque le courant continu, un filtre appelé Shunt Capacitor Filter peut être construit à l'aide d'un condensateur, connecté en shunt, comme illustré dans la figure suivante.

La sortie redressée lorsqu'elle est passée à travers ce filtre, les composants alternatifs présents dans le signal sont mis à la terre à travers le condensateur qui permet les composants alternatifs. Les composants CC restants présents dans le signal sont collectés en sortie.

Les types de filtres décrits ci-dessus sont construits en utilisant une inductance ou un condensateur. Maintenant, essayons d'utiliser les deux pour créer un meilleur filtre. Ce sont des filtres combinatoires.

Filtre LC

Un circuit de filtre peut être construit en utilisant à la fois une inductance et un condensateur afin d'obtenir une meilleure sortie là où les rendements à la fois de l'inductance et du condensateur peuvent être utilisés. La figure ci-dessous montre le schéma de circuit d'un filtre LC.

La sortie redressée lorsqu'elle est donnée à ce circuit, l'inductance permet aux composants à courant continu de le traverser, bloquant les composants à courant alternatif dans le signal. Maintenant, à partir de ce signal, peu de composants alternatifs supplémentaires, le cas échéant, sont mis à la terre afin que nous obtenions une sortie CC pure.

Ce filtre est également appelé Choke Input Filterlorsque le signal d'entrée entre pour la première fois dans l'inducteur. La sortie de ce filtre est meilleure que les précédentes.

Π- Filtre (filtre Pi)

Il s'agit d'un autre type de circuit de filtrage très couramment utilisé. Il a un condensateur à son entrée et par conséquent, il est également appelé comme unCapacitor Input Filter. Ici, deux condensateurs et un inducteur sont connectés sous la forme d'un réseau en forme de π. Un condensateur en parallèle, puis un inducteur en série, suivi d'un autre condensateur en parallèle font ce circuit.

Si nécessaire, plusieurs sections identiques peuvent également y être ajoutées, selon le besoin. La figure ci-dessous montre un circuit pour$\pi$ filtre (Pi-filter).

Fonctionnement d'un filtre Pi

Dans ce circuit, nous avons un condensateur en parallèle, puis un inducteur en série, suivi d'un autre condensateur en parallèle.

Capacitor C₁- Ce condensateur de filtrage offre une réactance élevée au courant continu et une faible réactance au signal alternatif. Après avoir mis à la terre les composants alternatifs présents dans le signal, le signal passe à l'inducteur pour une filtration supplémentaire.
Inductor L- Cet inducteur offre une faible réactance aux composants en courant continu, tout en bloquant les composants en courant alternatif le cas échéant, à travers le condensateur C ₁ .
Capacitor C₂ - Maintenant, le signal est encore lissé à l'aide de ce condensateur afin qu'il autorise tout composant alternatif présent dans le signal, que l'inducteur n'a pas réussi à bloquer.

Ainsi, nous obtenons la sortie DC pure souhaitée à la charge.

La prochaine et la dernière étape avant la charge, dans un système d'alimentation électrique, est la partie régulateur. Essayons maintenant de comprendre ce qu'est un régulateur et ce qu'il fait.

La partie de l'électronique qui s'occupe du contrôle et de la conversion de l'énergie électrique peut être appelée Power Electronics. Un régulateur est un dispositif important en matière d'électronique de puissance car il contrôle la puissance de sortie.

Besoin d'un régulateur

Pour qu'une alimentation électrique produise une tension de sortie constante, quelles que soient les variations de tension d'entrée ou les variations de courant de charge, il existe un besoin d'un régulateur de tension.

UNE voltage regulatorest un tel dispositif qui maintient une tension de sortie constante, au lieu de toute sorte de fluctuations de la tension d'entrée appliquée ou de toute variation de courant, tirée par la charge. L'image suivante donne une idée de ce à quoi ressemble un régulateur pratique.

Types de régulateurs

Les régulateurs peuvent être classés en différentes catégories, en fonction de leur fonctionnement et du type de connexion.

Depending upon the type of regulation, les régulateurs sont principalement divisés en deux types, à savoir les régulateurs de ligne et de charge.

Line Regulator - Le régulateur qui régule la tension de sortie pour être constante, malgré les variations de la ligne d'entrée, il est appelé comme Line regulator.
Load Regulator - Le régulateur qui régule la tension de sortie pour être constant, malgré les variations de charge en sortie, il est appelé comme Load regulator.

