Construire un circuit tripleur de tension : guide étape par étape

Schéma et fonctionnement du circuit tripleur de tension

Qu'est-ce qu'un tripleur de tension ?

Un circuit tripleur de tension triple la tension d'entrée, c'est-à-dire que la tension de sortie sera trois fois la tension de crête d'entrée. On peut construire ce circuit facilement avec quelques diodes et condensateurs. Le tripleur est un type de circuit multiplicateur de tension qui délivre une tension de sortie deux, trois ou quatre fois la tension de crête d'entrée.

Les circuits multiplicateurs sont utilisés quand on a besoin de haute tension et faible courant. Ils permettent aussi de réduire la taille du transformateur ou de l'éliminer. Très utiles pour convertir une faible tension AC en haute tension DC quand peu de courant est nécessaire.

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Composants requis

• 3 diodes 1N4007
• 3 condensateurs 22μF
• Transformateur abaisseur 9-0-9
• Multimètre numérique

Diode (1N4007)

Une diode est un dispositif unidirectionnel ne laissant passer le courant que dans un sens. Utilisée dans de nombreuses applications : redresseur, traitement de signal, écrêtage/écrêtage, détection, mélange de signaux, etc. Elle a deux bornes : anode et cathode. Le courant doit circuler de l'anode vers la cathode.

Une diode fonctionne sur le principe des semi-conducteurs. Deux types basés sur électrons libres : type N et type P.

Type N : beaucoup d'électrons libres, peu de trous positifs. Électrons = porteurs majoritaires, trous = minoritaires. Type P : plus de trous positifs, moins d'électrons. Trous = majoritaires, électrons = minoritaires.

Quand régions P et N entrent en contact, porteurs majoritaires diffusent d'un côté à l'autre. Comme il y a peu de trous en N et peu d'électrons en P, les électrons vont vers P et les trous vers N. Quand électrons de N diffusent avec trous de P et trous de P avec électrons de N, une couche d'ions positifs côté N et couche d'ions négatifs côté P apparaît.

Ces deux couches apparaissent le long de la jonction. Cette région de deux couches d'ions est la région d'appauvrissement (depletion region) car il n'y a pas de charge (tout recombine).

Une fois la couche formée, plus de diffusion ne se produit à cause du champ électrique généré.

Si on connecte côté P à la borne positive d'une batterie et côté N à la négative : polarisation directe. En augmentant la tension depuis zéro, au début pas de courant car pas assez de tension pour franchir la barrière de potentiel. Quand tension > seuil, courant circule.

Si on connecte côté N à la borne négative et côté P à la positive : polarisation inverse. Électrons de P attirés vers borne négative, trous de N vers positive. Couche d'appauvrissement s'élargit, diode bloque le courant. C'est pourquoi diode = dispositif unidirectionnel.

Condensateur

Un condensateur stocke l'énergie sous forme de charge. Largement utilisé en électronique. Deux plaques métalliques avec diélectrique entre elles. Appliquant un potentiel électrique, un champ électrique se crée. Charges positives sur plaque négative, négatives sur plaque positive. Processus continue jusqu'à charge complète. Les deux plaques ont même charge, polarités opposées. Champ électrique se développe. C'est ainsi qu'un condensateur maintient la charge.

Pourquoi diélectrique entre les plaques ? Molécules polaires, peuvent se déplacer vers l'une ou l'autre plaque selon la charge. Molécules s'alignent pour attirer plus d'électrons vers plaque négative et repousser hors de plaque positive. Si on retire la batterie après charge complète, le condensateur maintient la charge longtemps. C'est ainsi qu'il agit comme élément de stockage d'énergie. Si on applique une charge aux bornes, il se décharge et courant circule.

Applications : condensateur de dérivation (bypass) avec CI pour filtrer bruit d'alimentation, gérer ondulations/fluctuations dues à commutation. Alimentation temporaire quand coupure. Redresseurs : sortie redresseur = forme d'onde continue, condensateur la convertit en DC lisse par charge/décharge. Filtrage de signal : conception de filtres pour traitement de signal, radios pour syntoniser fréquence. Stockage d'énergie : durée de vie meilleure que batteries, délivrent puissance plus vite (charge/décharge rapide).

Schéma du circuit tripleur de tension

Le circuit est très simple. Réalisable sur breadboard ou soudé sur plaque d'essai. Suivez le schéma. Premièrement, connectez la borne 9V du transformateur à la borne positive du condensateur. Connectez la borne négative de ce condensateur à la borne positive de la diode, puis la borne négative de cette diode à la borne 0V du transformateur. Connectez la borne négative d'une autre diode à la borne positive de cette diode et sa borne positive à la borne négative d'un autre condensateur, puis la borne positive de ce condensateur à la borne 0V du transformateur.

Connectez la borne positive du troisième condensateur à la borne négative de la diode précédente et sa borne négative à la borne positive de la troisième diode, puis connectez la borne négative de cette diode à la borne 0V du transformateur.

Nous utilisons un transformateur 9-0-9 pour abaisser le secteur 220V. Premier demi-cycle positif : diode D1 polarisée directe, condensateur C1 se charge via D1 à la valeur de crête (Vcrête). Demi-cycle négatif : D2 polarisée directe, D1 inverse. D1 empêche décharge de C1. C2 se charge avec tension combinée de C1 (Vcrête) et crête négative du secteur, donc 2×Vcrête.

Second demi-cycle positif : D1 et D3 conduisent, D2 inverse. C3 se charge à même tension que C2 = 2×Vcrête. C1 et C3 sont en série, tension totale = Vcrête + 2×Vcrête = 3×Vcrête. C'est ainsi qu'on obtient la valeur triplée de la tension appliquée en sortie. Analytiquement correct, mais aspect pratique : chute de tension aux diodes, donc tension de sortie pas exactement triple.

Vout = 3 × Vcrête – chutes de tension aux diodes

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Fonctionnement du circuit tripleur de tension

La tension côté entrée mesurée au transformateur, côté sortie au niveau de la troisième diode. Mettez le multimètre sur calibre 20V, mesurez tension entrée, puis tension sortie en changeant le calibre. Nous avons utilisé transformateur 9V pour l'entrée. Valeur RMS, donc pour tension crête-crête : multiplier par √2, Vcrête = 9 × √2 = 12,7 V

Analytiquement, sortie = 12,7 × 3 = 38,1 V

Mais on obtient ~37,3 V. Chute aux diodes = 38,1 - 37,3 = 0,8V