Rectification and smoothing · Redressement et lissage
| English | Français |
|---|---|
| diodes/ˈdaɪəʊdz/ | diodes |
| capacitor/kəˈpæsɪtə/ | un condensateur |
| rectification/ˌrektɪfɪˈkeɪʃn/ | redressement |
| smoothing/ˈsmuːðɪŋ/ | lissage |
| ripple/ˈrɪpl/ | ondulation |
| forward-biased/ˈfɔːwəd ˈbaɪəst/ | polarisée directement |
| reverse-biased/rɪˈvɜːs ˈbaɪəst/ | polarisée inversement |
| bridge rectifier/brɪdʒ ˈrektɪfaɪə/ | redresseur pont |
Inside a phone charger
- A phone charger takes mains alternating voltage that reverses fifty times a second, and hands the phone a steady $5\ \text{V}$.
- Between those two things sit exactly the components of this lesson: diodes 二极管 to stop the reversing, and a capacitor 电容器 to iron out what is left.
- Rectification 整流 is the conversion of an alternating current into a direct (one-direction) current. That is the marked definition.
- Smoothing 平滑 is then using a capacitor across the load to reduce the ripple of a rectified output.
À l'intérieur d'un chargeur de téléphone
- Un chargeur de téléphone prend la tension alternative du secteur qui s'inverse cinquante fois par seconde, et fournit au téléphone un courant continu constant de $5\ \text{V}$.
- Entre ces deux éléments se trouvent exactement les composants de cette leçon : des diodes 二极管 pour arrêter les inversions, et un condensateur 电容器 pour lisser ce qui reste.
- La redressement 整流 est la conversion d'un courant alternatif en un courant continu (unidirectionnel). C'est la définition marquée.
- Le lissage 平滑 est ensuite l'utilisation d'un condensateur en parallèle sur la charge pour réduire les ondulations d'une sortie redressée.
What a diode does
- A diode conducts only when it is forward-biased 正向偏置: its anode, the flat end of the symbol's triangle, is more positive than its cathode, the bar.
- Otherwise it is reverse-biased 反向偏置 and behaves like an open switch.
- Treat it as ideal: zero resistance one way, infinite the other.
- Conventional current always flows through a diode in the direction the triangle points. Every "complete the circuit" question is that one rule, applied to each diode in turn.
Rôle d'une diode
- Une diode ne conduit que lorsqu'elle est polarisée directement 正向偏置 : son anode, l'extrémité plate du triangle du symbole, est plus positive que sa cathode, le trait.
- Sinon elle est polarisée inversement 反向偏置 et se comporte comme un interrupteur ouvert.
- Traitez-la comme idéale : zéro résistance dans un sens, infinie dans l'autre.
- Le courant conventionnel traverse toujours une diode dans la direction indiquée par le triangle. Chaque question de « compléter le circuit » repose sur cette règle unique, appliquée à chaque diode successivement.
A diode conducts current: · Une diode conduit le courant :
This one-way behaviour is what lets diodes rectify a.c. into d.c. · Ce comportement unidirectionnel permet aux diodes de redresser un c.a. en c.d.
Match each term to the definition the examiner marks. · Reliez chaque terme à la définition marquée par l'examinateur.
Rectified current still varies; what makes it direct is that it never reverses. · Le courant redressé varie encore ; ce qui le rend continu, c'est qu'il ne s'inverse jamais.
Half-wave rectification
- A single diode in series with the load passes only the positive half of each cycle. In the negative half it is reverse-biased and no current flows at all.
- The output is positive half-waves separated by flat zero gaps of equal length. Mean output $= V_0/\pi \approx 0.32\,V_0$.
- Half the input is thrown away, and the output is very uneven.
Humps, then nothing, then humps
Redressement demi-onde
- Une diode unique en série avec la charge ne laisse passer que la demi-onde positive de chaque cycle. Dans la demi-onde négative, elle est polarisée inversement et aucun courant ne circule.
- La sortie consiste en des demi-ondes positives séparées par des creux plats à zéro de longueur égale. Sortie moyenne $= V_0/\pi \approx 0.32\,V_0$.
- La moitié de l'entrée est gaspillée, et la sortie est très inégale.
