Introduction

Le redressement double alternance permet de transformer une tension alternative en tension continue pulsée en exploitant les deux alternances du signal électrique.

Contrairement au redressement mono-alternance, qui ne laisse passer qu’une alternance sur deux, ce montage utilise généralement quatre diodes disposées en pont, appelé pont de Graetz.

Cette technique est largement utilisée dans les alimentations électroniques, notamment celles des équipements radioamateurs.

Mais comment fonctionne ce pont de diodes ? Pourquoi le filtrage est-il plus efficace ? Et comment choisir la valeur du condensateur ?

Nous allons répondre à ces questions et expérimenter le fonctionnement du circuit grâce à un simulateur interactif.

1. Rappel : le redressement mono-alternance

Dans un redresseur mono-alternance, une seule diode permet de laisser passer les alternances positives de la tension alternative.

Pendant les alternances négatives, la diode est bloquée et la tension de sortie retombe à zéro en l’absence de condensateur.

Pour une fréquence d’entrée de 50 Hz, nous obtenons donc 50 impulsions positives par seconde.

Ce fonctionnement présente un inconvénient : le condensateur de filtrage doit fournir de l’énergie à la charge pendant une durée relativement longue entre deux impulsions.

Pour améliorer la situation, il est possible d’exploiter également les alternances négatives.

C’est précisément le rôle du redressement double alternance.

2. Le principe du pont de Graetz

Le pont de Graetz est constitué de quatre diodes disposées de manière à faire circuler le courant dans la résistance de charge toujours dans le même sens.

Pendant chaque alternance, deux diodes sont conductrices et les deux autres sont bloquées.

Pendant l’alternance positive

Une première paire de diodes conduit le courant à travers la charge.

Le courant traverse la résistance dans un sens déterminé, puis retourne vers la source alternative.

Pendant l’alternance négative

La polarité de la source s’inverse.

Cette fois, c’est l’autre paire de diodes qui devient conductrice.

Malgré cette inversion, le courant traverse toujours la résistance de charge dans le même sens.

Ainsi, les alternances négatives sont retournées vers les valeurs positives.

La tension obtenue reste pulsée, mais elle ne comporte plus de longues périodes à zéro comme dans le montage mono-alternance.

Schéma du pont de Graetz avec les quatre diodes et les chemins du courant pendant les alternances positives et négatives.

3. La forme de la tension redressée

À l’entrée du pont, la tension est sinusoïdale :

$$u(t)=U_{\mathrm{max}}\sin(2\pi ft)$$

Dans un modèle idéal, la tension redressée s’exprime par :

$$u_s(t)=|U_{\mathrm{max}}\sin(2\pi ft)|$$

Les alternances négatives sont donc transformées en alternances positives.

Une fréquence d’ondulation doublée

Pour une tension alternative de 50 Hz :

• Redressement mono-alternance : 50 impulsions par seconde.
• Redressement double alternance : 100 impulsions par seconde.

Le condensateur est donc rechargé deux fois plus souvent.

Cette différence explique pourquoi le redressement double alternance permet un filtrage plus efficace.

La chute de tension des diodes

Dans un pont de Graetz, le courant traverse deux diodes en série à chaque alternance.

Pour des diodes au silicium classiques, on peut prendre une chute de tension approximative de 0,7 V par diode.

La perte totale est donc voisine de 1,4 V.

Par exemple, avec une tension alternative de 12 V efficaces :

$$U_{\mathrm{max}}=12\sqrt{2}\approx16,97\ \mathrm{V}$$

La tension de crête disponible en sortie du pont sera approximativement :

$$U_{\mathrm{crête,sortie}}\approx16,97-1,4$$

Soit environ 15,6 V.

Cette estimation dépend du courant et des caractéristiques réelles des diodes.

Comparaison des formes d’onde : tension alternative, redressement mono-alternance et redressement double alternance.

4. Le rôle du condensateur de filtrage

Comme pour le redressement mono-alternance, la tension obtenue après le pont de Graetz n’est pas parfaitement continue.

Elle varie entre zéro et une valeur maximale en l’absence de filtrage.

Pour réduire ces variations, nous plaçons un condensateur électrolytique en parallèle sur la résistance de charge.

La charge du condensateur

Lorsque la tension redressée devient supérieure à la tension présente aux bornes du condensateur, augmentée des chutes de tension des diodes conductrices, celui-ci se recharge.

La décharge du condensateur

Lorsque la tension redressée diminue, les diodes cessent de conduire.

Le condensateur restitue alors son énergie à la résistance de charge.

Comme les impulsions de recharge sont deux fois plus rapprochées qu’en mono-alternance, la tension a moins de temps pour diminuer.

Le résultat est une tension de sortie plus régulière.

5. Calcul de l’ondulation résiduelle

L’ondulation résiduelle correspond à la différence entre la tension maximale et la tension minimale du condensateur pendant un cycle en régime établi.

Pour un redresseur double alternance alimenté par une fréquence (f), on utilise couramment l’approximation :

$$\Delta U\approx\frac{I}{2fC}$$

Avec :

• (\Delta U) : ondulation crête à crête, en volts.
• (I) : courant moyen consommé, en ampères.
• (f) : fréquence alternative d’entrée, en hertz.
• (C) : capacité du condensateur, en farads.

Cette formule est adaptée lorsque l’ondulation reste relativement faible.

Exemple pratique

Prenons une alimentation fonctionnant avec :

• Tension d’entrée : 12 V efficaces.
• Fréquence : 50 Hz.
• Courant consommé : 100 mA.
• Condensateur : 1 000 µF.

