Utilisation des diodes

Vous trouverez ici 4 exemples d'application des diodes:

• Réalisation d'un detrompeur
• Réalisation d'une stabilisation en tension
• Commutation automatique sur batterie en cas de coupure de courant
• Le pont de diode

Realistation d'un détrompeur

• Premier exemple d'utilisation: faire un detrompeur. Pour eviter de griller un appareil quand on met les piles a l'envers par exemple, les constructeurs mettent souvent une diode en serie avec ces dernieres. Ainsi l'appareil ne pourra jamais etre alimenté a l'envers (la diode se bloquera)

• Ici le but est de ne pas griller le ventilateur si on branche l'alim à l'envers. (En effet, dans les ventilateurs de P.C. par exemple, il y a des moteurs sans balais. Il y a donc un circuit electronique pour recreer ce que font les balais. Le probleme c'est qu'ils n'aiment pas etre alimenté à l'envers ...)

• Que se passe t'il?
  (Notez que le ventilateur a toujours tendance a rapprocher la cathode de la diode de la masse (moins). Le ventilateur peut etre assimilé a une resistance)
  • Si on met le plus de l'alim sur l'anode de la diode:
    La tension sur l'anode de la diode a tendance a etre superieure à celle de la cathode. La diode est donc passante. Donc le ventilateur tourne dans le bon sens.
  • Si on met le moins de l'alim sur l'anode de la diode (c'est a dire qu'on se trompe en branchant l'alim)
    La tension sur l'alim vaudra donc -Valim (-12V par exemple). La tension sur la cathode de la diode sera proche de 0V. Donc Vd est negatif, et la diode est bloquée.
    Le ventilateur n'est donc pas alimenté dans le mauvais sens, il ne tourne pas.
    
• Voila, on vient de realiser ce qu'on pourrait appeler un detrompeur.

• Remarque: si vous avez du mal a raisonner comme ca - et c'est normal au debut - supposez par exemple que la diode est bloquée, et regardez si c'est coherent:
  Dans notre exmple, si on suppose que la diode est bloquée, ca veut dire que le ventilo ne tourne pas. Donc la tension a ses bornes est nulle, donc la tension sur la cathode de la diode est nulle.
  La tension sur l'anode de la diode Vaut la tension d'alim (12V par exemple).
  Donc la tension sur l'anode de la diode est superieure a la tension sur la cathode. Donc la diode est passante.

• Pour la diode, on pourra prendre une 1N4001 à 1N4007

Obtention d'une tension fixe avec une diode zener

• Ce montage va permettre d'obtenir une tension de 5V à partir d'une alim de 12V

• ~ Il faut qu'on connaisse la consommation mini et maxi du montage qui se branchera sur le 5V. Dans notre exemple, on prendra Imin=1.5mA, et Imax=10mA ~ On va alors pouvoir determiner la puissance de la diode zener, la valeur et la puissance de la resistance.

• Calcul de la valeur de R:
  • Le but est que la diode zener ne soit jamais bloquée (en effet, si le montage consomme trop de courant, la chute de tension dans la resistance va etre trop importante ( >7V), donc la diode zener va se bloquer)
  • On a R = (Ve - Vz)/(1.5 * Imax)     (le "1.5" est ce qu'on appelle un coefficient de securité, c'est pour etre sur que la diode sera toujours passante et qu'on ne sera pas dans un cas limite)
  • Donc R = 466.7 Ohm. On prendra donc une resistance de 470 Ohm (valeur normalisée)
  • Le courant maximum disponible sera donc: Imax = (Ve - Vz)/R = 14.9mA
    
• Le courant sortant de la resistance est toujours le meme: c'est 14.9mA. Mais alors que fait ce systeme?
  Lorsque le montage consomme peu, le courant part principalement dans la diode zener.
  Par contre, quand le montage consomme beaucoup, peu de courant part dans la diode zener.
  