Des bosses, puis rien, puis des bosses
Half-wave rectification uses ____ diode. · Le redressement demi-onde utilise ____ diode.
A single diode passes the positive half-cycles and blocks the negative ones (leaving gaps). · Une seule diode laisse passer les demi-cycles positifs et bloque les négatifs (laissant des intervalles).
Drawing the half-wave circuit
- Source, one diode in series, load, and $V_{\text{OUT}}$ taken across the load. The triangle points the way the output current must flow.
- If a smoothing capacitor is wanted it goes in parallel with the load, never in series. A capacitor in series would block the d.c. altogether, which is the opposite of the point.
One diode in the line, one capacitor across the load
Schéma du redressement demi-onde
- Source, une diode en série, charge, et $V_{\text{OUT}}$ prélevé en sortie de la charge. Le triangle indique la direction dans laquelle le courant de sortie doit circuler.
- Si un condensateur de lissage est souhaité, il va en parallèle avec la charge, jamais en série. Un condensateur en série bloquerait totalement le courant continu, ce qui est l'opposé de l'objectif.
Une diode dans le fil, un condensateur en parallèle sur la charge
Where does a smoothing capacitor go? · Où va le condensateur de lissage ?
It must discharge THROUGH the load between peaks, which needs it in parallel. In series it would block the d.c. entirely, which is the opposite of the point. · Il doit se décharger À TRAVERS la charge entre les pics, ce qui nécessite sa position en parallèle. En série, il bloquerait totalement le c.d., ce qui est l'inverse du but recherché.
Full-wave rectification
- A bridge rectifier 桥式整流器 uses four diodes so that the load current runs the same way whichever input terminal is positive.
- The output is a continuous run of positive humps with no gaps, at twice the input frequency. Mean output $= 2V_0/\pi \approx 0.64\,V_0$, double the half-wave value.
- All of the input is used, and what remains is far easier to smooth.
No gaps, and twice as often
Redressement pleine-onde
- Un pont redresseur 桥式整流器 utilise quatre diodes afin que le courant traversant la charge circule dans le même sens quel que soit le terminal d'entrée positif.
- La sortie est une suite continue de bosses positives sans creux, à une double fréquence d'entrée. Sortie moyenne $= 2V_0/\pi \approx 0.64\,V_0$, double de la valeur demi-onde.
- Toute l'entrée est utilisée, et ce qui reste est beaucoup plus facile à lisser.
Pas de creux, et deux fois plus souvent
Rectifier and smoothing route · Redresseur et circuit de lissage
Watch alternating input become a smoother direct output. · Observez l'alternatif devenir une sortie continue plus lisse.
How many diodes are in a bridge (full-wave) rectifier? · Combien y a-t-il de diodes dans un pont (redresseur pleine-onde) ?
Four diodes, arranged so the load current always flows the same way whichever input terminal is positive. · Quatre diodes, disposées de sorte que le courant dans la charge circule toujours dans le même sens quel que soit le terminal d'entrée positif.
A full-wave rectified output repeats at twice the frequency of the a.c. input. · Une sortie redressée pleine-onde se répète à une fréquence double de celle de l'entrée c.a.
Both half-cycles become positive humps, so the output ripples at double the input frequency. · Les deux demi-cycles deviennent des bosses positives, donc l'ondulement de sortie est au double de la fréquence d'entrée.
Worked example: explaining the bridge
- Explain how the four diodes produce full-wave rectification. This is the standard four-marker, and it is marked on naming the diodes.
- When terminal P is positive: current leaves P, passes through the diode pointing away from P to the top of the load, flows down through the load, and returns to Q through the diode pointing towards Q. The other two are reverse-biased and carry nothing.
- When Q is positive: the other pair conducts, but they are arranged so the current still enters the load at the top.
- So the current in the load is in the same direction in both half-cycles. Say which pair conducts in each half-cycle and which end of the load is positive.
Two diodes at a time, one direction through the load
Exemple résolu : expliquer le pont
- Expliquez comment les quatre diodes produisent le redressement pleine-onde. C'est la question standard notée sur quatre points, et elle est évaluée selon le nommage des diodes.
- Lorsque le terminal P est positif : le courant quitte P, traverse la diode pointant loin de P vers le haut de la charge, circule vers le bas à travers la charge, et retourne à Q par la diode pointant vers Q. Les deux autres sont polarisées inversement et ne transportent aucun courant.
