A1 Diode Triac

Electronique1 - 1

ALEXANDRE - CORNET Ciney

1. DIODE 1.1. Semi-conducteur :

Les semi-conducteurs sont des matriaux qui se situent dans le tableau des lments de Mendeleev entre les isolants et les conducteurs. Il sagit principalement du Silicium (Si) et du Germanium (Ge) possdant 4 lectrons sur leur couche priphrique (valence 4).

Leurs caractristiques sont remarquables. En effet suivant leur traitement et les conditions lectriques auxquelles ils sont soumis, ils peuvent devenir soit des isolants, soit des conducteurs presque parfaits.

Dopage : Aprs une purification trs pousse (99,99999999%), on introduit volontairement dans le cristal semi-conducteur (par sublimation) un faible pourcentage datomes trangers de dimension voisine au Si.

Si lon choisit des matriaux de valence 5 (Phosphore, Antimoine, Arsenic ), leurs atomes vont sinsrer la place datomes semi-conducteurs avec 4 liens de covalence et le 5eme lectron e- sera libre . On dit que le semi-conducteur est dop N (ngativement) et comme il manque cet e- latome de l impuret , elle devient ion+. Si lon choisit des matriaux de valence 3 (Aluminium, Gallium, Indium ), leurs atomes vont sinsrer la place datomes semi-conducteurs mais en crant un trou libre h+. Le semi-conducteur est dop P et comme latome de limpuret capt un e- (ou perdu un h+), il devient un ion-. Ces ions+ et ions sont lis au sein du rseau semi-conducteur alors que les e- et les h+ sont libres. Lensemble reste lectriquement neutre. En gnral seuls ces 4 lments sont reprsents.

Jonction PN : Toute llectronique repose sur la juxtaposition de semi-conducteurs P et N. Diode : 2 semi-conducteurs P+N (1 jonction PN) Transistor : 3 semi-conducteurs P+N+P ou N+P+N (2 jonctions dont une PN et une NP) Thyristor : 4 semi-conducteurs P+N+P+N (3 jonctions)

e- e- e- e- e- e- 1.2. Diode :

Lorsque lon juxtapose un semi-conducteur dop N et un autre dop P, des lectrons libres e- de la zone N et des trous libres h+ de la zone P se rencontrent aux environs de la jonction et disparaissent (e- + h+ = 0).

Cela cre une zone lectriquement ngative (ions-) et une autre lectriquement positive (ions+).

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La barrire de potentiel (BdP) ainsi forme empche dsormais des rencontres e-h+ En appliquant un potentiel ngatif ct P et positif ct N, cest comme si lon pompait des h+ vers la gauche et des e- vers la droite. La BdP se renforce, la diode est bloque. Elle correspond un isolant. Remarques : Si lon applique une trop grande DDP en inverse, la diode va claquer car son paisseur est faible. Dans la pratique, du fait que le semi-conducteur nest pas parfaitement pur, il subsiste un faible courant appel courant de fuite.

En appliquant un potentiel positif ct P et ngatif ct N, cest comme si lon poussait des h+ de la gauche positive vers la droite ngative et vice versa pour les e-. Si la DDP applique devient plus leve que la BdP, alors celle-ci disparat et la diode laisse passer le courant. Il faut environ 0,7V pour vaincre la BdP. La diode quivaut un conducteur de faible rsistance.

1.3. Caractristique I = f(V) dune diode :

La pente de cette droite caractrise la rsistance en sens passant.

Courant de fuite (A). Ce courant augmente fortement avec la temprature

1.4.Choix et protection dune diode. Le choix dune diode dpend uniquement de 2 paramtres :

- la tension inverse quelle peut supporter (tension continue ou alternative maximum) - le courant maximum qui peut la traverser en sens direct.

Nous lisons ainsi dans un catalogue : - Diode de puissance BYX38.300 6A 300V 90BEF - Diode de puissance SSI.L2883 500A 1500V 6300BEF

Les semi-conducteurs sont trs sensibles aux pointes de courant, notamment lors de courts-

circuits. Il est dusage de les surcalibrer quelque peu dautant plus que limpact sur le prix global dune installation est faible (Ex : diode de 25A 110F et 40A 150F).

