Transformation, redressement et lissage d'une tension alternative

Le cours

Transformation, redressement et lissage

I. Le transformateur

A. Description

Transformateur : Appareil qui modifie la valeur d'une tension alternative.

Composition : 1. Noyau en fer feuilleté (forme de cadre) 2. Enroulement primaire (bobine d'entrée) 3. Enroulement secondaire (bobine de sortie)

        Primaire  │ Noyau fer │  Secondaire
                  │           │
   U₁ ──⊏∿∿∿∿⊐───║═══════════║───⊏∿∿∿∿⊐── U₂
                  │           │
         N₁ spires│           │ N₂ spires

Symbole électrique :

      ┌──⊏∿∿⊐──┐
  U₁  │        │  U₂
      └────────┘
    (Transformateur)

B. Fonctionnement

Principe : Induction électromagnétique 1. Tension alternative U₁ → courant alternatif primaire 2. Champ magnétique variable dans le noyau 3. Induction de tension U₂ dans le secondaire

⚠️ IMPORTANT : Fonctionne SEULEMENT avec tension ALTERNATIVE (pas avec tension continue).

C. Relation de transformation

Formule :

$$\frac{U_2}{U_1} = \frac{N_2}{N_1}$$

Où : - U₁ = tension primaire (entrée) - U₂ = tension secondaire (sortie) - N₁ = nombre de spires du primaire - N₂ = nombre de spires du secondaire

Rapport de transformation : k = N₂/N₁

D. Types de transformateurs

1. Transformateur abaisseur : U₂ < U₁

• N₂ < N₁
• k < 1
• Exemple : 220 V → 12 V

  220V ──⊏∿∿∿∿∿∿∿∿∿∿⊐──║──⊏∿∿⊐── 12V
       1000 spires     50 spires

  k = 50/1000 = 0,05
  U₂ = 220 × 0,05 = 11 V

Applications : - Chargeurs de téléphone (220V → 5V) - Adaptateurs (220V → 12V, 9V, 6V) - Sonnettes (220V → 6V)

2. Transformateur élévateur : U₂ > U₁

• N₂ > N₁
• k > 1
• Exemple : 220 V → 10 000 V

  220V ──⊏∿∿⊐──║──⊏∿∿∿∿∿∿∿∿∿⊐── 10000V
       100 spires   4545 spires

  k = 4545/100 = 45,45
  U₂ = 220 × 45,45 = 10000 V

Applications : - Transport d'électricité (15 kV → 225 kV) - Tubes néon, écrans cathodiques

Exemple en Côte d'Ivoire : - Centrale d'Azito produit 15 kV - Transformateurs élèvent à 225 kV (transport longue distance Abidjan-Bouaké) - Transformateurs abaissent à 15 kV puis 220 V (distribution)

E. Symboles des générateurs

Générateur de tension continue (pile) :

  ──┬──
    │
  ──┴──
  (+ haut, - bas)

Générateur de tension alternative sinusoïdale :

  ──⊙~~
  (cercle avec ~)

II. Redressement de la tension

A. Problématique

Poste radio à Anékro : - Fonctionne avec tension continue (piles 9V, 12V) - Secteur fournit tension alternative (220V)

Solution : Transformer 220V → 12V (transformateur) puis convertir alternatif → continu (redressement).

B. La diode

Définition : Composant électronique qui laisse passer le courant dans un seul sens.

Symbole :

  ──▷|── 
   Anode Cathode

  (Sens passant : →)

Fonctionnement : - Sens passant (anode → cathode) : La diode conduit (comme un fil) - Sens bloqué (cathode → anode) : La diode ne conduit pas (circuit ouvert)

Courant →  ▷|  → Passe ✅
Courant ←  ▷|  ← Bloqué ❌

C. Redressement simple alternance

Montage :

Tension      Diode
alternative ──▷|──→ Tension redressée
   ~

Principe : - Alternance positive : Diode conduit → tension transmise - Alternance négative : Diode bloque → tension nulle

Oscillogrammes :

Entrée (alternatif) :

  ╱╲    ╱╲    ╱╲
 ╱  ╲  ╱  ╸  ╱  ╲
╱────╲╱────╲╱────

Sortie (redressée simple alternance) :

  ╱╲    ╱╲    ╱╲
 ╱  ╲  ╱  ╲  ╱  ╲
─────────────────
  (Que les alternances +)

Inconvénient : Perd 50% du signal (alternances négatives supprimées).

