Transformation d'une tension alternative en tension continue

Aujourd'hui, pour passer le temps, nous allons nous amuser à transformer une tension alternative en une tension continue.

Courant alternatif, courant continu:  quelle est la différence?

Un courant continu est constant, et circule toujours dans la même direction (il est causé par un mouvement d'électrons qui se déplacent dans le sens contraire au courant).  Les piles produisent un courant continu.

Un courant alternatif change de direction plusieurs fois par seconde (les électrons oscillent autour d'une position d'équilibre).  Votre compagnie d'électricité vous distribue du courant alternatif.

Choix d'une source de tension alternative sécuritaire

Si vous désirez réaliser vous-mêmes cette petite expérience, l'idéal est d'utiliser une source de tension alternative de faible puissance.  Si vous disposez d'un générateur de fonction pouvant produire une tension alternative de quelques volts, c'est parfait.  Sinon, pouvez construire votre propre oscillateur sinusoïdal au moyen d'un amplificateur opérationnel en vous référant à ce précédent article (c'est ce que j'ai moi-même utilisé lors de cette expérience).   Surtout, ne vous branchez pas directement dans une prise de courant!!!

Observons d'abord notre tension alternative sans la modifier:  je l'ai branchée à une résistance de 270 Ω et à un oscilloscope.

La tension varie de façon sinusoïdale et, tel que prévu, elle est parfois positive (courant dans un sens), parfois négative (courant dans l'autre sens).  Ici, l'amplitude est légèrement inférieure à 5 volts, et la fréquence est de 1,7 kHz.

1ère étape de la transformation:  rectification de la tension

La rectification consiste à éliminer le changement de polarité, pour que la tension soit toujours positive.  Pour ce faire, nous allons d'abord utiliser une diode (une diode est un composant qui laisse circuler le courant dans une seule direction, et qui  l'empêche de circuler dans l'autre sens).

En ajoutant une diode, un courant circulera dans la résistance uniquement lorsque la tension alternative et positive.  Lorsque la tension alternative est négative, la diode bloque le courant, et il en résulte une tension nulle aux bornes de la résistance (U = RI...).  C'est ce qui s'appelle un rectificateur à simple alternance.

Si vous comparez cette nouvelle tension à celle que nous avions auparavant, vous pouvez constater qu'il n'y a plus de tension positive.  D'autre part, l'amplitude n'est plus que de 4 volts (il y a une chute de tension d'environ 0,7 V aux bornes de la diode).

Vous remarquez, toutefois, que la tension est nulle la moitié du temps, ce qui est très loin du comportement final désiré.  Nous pouvons faire mieux: l'agencement de 4 diodes illustré ci-dessous est un rectificateur à double alternance.  Peu importe la polarité de la source de tension alternative, le courant traversera la résistance dans la même direction (vers le bas sur le dessin).  La tension aux bornes de la résistance est donc toujours positive.

Trajet du courant si la tension est positive:

Trajet du courant si la tension est négative:

Voilà qui est mieux:  plutôt qu'annuler la tension lorsqu'elle est négative, nous la rendons positive.  Petit effet secondaire:  l'amplitude a encore un peu diminué, puisque maintenant le courant doit traverser 2 diodes plutôt qu'une seule (chute de potentiel de 0,7 V par diode).

2e étape de la transformation:  filtrage

Notre tension garde toujours la même polarité, mais elle varie beaucoup! L'ajout d'un condensateur en parallèle avec notre résistance de charge permettra d'atténuer cette oscillation:  le condensateur se charge lorsque la tension d'entrée est grande et, lorsqu'elle est faible,  il se décharge lentement (ce qui maintient un courant dans la résistance).

3e étape de la transformation:  régulation

À cette étape, la tension est presque continue, et pour bien des applications elle fera parfaitement l'affaire.  Mais si vous désirez éliminer l'oscillation résiduelle de la tension ("ripple"), vous pouvez ajouter un régulateur de tension.

Ici, j'ai utilisé un LM317 réglé à sa valeur minimale de 1,25 V.

Mission accomplie:  nous avons transformé une tension alternative en tension continue.

Yves Pelletier   (Twitter, Facebook)