Depending upon the type of connection, il existe deux types de régulateurs de tension. Elles sont

Régulateur de tension série
Régulateur de tension shunt

Leur disposition dans un circuit sera exactement comme dans les figures suivantes.

Jetons un coup d'œil à d'autres types de régulateurs importants.

Régulateur de tension Zener

Un régulateur de tension Zener est un régulateur qui utilise une diode Zener pour réguler la tension de sortie. Nous avons déjà discuté des détails concernant la diode Zener dans le tutoriel BASIC ELECTRONICS.

Lorsque la diode Zener est utilisée dans la panne ou Zener region, la tension à ses bornes est sensiblement constant pour un large change of currentà travers. Cette caractéristique fait de la diode Zener ungood voltage regulator.

La figure suivante montre une image d'un simple régulateur Zener.

La tension d'entrée appliquée $V_i$ lorsqu'il est augmenté au-delà de la tension Zener $V_z$, puis la diode Zener fonctionne dans la région de claquage et maintient une tension constante aux bornes de la charge. La résistance de limitation en série$R_s$ limite le courant d'entrée.

Fonctionnement du régulateur de tension Zener

La diode Zener maintient la tension à travers elle constante malgré les variations de charge et les fluctuations de tension d'entrée. Nous pouvons donc considérer 4 cas pour comprendre le fonctionnement d'un régulateur de tension Zener.

Case 1 - Si le courant de charge $I_L$ augmente, puis le courant à travers la diode Zener $I_Z$ diminue afin de maintenir le courant à travers la résistance série $R_S$constant. La tension de sortie Vo dépend de la tension d'entrée Vi et de la tension aux bornes de la résistance série$R_S$.

Ceci peut être écrit comme

$$V_o=V_{in}-IR_{s}$$

Où $I$est constante. Par conséquent,$V_o$ reste également constant.

Case 2 - Si le courant de charge $I_L$ diminue, puis le courant à travers la diode Zener $I_Z$ augmente, à mesure que le courant $I_S$à travers la résistance série RS reste constante. Bien que le courant$I_Z$ grâce à la diode Zener augmente, il maintient une tension de sortie constante $V_Z$, qui maintient la tension de charge constante.

Case 3 - Si la tension d'entrée $V_i$ augmente, puis le courant $I_S$à travers la résistance série RS augmente. Cela augmente la chute de tension à travers la résistance, c'est-à-dire$V_S$augmente. Bien que le courant à travers la diode Zener$I_Z$ augmente avec cela, la tension aux bornes de la diode Zener $V_Z$ reste constant, en maintenant la tension de charge de sortie constante.

Case 4 - Si la tension d'entrée diminue, le courant à travers la résistance série diminue, ce qui fait passer le courant à travers la diode Zener $I_Z$diminue. Mais la diode Zener maintient la tension de sortie constante en raison de sa propriété.

Limitations du régulateur de tension Zener

Il existe quelques limitations pour un régulateur de tension Zener. Ils sont -

Il est moins efficace pour les courants de charge élevés.
L'impédance Zener affecte légèrement la tension de sortie.

Par conséquent, un régulateur de tension Zener est considéré comme efficace pour les applications basse tension. Passons maintenant en revue les autres types de régulateurs de tension, qui sont fabriqués à l'aide de transistors.

Régulateur de tension série transistor

Ce régulateur a un transistor en série avec le régulateur Zener et les deux en parallèle à la charge. Le transistor fonctionne comme une résistance variable régulant la tension de son émetteur de collecteur afin de maintenir la tension de sortie constante. La figure ci-dessous montre le régulateur de tension série transistor.

Avec les conditions de fonctionnement d'entrée, le courant à travers la base du transistor change. Cela affecte la tension aux bornes de la jonction émetteur de base du transistor$V_{BE}$. La tension de sortie est maintenue par la tension Zener$V_Z$ce qui est constant. Comme les deux sont maintenus égaux, tout changement de l'alimentation d'entrée est indiqué par le changement de la tension de base de l'émetteur.$V_{BE}$.

Par conséquent, la tension de sortie Vo peut être comprise comme

$$V_O=V_Z+V_{BE}$$

Fonctionnement du régulateur de tension série transistor

Le fonctionnement d'un régulateur de tension en série doit être pris en compte pour les variations d'entrée et de charge. Si la tension d'entrée est augmentée, la tension de sortie augmente également. Mais cela à son tour rend la tension à travers la jonction de base du collecteur$V_{BE}$ pour diminuer, comme la tension Zener $V_Z$reste constant. La conduction diminue à mesure que la résistance à travers la région de collecteur d'émetteur augmente. Cela augmente encore la tension aux bornes de la jonction collecteur émetteur VCE réduisant ainsi la tension de sortie$V_O$. Ce sera similaire lorsque la tension d'entrée diminue.

