Circuits de rognage à diodes : guide complet des types et applications

Rogneur de tension à diode

Source : Wikimedia Commons

Vous travaillez sur des projets électroniques nécessitant une protection contre les pics de haute tension ?

Un circuit de rognage (clipping) à diode est alors indispensable. Il permet de réguler votre forme d'onde.

Mais comme la plupart des circuits, il repose sur un principe de fonctionnement qu'il faut comprendre pour l'utiliser efficacement. Il existe également différentes catégories de circuits de rognage.

Bonne nouvelle : nous abordons tout cela et plus encore dans cet article. Restez avec nous.

Qu'est-ce qu'un circuit de rognage à diode ?

Rogneur de forme d'onde à diode

Source : Wikimedia Commons

Le rognage à diode est un circuit de mise en forme d'onde. Il prend une forme d'onde en entrée et en coupe la moitié supérieure, inférieure ou les deux, selon les caractéristiques de la diode. On l'appelle aussi limiteur à diode.

Lorsque le rognage coupe un signal d'entrée, il génère une forme d'onde de sortie qui ressemble à une version aplatie de l'entrée. Vous pouvez utiliser ce circuit pour reformer une forme d'onde d'entrée avec des diodes Schottky ou de signal, ou utiliser des diodes Zener pour fournir une protection contre les surtensions. Ainsi, le rognage à diode protège le circuit contre les pics de haute tension, garantissant que la tension de sortie ne dépasse pas un certain niveau.

Les composants essentiels pour construire un circuit de rognage sont une résistance et une diode idéale. Il est toutefois crucial d'ajouter une batterie DC pour fixer le niveau de rognage souhaité.

Comment fonctionne un circuit de rognage à diode ?

Le principe de fonctionnement est similaire à celui de la diode. Elle laisse passer le courant en se polarisant en direct, ce qui clampe la tension. En polarisation inverse, aucun courant ne traverse la diode, la tension aux bornes reste alors inchangée.

Catégories de rogneurs

On distingue généralement deux grandes catégories : les rogneurs parallèles et les rogneurs série. La configuration parallèle place la diode en dérivation par rapport à la charge. La configuration série place la diode et la charge en série.

Rogneur à diode positif

Rogneur à diode positif

Source : Tutorialspoint

Avec un rognage positif, les demi-cycles positifs de la tension d'entrée sont absents.

Si la diode est en série avec la charge, elle est polarisée en inverse pendant le demi-cycle positif de l'onde d'entrée. Le circuit rogne alors le demi-cycle positif et la tension de sortie reste à 0 V.

Lors du demi-cycle négatif, la diode est polarisée en direct, le demi-cycle négatif apparaît donc à la sortie.

Si la diode est en parallèle avec la charge, le phénomène inverse se produit : la diode est polarisée en direct pendant le demi-cycle positif, se comporte comme un interrupteur fermé et conduit fortement. La chute de tension aux bornes de la charge ou de la diode est alors nulle. La tension de sortie pendant les demi-cycles positifs est zéro. Pendant le demi-cycle négatif, la diode est polarisée en inverse, agit comme un interrupteur ouvert et la tension d'entrée totale apparaît aux bornes de la charge (si R_L > R).

Le circuit agit comme un diviseur de tension avec une tension de sortie de [R_L / (R + R_L)] V_MAX = -V_MAX (lorsque R < R_L).

Rogneur à diode négatif

Rogneur à diode négatif

Source : Wikimedia Commons

Le rognage négatif est l'inverse du rognage positif. Lorsque la diode est polarisée en direct et que l'onde sinusoïdale a un cycle négatif, elle le rogne à -0,7 V.

Lorsque la diode est polarisée en inverse, elle laisse passer le demi-cycle positif sans altération. Le circuit rogne donc le demi-cycle négatif de la tension d'entrée.

La diode peut-elle rogner les deux cycles ? Oui, en connectant deux diodes en parallèle inverse. La première diode (D1) rogne le demi-cycle positif, la seconde (D2) rogne le demi-cycle négatif.

On peut ainsi rogner le demi-cycle négatif, positif ou les deux. Avec des diodes idéales, les formes d'onde de sortie seront à zéro. Mais avec une polarisation directe, une chute de tension d'environ 0,7 V apparaît aux bornes des diodes. Les points de rognage se situent donc à +0,7 V et -0,7 V.