L’ondulation approximative sera :

$$\Delta U\approx\frac{0,1}{2\times50\times0,001}$$

Soit :

$$\boxed{\Delta U\approx1\ \mathrm{V}}$$

Dans les mêmes conditions, un redressement mono-alternance donnerait environ 2 V d’ondulation.

Nous constatons donc qu’à consommation et capacité identiques, le redressement double alternance réduit approximativement de moitié l’ondulation résiduelle, dans les conditions de validité de cette approximation.

6. L’influence de la résistance de charge

Le courant consommé dépend de la résistance de charge.

Selon la loi d’Ohm :

$$I=\frac{U}{R}$$

Une résistance faible entraîne une consommation plus importante.

Le condensateur se décharge alors plus rapidement entre deux recharges.

À l’inverse, une résistance élevée limite la consommation et permet de conserver une tension plus régulière.

La constante de temps du circuit reste :

$$\tau=RC$$

Plus cette constante est élevée par rapport à l’intervalle entre les impulsions de recharge, plus l’ondulation est généralement faible.

7. Simulateur interactif du redressement double alternance

powered by Advanced iFrame

Notre simulateur permet d’observer le fonctionnement d’un pont de Graetz et l’influence du condensateur de filtrage.

Les visiteurs peuvent modifier les paramètres électriques et observer immédiatement les conséquences sur les formes d’onde.

Les réglages proposés

Tension alternative d’entrée : permet de modifier l’amplitude du signal alimentant le pont de Graetz.

Fréquence : permet de visualiser l’influence de la fréquence sur la vitesse de recharge du condensateur.

Capacité du condensateur : permet de comparer le redressement sans filtrage et avec différentes capacités.

Résistance de charge : permet de modifier la consommation électrique et la vitesse de décharge du condensateur.

Les courbes affichées

Le simulateur présente trois courbes :

1. La tension alternative d’entrée.
2. La tension redressée double alternance, sans condensateur.
3. La tension filtrée après ajout du condensateur.

Il permet également de visualiser la tension moyenne, l’ondulation résiduelle et la constante de temps RC.

8. Trois expériences à réaliser

Expérience 1 — Observer le pont de Graetz sans condensateur

Réglez :

• Tension d’entrée : 12 V efficaces.
• Fréquence : 50 Hz.
• Condensateur : 0 µF.
• Résistance : 1 000 Ω.

Observez comment les alternances négatives sont retournées vers le haut.

La fréquence des impulsions de sortie est désormais de 100 Hz.

Expérience 2 — Observer l’influence du condensateur

Conservez les mêmes réglages et sélectionnez successivement :

• 100 µF.
• 470 µF.
• 1 000 µF.
• 2 200 µF.

Observez la diminution progressive de l’ondulation.

Plus la capacité augmente, plus la tension de sortie devient régulière.

Expérience 3 — Modifier la charge

Choisissez un condensateur de 1 000 µF.

Faites varier la résistance de charge entre 100 Ω et 5 000 Ω.

Vous constaterez qu’une consommation importante provoque une ondulation plus prononcée.

Comparaison de la tension filtrée avec plusieurs valeurs de condensateur, en redressement double alternance.

9. Comparaison des deux méthodes de redressement

Caractéristique	Mono-alternance	Double alternance
Nombre de diodes	1	4 (pont de Graetz)
Diodes conductrices simultanément	1	2
Alternances utilisées	Une seule	Les deux
Fréquence d’ondulation à 50 Hz	50 Hz	100 Hz
Chute de tension typique	0,7 V	1,4 V
Filtrage	Moins efficace	Plus efficace
Ondulation approximative	I / (fC)	I / (2fC)

Le redressement double alternance est donc généralement préférable pour réaliser une alimentation continue à partir d’une source alternative.

10. Les limites du pont de Graetz

Malgré ses avantages, le pont de Graetz ne produit pas une tension parfaitement constante.

Plusieurs phénomènes doivent être pris en compte :

• La tension de sortie dépend de la tension alternative d’entrée.
• Les diodes présentent des pertes électriques.
• Le condensateur doit être dimensionné selon la consommation.
• Les courants de recharge peuvent être importants, notamment à la mise sous tension.
• La tension de sortie reste sensible aux variations de charge.

Pour obtenir une tension véritablement stabilisée, il faut généralement ajouter un circuit de régulation.

C’est notamment le cas des alimentations destinées aux équipements radioamateurs nécessitant une tension précise.

11. Précautions de réalisation

Pour une expérience pratique, utilisez uniquement une source alternative basse tension, isolée du réseau électrique.

Choisissez des diodes adaptées au courant et à la tension inverse du montage.

Le condensateur électrolytique doit présenter une tension nominale suffisante et être raccordé en respectant sa polarité.

Ne branchez jamais directement un montage expérimental de ce type sur le secteur 230 V.

Conclusion

Le redressement double alternance constitue une amélioration importante par rapport au redressement mono-alternance.

Grâce au pont de Graetz, les deux alternances de la tension alternative sont exploitées et la fréquence de l’ondulation est doublée.

L’ajout d’un condensateur permet ensuite d’obtenir une tension beaucoup plus régulière.

Le simulateur interactif proposé dans cet article permet d’expérimenter directement ces phénomènes et de comprendre l’influence de la capacité, de la fréquence et de la résistance de charge.

Ces connaissances constituent une base essentielle pour comprendre les alimentations utilisées dans les équipements électroniques et radioamateurs.