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La protection contre les courts-circuits doit tre assure par des fusibles ultra-rapides qui sont seuls capables de ragir plus vite que les semi-conducteurs.

2. REDRESSEMENTS.

2.1. Introduction.

Tous les quipements lectriques demandent une alimentation courant continu, le plus

souvent basse tension. Certains quipements industriels tels que les moteurs courant continu, demandent galement une alimentation continue mais de tension et puissance plus importantes en gnral. Il est donc ncessaire, partir des rseaux dalimentation alternative 50 Hz, de produire du courant continu. Cest le rle des redresseurs.

Avant larrive des semi-conducteurs, les redresseurs secs taient utiliss. Ils ont pratiquement disparus car, bien que plus robustes, ils taient encombrants et onreux. Dautres tendances se dessinent actuellement avec llectronique industrielle, mais les redresseurs diodes semi-conductrices conservent la faveur du march.

Souvent, il est fait usage dun transformateur qui remplit deux fonctions : Adapter la tension secondaire aux besoins du rcepteur. En effet, la tension rseau nest pas souvent celle ncessaire pour alimenter le rcepteur ; Isoler lectriquement le rcepteur du rseau de manire par exemple rendre les masses indpendantes au secondaire et au primaire. Les potentiels du secondaire sont donc flottants et nous restons libres de les fixer suivant les besoins. Cette isolation lectrique vient du fait quun transfo transmet sa puissance du primaire au secondaire par lintermdiaire dune nergie magntique.

2.2. Redressements monophass. 2.2.1. Redressement simple alternance.

En principe, toutes les tensions seront prises par rapport la masse, repre par le symbole correspondant.

Dans ce montage, le courant peut passer dans la charge R lorsque lalternance positive est applique lanode de la diode. Pendant lautre alternance, la diode est bloque et aucun courant ne peut traverser la charge. Le courant passant toujours dans le mme sens est continu redress une alternance. 2.2.2. Redressement double alternance en pont.

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Ce montage permet dobtenir du continu puls double alternance partir dun transformateur

enroulement secondaire unique (sans prise mdiane). Cest le plus utilis actuellement. Lorsque le point A est positif, la charge est alimente par A-D2-R-D3-B avec la polarit indique. Lorsqu son tour le point B est positif, la charge est alimente, toujours dans le mme sens, par B-D4-R-D1-A. Nous avons bien du continu puls double alternance. La DDP aux bornes de la charge est celle du secondaire du transfo diminue des chutes de tension produites par les diodes, soit 2 x 0.7V pour le silicium. Une reprsentation plus simple du pont indique seulement par une flche au centre, le point que regardent les diodes.

2.3. Redressements triphass.

Lorsque lon dispose dune alimentation triphase, il est intressant de redresser les trois alternances. En effet, comme nous allons le voir, la tension de sortie ressemble dj beaucoup plus du continu, sans emploi de filtres.

2.3.1. Montage triphas fondamental.

Il est fait usage de trois diodes sur les trois phases secondaires. Ce secondaire est coupl en toile de manire permettre le retour de la phase conductrice par le neutre.

A partir de loscillogramme dune alimentation triphase ( revoir), nous pouvons voir que

cest la phase la plus positive des trois qui conduira. En effet, ds que la diode correspondante amne le potentiel du point A au plus positif, les deux autres diodes sont directement bloques.

2.3.2. Montage triphas en pont de Graetz.

Cest lextension en triphas du redressement en pont employ en monophas. Le redressement est double alternance pour chaque phase, donc hexaphas, avec lavantage dun taux dondulation faible.

+

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Si A conduit, le retour du courant seffectue par B ou C.

A partir de loscillogramme des tensions triphases et en prenant un temps dtermin, le courant part de la phase la plus positive et revient la phase la plus ngative.

Par exemple, volution du courant au temps t1 : phase R- diode A- charge- diode B- phase S ; au temps t2 : phase R- diode A- charge- diode C- phase T ; au temps t3 : phase T- diode C- charge- diode A- phase R.