Lorsque les changements de charge se produisent, ce qui signifie que si la résistance de la charge diminue, l'augmentation du courant de charge $I_L$, la tension de sortie $V_O$ diminue, augmentant la tension de base de l'émetteur $V_{BE}$.

Avec l'augmentation de la tension de base de l'émetteur $V_{BE}$la conduction augmente en réduisant la résistance du collecteur d'émetteur. Cela augmente à son tour le courant d'entrée qui compense la diminution de la résistance de charge. Ce sera similaire lorsque le courant de charge augmente.

Limitations du régulateur de tension de la série Transistor

Les régulateurs de tension de la série Transistor présentent les limitations suivantes:

Les tensions $V_{BE}$ et $V_Z$ sont affectés par l'augmentation de la température.
Aucune bonne régulation pour les courants élevés n'est possible.
La dissipation de puissance est élevée.
La dissipation de puissance est élevée.
Moins efficace.

Pour minimiser ces limitations, un régulateur shunt à transistor est utilisé.

Régulateur de tension shunt transistor

Un circuit régulateur shunt à transistor est formé en connectant une résistance en série avec l'entrée et un transistor dont la base et le collecteur sont connectés par une diode Zener qui régule, tous deux en parallèle avec la charge. La figure ci-dessous montre le schéma de circuit d'un régulateur shunt à transistor.

Fonctionnement du régulateur de tension shunt transistor

Si la tension d'entrée augmente, le $V_{BE}$ et $V_O$est également augmenté. Mais cela se produit au départ. En fait, quand$V_{in}$ augmente, le courant $I_{in}$augmente également. Ce courant, lorsqu'il traverse RS, provoque une chute de tension$V_S$ à travers la résistance série, qui augmente également avec $V_{in}$. Mais cela fait$V_o$diminuer. Maintenant cette diminution de$V_o$compense l'augmentation initiale en la maintenant constante. Par conséquent$V_o$est maintenu constant. Si la tension de sortie diminue à la place, l'inverse se produit.

Si la résistance de charge diminue, il devrait y avoir une diminution de la tension de sortie $V_o$. Le courant traversant la charge augmente. Cela fait diminuer le courant de base et le courant de collecteur du transistor. La tension aux bornes de la résistance série devient faible, car le courant circule fortement. Le courant d'entrée sera constant.

La tension de sortie apparaît sera la différence entre la tension appliquée $V_i$ et la chute de tension en série $V_s$. Par conséquent, la tension de sortie sera augmentée pour compenser la diminution initiale et donc maintenue constante. L'inverse se produit si la résistance de charge augmente.

Régulateurs IC

Les régulateurs de tension sont désormais disponibles sous la forme de circuits intégrés (CI). Ceux-ci sont appelés en bref régulateurs IC.

Outre la fonctionnalité comme un régulateur normal, un régulateur IC possède des propriétés telles que la compensation thermique, la protection contre les courts-circuits et la protection contre les surtensions qui sont intégrées à l'appareil.

Types de régulateurs IC

Les régulateurs IC peuvent être des types suivants -

Régulateurs de tension positive fixe
Régulateurs de tension négative fixes
Régulateurs de tension réglables
Régulateurs de tension à double suivi

Parlons-en maintenant en détail.

Régulateur de tension positive fixe

La sortie de ces régulateurs est fixée à une valeur spécifique et les valeurs sont positives, ce qui signifie que la tension de sortie fournie est une tension positive.

La série la plus utilisée est la série 7800 et les circuits intégrés seront comme IC 7806, IC 7812 et IC 7815 etc. qui fournissent respectivement + 6v, + 12v et + 15v comme tensions de sortie. La figure ci-dessous montre l'IC 7810 connecté pour fournir une tension de sortie régulée positive fixe de 10 V.

Dans la figure ci-dessus, le condensateur d'entrée $C_1$ est utilisé pour éviter les oscillations indésirables et le condensateur de sortie $C_2$ agit comme un filtre de ligne pour améliorer la réponse transitoire.

Régulateur de tension négative fixe

La sortie de ces régulateurs est fixée à une valeur spécifique et les valeurs sont négatives, ce qui signifie que la tension de sortie fournie est une tension négative.

La série la plus utilisée est la série 7900 et les circuits intégrés seront comme IC 7906, IC 7912 et IC 7915 etc. qui fournissent respectivement -6v, -12v et -15v comme tensions de sortie. La figure ci-dessous montre l'IC 7910 connecté pour fournir une tension de sortie régulée négative fixe de 10 V.