  Ces remarques vont nous servir a determiner la puissance de la resistance et de la diode zener
  
• Calcul de la puissance de la resistance (Pr):
  • Comme on l'a vu ci dessus, le courant circulant dans le resistance est constant et vaut 14.9mA.
  • On a donc Pr = R * I² (voir cours sur les resistances). Soit Pr = 0.104W. on prendra donc une resitance de 470 Ohm, 1/8 Watts ou 1/4 W (plus courant).
    
• Calcul de la puissance de la diode zener (Pz):
  • On a vu precedemment que le courant circulant dans la diode zener etait maximum quand le montage consommait peu.
  • En appliquant une loi des noeuds (Cliquez dessus pour un complement), on a donc Iz + I = Ir soit Iz = I - Ir
  • Donc Pz = Vz * Iz = Vz (I - Ir) = 0.067W
  • On prendra donc une diode de 0.5W (il n'y a pas moins puissant)
    
• Et si on veut une tension inférieure à 2.4V?
  • C'est exactement la meme chose, mais il faut utiliser un stabistor.
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  • Les calculs seront exactement identiques, la seule difference est le sens de branchement de la diode
    
  • Quelques exemples de references: BA220, BA315, BZV86-1V4, BAS17, ...
    
• Il est également possible d'utiliser des diodes zener programmables:
  • Voici un schéma de branchement:
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  • Le calcul de R se fait exactement de la meme maniere que pour les diodes zener normales.
    
  • Le calcul de la tension de sortie s'obtient de cette maniere:
    Vs = Vref * (R1 + R2) / R2
    Où Vref est la tension de seuil indiquée par le fabricant.
    Pour une bonne stabilité, on prend choisit le courant circulant dans R1 et R2 = 1mA
    (On doit donc avoir Vs / (R1 + R2) = 0.001A)
    
  • Pour terminer, un exemple de reference de diode zener programmable: TL431

Double alimentation

• Ce montage permet d'alimenter une lampe 12V (ca pourrait etre autre chose) avec une alimentation secteur. Lorqu'il y a une coupure de courant, les piles prennent la reléve.

• ~ Lorsque l'alimentation secteur est presente, c'est la diode D1 qui est passante. ~ Lorsqu'il y a une coupure de courant, D2 est passante et ce sont les piles que alimentent la lampe.

• En considerant que les diodes ont une tension de seuil de 0.6V:
  • Si l'alimentation secteur est presente, on a Ve = 13V, donc la diode D1 est passante, et la lampe est alimentée en 12.4V (= 13V - 0.6V)
    On verifie au passage que D2 est bien bloquée, en effet, la tension sur sa cathode est de 12.4V, alors que la tension sur son anode n'est que de 12V.
  • Si il y a une coupure de courant, on a Ve = 0.
    D2 devient donc passante, et la lampe est alimentée sous une tension de 11.4V (= 12V - 0.6V)
    D1 est bien bloquée, puisque la tension sur sa cathode est de 11.4V, alors que la tension sur son anode est de 0V (le secteur est coupé)
    

• Pour les diodes, on pourra choisir des diodes du type 1N4001 à 1N4007 si la lampe ne consomme pas plus d'un Ampere. Et des 1N5402, 1N5404, BY255, ... si la lampe consomme moins de 3A
• Pour l'alimentation secteur, on pourra par exemple prendre le montage ci dessous

Le pont de diodes

• Ce tres celebre montage est un pont de diode. Il permet d'obtenir à partir de la tension du secteur qui est sinusoïdale alternative (voir la courbe 1), une tension continue de quelques volts à quelques dizaines de volts.

• ~ Ce montage est constitué d'un transformateur, suivi du fameux pont de diode. ~ La tension à l'entrée et la sortie du transfo ont exactement la meme allure, seul leur valeur efficace (Veff) change (220V a l'entrée, et par exemple 12V à la sortie) ~ Le pont de diode permet de rendre Vs entierement positive.