Remarquons que le courant traverse deux enroulements en srie sur trois. On en dduit que, toutes proportions gardes, la puissance apparente est plus faible que pour les autres montages (on tire sur deux phases au lieu dune). Il ny a pas de fil neutre au secondaire, donc possibilit demploi de tous les couplages au primaire. Si les tensions correspondent, il est mme possible de brancher directement le pont sur le secteur, sans transfo.

Sur loscillogramme du pont de Graetz, la DDP aux bornes de la charge se lit entre la phase la plus positive et la phase la plus ngative, cest pourquoi on ne voit pas directement que le taux dondulation est rduit.

2.4. Calcul du taux dondulation rsiduelle.

Le redressement a pour but de fabriquer du courant continu partir dalternatif. En monophas, londulation rsiduelle (restante) va de 0 au maximum, cest--dire 100%. La

seule solution pour approcher dun courant constant sera le filtrage. Mais cette solution limite le courant de sortie car la capacit du condensateur est limite.

En triphas normal, on peut voir (et calculer) que londulation rsiduelle vaut la moiti de lamplitude maximum, soit un taux dondulation de 50%.

Le rsultat approche de la perfection et est bien suffisant dans la plupart des cas en pont de Graetz triphas, puisquon atteint un taux dondulation rsiduelle de seulement 13%.

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3. Diode ZENER FILTRAGE STABILISATION de TENSION 3.1. Diode ZENER : Si nous appliquons une diode une tension inverse suprieure sa tension de claquage, cette diode est dtruite par percement de la jonction PN. Dans une diode Zener, cet croulement de la jonction nest pas destructif, il est rversible. Lorsque la tension applique en inverse dpasse le coude Zener, la diode devient parfaitement passante. Lorsque la tension redevient infrieure au coude Zener, la diode se bloque nouveau. Ce phnomne remarquable de passage brutal de conducteur isolant est exploit pour stabiliser les tensions. Une diode Zener est toujours employe en inverse. Le coude zener peut tre fix en fabrication une valeur exacte : 4 4,2 6 10V etc 3.2. Filtrage : Principe : Pour des puissances importantes, le redressement triphas est toujours prfr puisquil permet un taux dondulation rsiduelle de 13% sans artifices. Pour des alimentations courant continu de faible puissance (ordre de grandeur max : 30V 5A), comme les radios, jouets, appareils de mesure etc, il est plus conomique de partir dun redressement monophas puis de filtrer . Nous trouvons donc en gnral 3 parties :

- isolation de potentiel et abaissement de la tension par un transformateur - passage en un courant continu par le redressement (de prfrence double alternance) - lissage (passage en courant constant) par le filtre RC (Condensateur + R charge).

Fonctionnement :

Considrons le condensateur C comme une micro-batterie qui peut tre charge puis dcharge (rcepteur puis gnrateur). A lalternance positive, la diode D conduit, charge le condensateur C suivant la polarit indique et alimente en mme temps la charge Rc (ex : radio). Cette charge est trs rapide, seulement limite par la faible rsistance du transfo. En fin de charge, la tension Uc = Umax. Si B et A sont respectivement les potentiels en amont et en aval de la diode, alors lorsque lalternance redescend, le potentiel B devient infrieur au potentiel A et la diode se bloque.

Tension ZENER

Vd

Dissipation Max mW

I inverse

Id

V inverse

ZENER max 400mW

ZPD 1 ZPD 2.1 ZPD 3 ZPD 3.3 ZPD 3.6 ZPD 3.9 ZPD 4.7 ZPD 5.1 ZPD 5.6 ZPD 6.2 ---------- ZPD 30 ZPD 33

V inverse

URc

A B +

+

RC C

D

++ ++

t

B

A Charge Charge UR

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Cest comme si lon avait dbranch momentanment lalimentation. Le condensateur C agit maintenant comme un gnrateur : il alimente la charge. Suivant sa capacit daccumulation et la demande de la charge (volume de la radio par exemple), la dcharge va tre plus ou moins rapide. Au fur et mesure de sa dcharge, la tension Uc et donc URc dcrot. Lorsque la tension de lalternance redevient suprieure celle du condensateur, le cycle de charge reprend. La tension obtenue nest pas parfaitement constante, il subsiste une ondulation U. Pour que cette ondulation soit minimum il vaut mieux :