Régulateurs de tension réglables

Un régulateur de tension réglable a trois bornes IN, OUT et ADJ. Les bornes d'entrée et de sortie sont communes tandis que la borne réglable est pourvue d'une résistance variable qui permet à la sortie de varier dans une large plage.

La figure ci-dessus montre une alimentation non régulée pilotant un régulateur IC réglable LM 317 qui est couramment utilisé. Le LM 317 est un régulateur de tension réglable positif à trois bornes et peut fournir 1,5 A de courant de charge sur une plage de sortie réglable de 1,25 V à 37 V.

Régulateurs de tension à double voie

Un régulateur à double voie est utilisé lorsque des tensions d'alimentation divisées sont nécessaires. Ceux-ci fournissent des tensions de sortie positives et négatives égales. Par exemple, le CI RC4195 fournit des sorties CC de + 15v et -15v. Cela nécessite deux tensions d'entrée non régulées telles que l'entrée positive peut varier de + 18v à + 30v et l'entrée négative peut varier de -18v à -30v.

L'image ci-dessus montre un régulateur IC RC4195 à double suivi. Les régulateurs réglables à double pointage sont également disponibles dont les sorties varient entre deux limites nominales.

Les sujets abordés jusqu'à présent représentent différentes sections du bloc d'alimentation. Toutes ces sections ensemble font leLinear Power Supply. Il s'agit de la méthode conventionnelle pour obtenir du CC à partir de l'alimentation CA d'entrée.

Alimentation linéaire

L'alimentation linéaire (LPS) est l'alimentation régulée qui dissipe beaucoup de chaleur dans la résistance série pour réguler la tension de sortie qui a une faible ondulation et un faible bruit. Ce LPS a de nombreuses applications.

Une alimentation linéaire nécessite des dispositifs à semi-conducteurs plus gros pour réguler la tension de sortie et génère plus de chaleur, ce qui entraîne une efficacité énergétique inférieure. Les alimentations linéaires ont des temps de réponse transitoires jusqu'à 100 fois plus rapides que les autres, ce qui est très important dans certains domaines spécialisés.

Avantages du LPS

L'alimentation électrique est continue.
Le circuit est simple.
Ce sont des systèmes fiables.
Ce système répond de manière dynamique aux changements de charge.
Les résistances du circuit sont modifiées pour réguler la tension de sortie.
Comme les composants fonctionnent dans une région linéaire, le bruit est faible.
L'ondulation est très faible dans la tension de sortie.

Inconvénients du LPS

Les transformateurs utilisés sont plus lourds et plus gros.
La dissipation thermique est plus.
L'efficacité de l'alimentation linéaire est de 40 à 50%
L'énergie est gaspillée sous forme de chaleur dans les circuits LPS.
Une seule tension de sortie est obtenue.

Nous avons déjà parcouru différentes parties d'une alimentation linéaire. Le schéma fonctionnel d'une alimentation linéaire est illustré dans la figure suivante.

Malgré les inconvénients ci-dessus, les alimentations linéaires sont largement utilisées dans les amplificateurs à faible bruit, les équipements de test et les circuits de commande. De plus, ils sont également utilisés dans l'acquisition de données et le traitement du signal.

Tous les systèmes d'alimentation qui nécessitent une régulation simple et où l'efficacité n'est pas un problème, les circuits LPS sont utilisés. Comme le bruit électrique est plus faible, le LPS est utilisé pour alimenter des circuits analogiques sensibles. Mais pour surmonter les inconvénients du système d'alimentation linéaire, l'alimentation en mode commuté (SMPS) est utilisée.

Alimentation à découpage (SMPS)

Les inconvénients des LPS tels que le rendement inférieur, la nécessité d'une grande valeur de condensateurs pour réduire les ondulations et les transformateurs lourds et coûteux, etc. sont surmontés par la mise en œuvre de Switched Mode Power Supplies.

Le fonctionnement du SMPS se comprend simplement en sachant que le transistor utilisé en LPS sert à contrôler la chute de tension tandis que le transistor en SMPS est utilisé comme un controlled switch.

Travail

Le fonctionnement de SMPS peut être compris par la figure suivante.

Essayons de comprendre ce qui se passe à chaque étape du circuit SMPS.