•  

  ~ La tension a l'entrée du pont de diodes (Ve) est représentée par la premiere courbe. La tension a la sortie du pont de diodes (Vs) est representée par la seconde courbe. ~ Lorsque l'alternance de Ve est positive (noté + sur les courbes), les diodes D1 et D3 sont passantes, et l'alternance de sortie est la meme que l'alternance d'entrée. ~ Lorsque l'alternance de Ve et negative (noté - sur les courbes), les diodes D2 et D4 sont passantes, et l'alternance de sortie est l'opposée de l'alternance d'entrée. ~ Voila, on obtient donc en sortie une tension qui est certe positive, mais qui n'est pas tout a fait continue (elle n'est vraiment pas stable). Pour la rendre plus stable, on fait le montage suivant.

• C'est le meme montage que precedemment, avec en plus un condensateur mis en parallele sur la sortie.

  ~ On obtient alors un signal de sortie Vs' (voir courbe 3) qui est quasiment stable. Les legeres variations sont dues à la charge et à la decharge du condensateur. ~ Notez que le courant Is n'est pas nul (on alimente un montage). Si ce courant etait nul, la courbe serair parfaitement horizontale.

• Supposons qu'on veuille faire une alimentation de 20V, 1A

• Détermination du transformateur:
  • ~ Contrairement a ce qu'on pourrait penser, il ne faudra pas un transfo 20V. En effet, lorqu'on donne la valeur d'une tension alternative, on donne la valeur efficace (220V, c'est une valeur efficace).
    Or un pont de diode permet de recuperer la valeur maximale, et non pas la valeur efficace.
    ~ Notez la relation Vmax = Veff * 1.414
    Il faut egalement penser à la chute de tension dans les diodes. Comme il y a toujours 2 diodes passantes, la chute de tension sera de 2*0.6V = 1.2V
    ~ En prenant un transfo de 15V, on obtiendra donc une tension de sortie de Vmax - 1.2 = Veff * 1.414 - 1.2
    Soit pour notre montage: 15 * 1.414 - 1.2 = 20V
    
  • ~ Il faut egalement connaitre la puissance du transfo. Cette puissance est exprimée en Volts * Amperes (c'est equivalent aux Watts).
    ~ On a P = Vs * Is = 20 * 1 = 20V.A
    ~ Pensez a bien prendre la tension de sortie du montage et non pas la tension du transfo pour calculer cette puissance.
    ~ Notez que la puissance trouvée est la puissance minimale du transfo, il est conseillé de prendre 1.5 fois plus, sinon il risque de beaucoup chauffer.

• Détermination du condensateur:
  • Sachant que I=Q/t, et que Q=C.U (vrai uniquement si I = constante)
    On a C = I * t / U.
    U est difference de tension entre la valeur max et la valeur min de Vs'
    t vaut 0.01 S pour une frequence de 50Hz
    I est le courant maximum de sortie en A
    C est la valeur du condensateur en Farads (1000µF = 0.001F)
    
  • Donc pour notre alimentation, si on veut une chute de tension maximale de 1V, pour I = 1A, il faudra prendre C=1*0.01/1 = 0.01F = 10000µF
    
  • Notez que cette valeur est assez élevée. Si je pouvais donner une valeur moyenne, je dirai qu'on met 1000µF.

• DANGER: Il faut faire attention a la tension du condensateur. Il faut choisir un condensateur qui a au moins la valeur max de Vs', plus un coefficient de sécurité. Dans le cas contraire le condensateur explose (croyez en mon experience)
  Pour notre alimentation, on prendra un condensateur de 25V minimum.

Voila, le cours sur les diodes est terminé, si vous avez des remarques, n'hesitez pas a nous les envoyer.
Attention, nous ne pouvons en aucun cas etre tenus pour responsables en cas d'accident, ou d'erreur sur ce site. Vous faites les montages a vos risques et perils.

Ecrivez nous: xizard@enib.fr et rbourdon@enib.fr