- utiliser le double redressement (les recharges sont doubles) - employer un condensateur lectrolytique ( ces condensateurs possdent une grande

capacit, mais ils sont polariss donc il faut les raccorder dans le bon sens). 3.3. Stabilisation de tension par diode ZENER : Ce schma comprend 5 parties :

- transformateur (isolation de potentiel et abaissement de la tension) - redresseur monophas en pont (tension redresse) - filtrage par condensateur (tension filtre) - diode zener + rsistance ballast (tension stabilise) - charge (reprsente ici par une rsistance)

Le circuit est calcul de manire ce que la tension Uc (filtre) soit toujours suprieure la tension zener dfinie ci-dessus. La diode zener (toujours monte en inverse) se met donc en court-circuit, le courant augmente crant une chute de tension dans la rsistance ballast. Cette chute de tension correspond tout moment la diffrence entre la tension filtre et la tension stabilise (celle du coude zener). La tension obtenue la sortie est parfaitement stabilise. 3.4. Rgulateur de tension : Il existe de composants appels rgulateurs de tension et comportant toute une lectronique dont notamment une diode zner .

Rgulateur 7805 Redress Filtr Stabilis

Redress Filtr Stabilis

U

URc

+

RC C

D

++ ++

t

Dcharge UR

5V

E S m

t

UR + +

RC C

URc

t

UR

Diode ZENER

Rballast +

+

RC C

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4. TRANSISTOR 4.1.Constitution : Cest un semi-conducteur constitu de 3 parties dopes diffremment, ce qui donne 2 possibilits : NPN ou PNP. Comme nous le voyons, un transistor comporte 2 jonctions PN (assimilables des diodes) et 3 connexions que lon appelle :

- Emetteur E car cest par l quentre le courant, quil est mis . - Collecteur C car il collecte le courant. - Base B car elle pilote lensemble.

Le fonctionnement du transistor PNP se raisonne par le sens conventionnel du courant (du + vers le -). Cest lui que nous expliquerons. Le transistor NPN se raisonnerait de mme manire avec le sens lectronique du courant. 4.2. Schma quivalent :

Remplaons les 2 jonctions PN du transistor PNP, par des diodes et polarisons le transistor en appliquant une tension positive lmetteur et ngative au collecteur. Le courant ne peut passer car la diode D2 est en inverse.

Si lon applique une tension lgrement ngative la base, un courant IB va transiter de lmetteur vers cette base, ce qui est normal puisque la diode D1 est polarise en sens passant. On constate que ce faible courant IB amorce un courant beaucoup plus grand provenant de lmetteur, enfonant la diode D2 sans la dtruire et tant ds lors tir vers le collecteur grce sa tension fortement ngative. Ce phnomne est appel EFFET TRANSISTOR . Il a t constat par hasard dans un laboratoire et seulement expliqu aprs par des lments physiques tels que diffrence de dopages, paisseurs relatives des 3 semi-conducteurs, vitesse des charges etc

B

C

B

E N P N E

C

B

E

C

B C E P P N

Base

Collecteur Emetteur

D2 D1

IB

IC IE

IB

IC IE

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4.3. Principe de fonctionnement retenir : Dans un transistor : - lorsque le potentiel de la Base est gal celui de lmetteur, alors le transistor est bloqu. - lorsque le potentiel de la Base tend vers celui du collecteur alors le transistor conduit. Plus la DDP VBE (base par rapport lmetteur) devient importante, plus le courant IB augmente Le courant IC est proportionnel IB mais beaucoup plus grand. Ce rapport =IC/IB est le gain.