D. Redressement double alternance (pont de diodes)

Montage : Pont de Graëtz (4 diodes)

        D1
    ┌───▷|───┐
    │        │
~───┤        ├───→ Sortie
    │        │    redressée
    └───▷|───┘
        D3

  (+ 2 autres diodes)

Principe : - Alternance positive : Diodes D1 et D2 conduisent → tension positive - Alternance négative : Diodes D3 et D4 conduisent → inversent le signal → tension positive

Oscillogrammes :

Entrée :

  ╱╲    ╱╲    ╱╲
 ╱  ╲  ╱  ╲  ╱  ╲
╱────╲╱────╲╱────

Sortie (redressée double alternance) :

  ╱╲ ╱╲ ╱╲ ╱╲ ╱╲
 ╱  V  V  V  V  ╲
──────────────────
  (Toutes les alternances +)

Avantage : Utilise 100% du signal (pas de perte).

III. Lissage de la tension

A. Problème

La tension redressée est pulsée (monte-descend rapidement). Les appareils électroniques (radio, TV) nécessitent une tension continue stable.

B. Le condensateur

Définition : Composant qui stocke de l'énergie électrique.

Symbole :

  ──||──  ou  ──|╫|──
  (Condensateur)

Fonctionnement : - Charge : Stocke l'énergie quand la tension monte - Décharge : Restitue l'énergie quand la tension descend

C. Lissage avec condensateur

Montage :

Redresseur ──┬──→ Sortie
             │    lissée
            ═╪═  Condensateur
             │
            ───  (masse)

Oscillogrammes :

Tension redressée (avant condensateur) :

  ╱╲ ╱╲ ╱╲ ╱╲
 ╱  V  V  V  ╲
──────────────
  (Pulsée)

Tension lissée (après condensateur) :

  ═════════════ (Quasi-continue)
   Légères ondulations

Principe : - Tension monte : Condensateur se charge - Tension descend : Condensateur se décharge → maintient la tension

Résultat : Tension quasi-continue avec de faibles ondulations (acceptable pour les appareils).

IV. Chaîne complète (cas du poste radio)

Schéma synoptique :

Secteur     Transformateur  Redresseur    Condensateur
220V ~  →    220V → 12V  →  12V redressé → 12V lissé
                                            (continu)
            ⊏∿∿⊐─║─⊏∿⊐      Pont diodes       ═╪═

Étapes :

1. Secteur : 220 V alternatif (trop élevé)
2. Transformateur abaisseur : 220 V → 12 V alternatif (adapté)
3. Pont de diodes : 12 V alternatif → 12 V redressé (pulsé)
4. Condensateur : 12 V pulsé → 12 V lissé ≈ continu
5. Alimentation du poste radio : 12 V continu (comme avec des piles)

Application à Anékro : Le poste radio contient ce circuit (transformateur + redresseur + condensateur) intégré. Branchement au secteur → circuit convertit 220V alternatif → 12V continu → radio fonctionne !

V. Applications en Côte d'Ivoire

A. Chargeurs de téléphone

Exemple : Chargeur Samsung, iPhone...

220V ~ → Transfo → Redresseur → Condensateur → 5V continu (USB)

Spécifications : - Entrée : 220 V, 50 Hz - Sortie : 5 V, 2 A (courant continu)

B. Adaptateurs secteur

Exemples : Ordinateurs portables, modems wifi, décodeurs Canal+

• PC portable : 220V ~ → 19V continu
• Modem : 220V ~ → 12V continu
• Décodeur : 220V ~ → 9V continu

C. Alimentation des appareils électroniques

Tous les appareils électroniques (TV, radio, ordinateur, téléphone) fonctionnent en tension continue à l'intérieur, même s'ils sont branchés au secteur (alternatif).

Bloc d'alimentation (intégré ou externe) : - Transforme - Redresse - Lisse

→ Fournit la tension continue nécessaire.