On peut obtenir des valeurs supérieures au seuil ±0,7 V en ajoutant une tension de polarisation à la diode, ou en reliant plusieurs diodes en série pour créer des multiples de 0,7 V.

Rogneur combiné

Rogneur à diode combiné

Source : Researchgate

Le rognage combiné permet de couper une partie des demi-cycles positif et négatif de la tension d'entrée. Lorsque la tension d'entrée dépasse la tension (+V1) de la première batterie de D1, ce dernier conduit fortement tandis que D2 est polarisé en inverse. La tension de sortie est alors +V1.

Pour le demi-cycle négatif, D1 reste polarisé en inverse. Lorsque la tension d'entrée dépasse l'amplitude de la tension de la batterie V2, D2 conduit fortement. La sortie reste alors à -V2 pendant le cycle négatif, tant que -V2 est inférieur à la tension du signal d'entrée.

Circuits de rognage à diodes polarisées

Circuit de rognage à diode polarisée

Source : Tutorialspoint

Une tension de polarisation est essentielle pour générer des circuits de rognage à des niveaux de tension variés. Pour que la diode soit polarisée en direct et conduise, V_BIAS + 0,7 V doit être inférieur à la tension aux bornes de la combinaison série.

Par exemple, si V_BIAS est réglé à 5,5 V, la polarisation directe ne se produira que si la tension est supérieure à 5,5 + 0,7 = 6,2 V. Le circuit rognera alors tous les niveaux de tension supérieurs à ce point de polarisation.

Rognage à diode avec polarisation négative

En variant la tension de polarisation de la diode, on obtient différents niveaux de limitation ou de rognage. On peut utiliser deux diodes polarisées pour rogner les demi-cycles négatifs et positifs. Les tensions de polarisation positive et négative n'ont pas besoin d'être identiques (ex: +8 V et -10 V).

Rognage à diode avec polarisation positive

Inversez la tension de polarisation de la batterie et la diode. Lorsque la diode conduit pendant le cycle négatif de la forme d'onde de sortie, V_BIAS reste à un certain niveau.

Rognage à diode avec divers niveaux de polarisation

La diode D1 conduit lorsque la tension du demi-cycle positif atteint +4,7 V, limitant la forme d'onde à +4,7 V. Pour que D2 conduise, la tension doit atteindre -6,7 V. Le circuit rogne automatiquement toutes les tensions négatives inférieures à -6,7 V et positives supérieures à +4,7 V.

Veillez à ne pas régler les niveaux de rognage trop bas ou l'amplitude du signal d'entrée trop haute, sinon la forme d'onde deviendra carrée lorsque le circuit supprimera les deux pics.

Circuits de rognage à diode Zener

La tension de polarisation permet un contrôle précis du niveau de rognage, mais nécessite une source de tension supplémentaire. On peut utiliser des diodes Zener à la place.

Les diodes Zener fonctionnent spécifiquement en région de claquage en polarisation inverse, ce qui les rend idéales pour le rognage Zener ou la régulation de tension.

Lorsqu'une Zener conduit, elle se comporte comme une diode silicium classique avec une chute de tension directe de 0,7 V. En polarisation inverse, la tension est bloquée jusqu'à l'atteinte de la tension de claquage. La forme d'onde est rognée à la tension Zener en polarisation inverse, tandis que le circuit agit comme une diode classique (0,7 V) pendant le demi-cycle négatif.

Applications des circuits de rognage à diode

Les circuits de rognage à diode s'utilisent dans :

• Alimentations électriques
• Élimination des ripples excessifs dans les signaux dépassant un certain niveau de bruit dans les émetteurs FM
• Ajustement des formes d'onde existantes et création de nouvelles
• Diode de roue libre protégeant les transistors des effets transitoires
• Limitation de la tension d'entrée dans un dispositif

Mot de la fin

Un circuit de rognage à diode limite, empêche ou coupe efficacement la tension ou la forme d'onde d'entrée en dessous ou au-dessus d'un niveau spécifique. Il existe différents types de circuits de rognage selon l'objectif visé.

Qu'en pensez-vous ? Avez-vous besoin d'aide pour choisir le meilleur circuit de rognage pour votre projet ? N'hésitez pas à nous contacter.