4.4. Commande en amplification: Eclairement Il faut considrer le circuit 0V metteur E collecteur C lampe L, comme tant le circuit principal ou de puissance. Le circuit de la base peut tre polaris (rgl en tension) de 0V 12V grce au potentiomtre. Cest la commande. En actionnant progressivement le potentiomtre, le potentiel de la base VBE va passer de 0V et tendre vers

-12V. Le courant de base IB dabord nul va augmenter progressivement par exemple vers 5mA. Si ce transistor a un gain = 200 alors le courant de collecteur IC va progresser proportionnellement au courant de base cest dire de 0mA vers 200 x 5mA = 1000mA. La lampe sclaire proportionnellement la position du potentiomtre. On dit quil sagit dun amplificateur car le courant de puissance (IC) est beaucoup plus grand que le courant de commande (IB). Remarque : Lapplication typique est lamplification du trs faible signal recueilli la sortie dun micro (quelques A). Aprs plusieurs tages de transistors on obtient une puissance de sortie capable dactionner les haut-parleurs. 4.4. Antivol fil de bouclage : Commande TOUT ou RIEN Un fil conducteur est enfil travers des objets protger. Sa coupure par effraction doit enclencher une alarme. Nous utilisons un transistor PNP dont la base est mise au potentiel de lmetteur grce au fil de bouclage. VBE = 0 donc IB = 0, le transistor est bloqu, IC = 0, Le relais miniature nest pas aliment. Au contraire, si le fil de bouclage est rompu, la base passe au potentiel de +9V, un courant IB apparat (limit par la rsistance R). Un courant IC = .IB alimente le relais. Grce son contact de puissance, la lampe ou la sonnerie donne lalarme. On dit dans ce cas quil sagit dune commande TOUT ou RIEN ou en COMMUTATION.

L

IB

IC

IE

-12V

OV

E

C

B

+9V

R

Relais miniature

Lampe ou Sonnerie alarme

Fil de bouclage

230V

0V

E

C B

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5. THYRISTOR 5.1. Principe de fonctionnement : Il sagit dun semi-conducteur PNPN dont la vocation principale est la commutation TOUT ou RIEN en grande puissance. Les 3 jonctions peuvent tre assimiles 3 diodes dont au moins une est en sens bloquant. Toutefois lorsque lon applique une tension VAK dans le sens indiqu (positif lanode) et que lon atteint une valeur appele tension de retournement , alors le thyristor devient brutalement passant et le courant IAK peut stablir. En pratique ce nest pas ce moyen qui est utilis. En effet lorsque VAK est positif (mme faiblement), les jonctions J1 et J3 sont polarises en passant et il suffit dappliquer une petite impulsion positive la gchette pour que la jonction J2 scroule son tour. Le thyristor devient passant. Pour bloquer nouveau le thyristor, il suffit que le courant IAK sannule pendant un court instant (temps de dsamorage). En gnral cette condition est remplie lorsque la tension sannule aux bornes du thyristor (VAK = 0). Le thyristor est donc dabord une diode de puissance :

- il ne peut conduire que dans un sens (celui de la flche du symbole)

- il travaille en puissance (domestique : 10A 230V locomotive : 2000A 1500V)

Le thyristor est en plus une diode pilote :

Il ne conduit dans le sens passant que - si lanode est suffisamment positive (VAK =

U retournement) - si on applique une impulsion la gchette.

Urseau = Ucharge + UAK

Le schma ci-dessus reprsente une charge (lampe) en srie avec un thyristor, le tout aliment par un rseau 230V alternatif. Appliquons la gchette, des impulsions dcales de 30 par rapport aux passages zro de la sinusode dalimentation. Cet angle est appel angle de conduction et peut tre ajust. Nous constatons dabord que pendant les priodes ngatives, le thyristor est bloqu : UAK suit la tension dalimentation et au contraire la tension aux bornes de la charge est nulle. Il en est de mme pendant les priodes positives jusqu lapparition de limpulsion de gchette. A cet instant, le thyristor se met en conduction, sa tension UAK sannule et la tension rseau se retrouve aux bornes de la charge.