Étape d'entrée

Le signal d'alimentation d'entrée CA 50 Hz est transmis directement à la combinaison redresseur et circuit de filtre sans utiliser de transformateur. Cette sortie aura de nombreuses variations et la valeur de capacité du condensateur doit être plus élevée pour gérer les fluctuations d'entrée. Ce courant continu non régulé est donné à la section de commutation centrale du SMPS.

Section de commutation

Un dispositif de commutation rapide tel qu'un transistor de puissance ou un MOSFET est utilisé dans cette section, qui commute sur ON et OFF selon les variations et cette sortie est donnée au primaire du transformateur présent dans cette section. Les transformateurs utilisés ici sont beaucoup plus petits et plus légers contrairement à ceux utilisés pour une alimentation à 60 Hz. Ceux-ci sont beaucoup plus efficaces et par conséquent, le rapport de conversion de puissance est plus élevé.

Étape de sortie

Le signal de sortie de la section de commutation est à nouveau redressé et filtré pour obtenir la tension continue requise. Il s'agit d'une tension de sortie régulée qui est ensuite donnée au circuit de commande, qui est un circuit de rétroaction. La sortie finale est obtenue après avoir considéré le signal de retour.

Unité de contrôle

Cette unité est le circuit de rétroaction qui comporte de nombreuses sections. Ayons une compréhension claire à ce sujet à partir de la figure suivante.

La figure ci-dessus explique les parties internes d'une unité de commande. Le capteur de sortie détecte le signal et le relie à l'unité de commande. Le signal est isolé de l'autre section afin qu'aucune pointe soudaine n'affecte les circuits. Une tension de référence est donnée comme une entrée avec le signal à l'amplificateur d'erreur qui est un comparateur qui compare le signal avec le niveau de signal requis.

En contrôlant la fréquence de découpage, le niveau de tension final est maintenu. Ceci est contrôlé en comparant les entrées données à l'amplificateur d'erreur, dont la sortie aide à décider d'augmenter ou de diminuer la fréquence de découpage. L'oscillateur PWM produit une fréquence fixe d'onde PWM standard.

Nous pouvons avoir une meilleure idée du fonctionnement complet de SMPS en regardant la figure suivante.

Le SMPS est principalement utilisé là où la commutation des tensions n'est pas du tout un problème et où l'efficacité du système compte vraiment. Il y a peu de points à noter concernant SMPS. Elles sont

Le circuit SMPS fonctionne par commutation et donc les tensions varient en permanence.
L'appareil de commutation fonctionne en mode saturation ou coupure.
La tension de sortie est contrôlée par le temps de commutation du circuit de retour.
Le temps de commutation est ajusté en ajustant le cycle de service.
L'efficacité du SMPS est élevée car, au lieu de dissiper l'excès d'énergie sous forme de chaleur, il commute continuellement son entrée pour contrôler la sortie.

Désavantages

Il y a peu d'inconvénients dans SMPS, tels que

Le bruit est présent en raison de la commutation haute fréquence.
Le circuit est complexe.
Il produit des interférences électromagnétiques.

Avantages

Les avantages de SMPS comprennent,

L'efficacité est aussi élevée que 80 à 90%
Moins de génération de chaleur; moins de gaspillage d'énergie.
Rétroaction harmonique réduite dans le réseau d'alimentation.
L'appareil est compact et de petite taille.
Le coût de fabrication est réduit.
Disposition pour fournir le nombre requis de tensions.

Applications

Il existe de nombreuses applications de SMPS. Ils sont utilisés dans la carte mère des ordinateurs, des chargeurs de téléphones portables, des mesures HVDC, des chargeurs de batterie, de la distribution centrale d'énergie, des véhicules automobiles, de l'électronique grand public, des ordinateurs portables, des systèmes de sécurité, des stations spatiales, etc.

Types de SMPS

SMPS est le circuit d'alimentation à découpage conçu pour obtenir la tension de sortie CC régulée à partir d'une tension CC ou CA non régulée. Il existe quatre types principaux de SMPS tels que

Convertisseur DC en DC
Convertisseur CA en CC
Convertisseur Fly Back
Convertisseur avant

La partie de conversion CA en CC dans la section d'entrée fait la différence entre le convertisseur CA en CC et le convertisseur CC en CC. Le convertisseur Fly back est utilisé pour les applications à faible puissance. Il existe également des convertisseurs Buck et Boost dans les types SMPS qui diminuent ou augmentent la tension de sortie en fonction des besoins. L'autre type de SMPS comprend le convertisseur fly-back auto-oscillant, le convertisseur Buck-boost, Cuk, Sepic, etc.

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Le filtre RLC

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Clipper série négative avec positif $V_{r}$

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