Diode

230V

K

A

+

VAK

IAK

J3 J2 J1

Gchette

K A

Tension de retournement

Urseau

UAK

Ucharge

Thyristor

G

230V

K

A

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Si langle de conduction tait seulement de quelques degrs, le thyristor travaillerait pratiquement comme une diode (tension redresse simple aux bornes de la charge). Par contre en modifiant progressivement cet angle de conduction ( faire glisser les impulsions de gchette), la charge va tre de moins en moins alimente ce qui revient modifier lintensit lumineuse de la lampe). Dessinez les oscillogrammes de Ucharge et de UAK pour des angles de 90 et de 170. 5.2. Gnrateur dimpulsions transistor UNIJONCTION : Le circuit lectronique suivant permet de gnrer des impulsions calibres pour la gchette du thyristor. De plus langle de conduction de ces impulsions est rglable par R ce qui permet dalimenter la charge de manire variable. Le cur du systme est un transistor unijonction constitu dun metteur repr par la flche, et de 2 bases : B2 vers le haut et B1 vers le bas. Le principe dun UJT est simple. Lorsque son metteur atteint une tension bien dtermine appele tension de pic VP, il devient brutalement passant entre cet metteur et la base B1. Le condensateur C se charge progressivement suivant la constante de temps rglable RC. Lorsque UC atteint la tension VP de lunijonction, celui-ci devient passant et le condensateur se dcharge brutalement dans la rsistance R1. Ceci cre une impulsion de tension la gchette.

Angle de conduction

t

t

t

t

UAK Thyristor

UCHARGE

Impulsions gchette

URESEAU

E B2 B1

Uzener zeneeeeeeeeer zener

R2

R1 C

R

Rb RC

G

230V

K

A

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Synchronisation des impulsions Si nous nous reportons au schma du 3.3. nous constatons quil manque le condensateur de filtrage et donc que nous ne pouvons obtenir une tension stabilise par la diode Zener puisquil ny a pas de tension filtre mais seulement une tension double redresse. Effectivement, il sagit dun artifice permettant dobtenir une tension constante mais avec une coupure 0V toutes les demi-priodes comme lindique le diagramme reprsent au-dessus de la Zener. Lexplication simple est de remettre la charge du condensateur zro toutes les demi-priodes afin que limpulsion suivante se prsente exactement au mme angle (pour un rglage donn de la rsistance R et donc de la constante de temps). Si cet artifice nexistait pas, il ny aurait pas de synchronisation entre dune part le cycle de production des impulsions attaquant la gchette et dautre part la sinusode alimentant la charge place dans le circuit de puissance du thyristror. Si le circuit RC permet une premire impulsion 30, il y aura un train dimpulsions tous les 30 Ceci nest pas gnant car seule la premire impulsion de leffet. Ds que le thyristor est mis en conduction, il faut ncessairement un passage par zro de VAK pour bloquer le thyristror, cest dire au passage par zro de la sinusode dalimentation de puissance.

UB1

t

t

t

Synchro Charge de C

UPic URC

U zener

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6. TRIAC & DIAC 6.1. Le TRIAC Le thyristor est principalement utilis en tension redresse par exemple pour rgler en vitesse un moteur courant continu. Le montage de 2 thyristors en tte-bche (ou anti-parallle) permet de travailler en tension alternative et donc de piloter des charges telles quune lampe ou un moteur universel (moteur type courant continu mais adapt pour tre aliment en alternatif). Lavantage est de travailler sur lalternance positive mais galement sur la ngative, ce qui est 2 fois plus efficace. Linconvnient est que la gchette G1 doit recevoir des impulsions positives et la gchette G2 des impulsions ngatives. Le triac est un semi-conducteur associant dans un mme botier 2 thyristors en tte-bche mais avec une seule gchette de commande. Toutes les impulsions peuvent tre positives ou ngatives, mais lidal est de travailler avec des impulsions de mme polarit que lalternance pilote. Exemple : Triac BTA 06400S 400V / 6A IG = 10mA TGAL 610 1.000V / 60A IG = 100mA En modifiant langle de conduction (glissement horizontal des impulsions), la tension est modifie et donc le courant et la puissance. La vitesse du moteur varie. Cest le systme que lon trouve sur les machines commande lectronique , telles que les foreuses, pompes, aspirateurs, lecromnagers etc. Une application courante est le dimer permettant la variation lectronique de lclairement de lampes.

Thyristor

G1

220V

M G2

Angle de conduction

t

t

t

UCHARGE

Impulsions gchette

URESEAU

Triac

G1

220V

M

A2

A1

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Commande proportionnelle dclairage en fonction de la luminosit R1 = 470 R2 = 47 P1 = 250 R3 = 100k P2 = 100k R4 = 1200 R5 = 100 R6 = 1 C = 1F Transistor BC547 Triac 230V / 10A Si la luminosit diminue, la cellule photorsistante le dtecte (sa R augmente) et agit directement sur le triac, qui commande au projecteur dclairer plus fort. Questions. 1. Sachant que le secondaire du transfo dlivre une tension 24 V alternative sinusodale et que la Zner est une ZPD 10, dessinez loscillogramme de tension aux bornes de cette Zner. 2. Quelle est la chute de tension dans la rsistance ballast R1 et quelle est la puissance dissipe dans ce ballast ? 3. Si la luminosit diminue : - Dans quel sens volue le potentiel de base du BC547 ? Pourquoi ? - Dans quel sens voluent IB IC IE ? - La charge du condensateur ( QC = IE.t ) est-elle plus rapide ou plus lente ? - Dans quel sens volue langle dallumage du triac ? Expliquez. - Dans quel sens volue la charge (projecteur) ? 4. A quoi sert le potentiomtre rglable P1 ? 5. A quoi servent R3 et P2 ajustable ? 6. A quoi sert R4 place dans le collecteur du transistor ? Que vaut IC si le transistor est parfaitement passant ? 7. La charge dun condensateur rpond la formule Uc = Ut (1-e-t/RC). Si le transistor est parfaitement passant quel temps faudra-t-il pour atteindre la tension de pic de lunijonction ? (pour rappel cette tension de pic est atteinte lorsque Uc = 2/3 Ut).

Projecteur

E B2 B1

Uzener zener

R5

R6 C

R2 R1

10V 1W

230V

Cellule photorsistante

P1

R4 R3 P2 UJT G

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8. Pourquoi na-t-on pas mis tout simplement la photo rsistance la place du transistor comme dans le schma traditionnel ? 9. Pourquoi utilise-t-on un triac plutt quun thyristor ? Remarque : Pour fonctionner, des circuits aliments diffremment doivent avoir un potentiel commun. Ici, comme la basse tension est obtenue par lintermdiaire dun transformateur, il ny a pas de problme. Caractristiques techniques dun triac : Exemple : triac TTAL 220 (marque SILEC) ITRMS, ITeff ITM, ITRM ITSM VDRM, VDWM VRSM VTM IGT, IFGM VFGM VRGM dv/dt

200A 600A 1600A 200V 300V 1,65V 5A 10V 5V 5V/s

I efficace ltat passant I crte max. en passant I crte max. accidentel Tension crte max. tat bloqu Tension inverse pointe accid. Tension crte tat passant I gchette direct de pointe U gchette directe de pointe Tension inverse de pointe Vitesse croissance max. de la tension danode sans risque damorage.

6.2. Le DIAC Le thyristor comme le triac possde une tension de retournement par exemple de lordre de 400V. Ce nest pas ce moyen qui est employ pour les enclencher mais bien une tension ou mieux une impulsion de tension sur la gchette. Le diac est un triac sans gchette dont la tension de retournement est le plus souvent de lordre de 30 34V. Si la tension entre les anodes est infrieure la tension de retournement, le diac nest pas conducteur. Si la tension VA1-VA2 atteint la tension de retournement alors le diac devient conducteur comme le montre sa caractristique tension/courant. Au contraire dun transistor unijonction, le diac est un semi-conducteur seuil de tension symtrique, c'est--dire quil fonctionne de mme manire dans les deux sens.

Symbole Anglais Franais AV D F G H L M N P R pos.1 R pos.2 S W

Average Direct Forward Gate Hold Latching Maximum Negative Peak Reverse Recurrent Surge Working

Moyen Continu Sens direct Gchette Maintien Verrouillage Maximum Ngatif Crte Inverse Rcurent Accidentel de Service

Projecteur

E B2 B1

R5

R6 C

230V

R4 UJT

G Cellule photorsistante R si lumire

A2 A1 A2 A1

Tension de retournement inverse

Tension de retournement directe

- I

+ I

Vd =VA2VA1

Vi =VA1VA2

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Par contre il est beaucoup moins prcis, sa plage de conduction tant par exemple de lordre de 30V 4V prs. Schma type : P1 = 220k C1 = 0,1F R2 = 6,8k C2 = 0,1F La vitesse du moteur est rgle manuellement par le potentiomtre P1. Le double circuit RC permet de charger plus ou moins vite le condensateur C2 et ce suivant les deux alternances de la tension dalimentation 230V. Lorsque UC2 dpasse les +34 ou -34V, le diac permet la dcharge du condensateur dans le circuit de gchette du triac. La charge (ici un moteur universel) est alimente. Comme le circuit de commande est raccord entre la charge et le triac, ds que cette charge est alimente, la tension de commande devient trs faible jusqu la fin de lalternance (cette tension de commande correspond la chute de tension dans le triac). Vu les hautes tensions (230V) mises en jeu et pour une question de prcision denclenchement, le second circuit R2 C2 est mis en cascade sur le premier circuit P1 C1 pour obtenir 2 tages. La modulation sur les alternances positives et ngatives ne peut convenir des moteurs courant continu. Par contre ce circuit convient parfaitement pour faire varier la vitesse des moteurs universels tels que ceux quipant la plupart des petites machines et lectromnagers. La simplicit de ce montage branch directement sur le rseau sans transformateur, confre un prix de revient trs bas et possde une prcision suffisante si lon reste dans le domaine du REGLAGE de tension sans aborder la REGULATION .

t

UT

Angle de conduction

G

t UM

t UC2

Moteur universel

C2

230V

R2 G

M

A2 A1

C1

P1 TRIAC BT138

DIAC

Electronique1 - 17


Triac Diac : Corrig exercices page 14. 1 Oscillogramme UZner : Umax = = = 34V 2 Ballast : UZner peut tre considre comme une tension continue = 10V ;

La chute de tension dans R1 sera de 24 10 = 14V ; 24V tant la tension efficace cest--dire la tension continue constante qui (voir dfinition). Puissance dissipe par le ballast : P1 = U2/R1 = 142/470 = 0,417W. Choisir R1 470 1/2W Courant dans ballast : I1 = P1/U1= 417/14 = 29,79mA.

3 Si la luminosit diminue : - Rcell UB car la DDP de 10V se rpartit au prorata des rsistances R2 , P1 et Rcell ;

UB > UE transistor devient passant ; - IB ; IE et IC ( gain du transistor = IC/IB 100 ) IE = IB + IC - QC = IE.t est plus rapide ; - diminue car on atteindra plus rapidement la tension de pic du UJT donc limpulsion se

produira plus tt ; - plus est faible, plus le projecteur donnera de lumire ( effet recherch )

4 - P1 , potentiomtre rglable sert prrgler UB de manire telle que le projecteur donne la

lumire maximum ( trs faible ) lorsque la cellule est dans le noir. 5 R3 et P2 limitent et ajustent le courant IB . On travaille avec une partie fixe R3 pour avoir toujours une rsistance dans la base ( viter davoir une rsistance nulle par ajustement de P2). 6 R4 est la charge du transistor ; elle limite le courant collecteur.

Transistor passant : IC = Ut/R4 = 10/1200 = 8,3 mA.( la tension tant continue , le condensateur se charge rapidement ; initialement, il travaille comme un circuit ferm : court-circuit).

7 Uc = Ut(1 e-t/RC) :Charge du condensateur ; UC = Upic UJT = 2/3 Ut. 2/3 Ut = Ut(1 e-t/RC) e-t/RC = 1 2/3 ln e-t/RC = ln 1/3 -t/R4C = -1,0986 t = 1,0986 . R4 .C t = 1,318ms 8 Pourquoi un transistor et non une photo rsistance seule ?

Rcell si la luminosit do, si on travaille avec une cellule seule,le condensateur se chargera moins vite quand il fait + noir impulsion sera donne plus tard la G ( plus grand) projecteur donnera moins de lumire ( effet contraire la demande ).

9 Avantage du triac sur le thyristor : le triac est bidirectionnel il travaille sur les

2 alternances sans les frais dun redressement.

10V (zner)

A1 Diode Triac

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