- Lorsque Q est positif : c'est l'autre paire qui conduit, mais elles sont disposées de sorte que le courant entre toujours dans la charge par le haut.
- Ainsi, le courant dans la charge est dans la même direction lors des deux demi-cycles. Dites quelle paire conduit dans chaque demi-cycle et quel extrémité de la charge est positive.
Deux diodes à la fois, un seul sens de courant dans la charge
Put the explanation of one half-cycle of a bridge rectifier in order. · Placez l'explication d'une demi-onde d'un pont redresseur dans l'ordre.
The four-mark answer is marked on naming the conducting pair in each half-cycle, not on saying the current "goes the same way". · La réponse notée sur quatre points consiste à nommer la paire conductrice dans chaque demi-cycle, pas à dire simplement que le courant « va dans le même sens ».
Completing a bridge
- Given a bridge with diodes missing, use one rule: both diodes joined to the positive output terminal point towards it, and both joined to the negative output terminal point away from it.
- A single diode the wrong way round either short-circuits the supply on one half-cycle or passes nothing at all.
- Check your answer by tracing one half-cycle right round the loop before you move on.
Compléter un pont
- Face à un pont comportant des diodes manquantes, utilisez une seule règle : les deux diodes connectées au terminal de sortie positif pointent vers celui-ci, et celles connectées au terminal de sortie négatif pointent loin de celui-ci.
- Une diode orientée dans le mauvais sens va soit court-circuiter la source lors d'un demi-cycle, soit ne laisser passer aucun courant du tout.
- Vérifiez votre réponse en traçant un demi-cycle complet autour de la boucle avant de passer à la suite.
In a bridge rectifier, both diodes joined to the positive output terminal point towards it. · Dans un pont redresseur, les deux diodes reliées au terminal de sortie positif pointent vers lui.
And both joined to the negative terminal point away from it. One diode reversed either short-circuits the supply on a half-cycle or passes nothing. · Et celles reliées au terminal négatif pointent loin de lui. Inverser une diode court-circuite l'alimentation lors d'une demi-onde ou ne laisse passer aucun courant.
Smoothing with a capacitor
- Put a capacitor $C$ in parallel with the load $R$. On the rising part of each pulse it charges up to near the peak.
- On the falling part, and through any gap, the diodes are reverse-biased, so the capacitor discharges through the load and keeps the current flowing. That decay has time constant $RC$.
- At the next peak it charges again. The output now sits near the peak with small dips, and the size of the dips is the ripple 纹波.
Never down to zero, never above the peak
Lissage avec un condensateur
- Placez un condensateur $C$ en parallèle avec la charge $R$. Sur la partie montante de chaque impulsion, il se charge jusqu'au voisinage de la crête.
- Sur la partie descendante, et à travers n'importe quel intervalle, les diodes sont polarisées en inverse, donc le condensateur se décharge à travers la charge et maintient le courant. Cette décroissance a une constante de temps $RC$.
- Au prochain maximum, il se recharge. La sortie est maintenant proche du maximum avec de petites baisses, et l'amplitude de ces baisses est le roulement 纹波.
Jamais jusqu'à zéro, jamais au-dessus du maximum
To smooth a rectified output, you connect a capacitor: · Pour lisser une sortie redressée, vous connectez un condensateur :
In parallel, it charges to the peak and then discharges through the load between peaks, holding the voltage up. · En parallèle, il se charge jusqu'au pic puis se décharge à travers la charge entre les pics, maintenant la tension élevée.
Worked example: how big is the ripple
- A half-wave rectifier fed from a $50\ \text{Hz}$ supply has a $470\ \mu\text{F}$ capacitor across a $1.2\ \text{k}\Omega$ load. Estimate the fractional fall between peaks, and say what a bridge would change.
- Half-wave gives one peak per cycle, so the peaks are $T = 1/50 = 20\ \text{ms}$ apart.
- Time constant: $RC = (1.2\times10^3)(470\times10^{-6}) = 0.56\ \text{s}$.
- Discharge: $V = V_0 e^{-t/RC} = V_0 e^{-0.020/0.56} = 0.965\,V_0$, a fall of about $3.5\%$.
- With a bridge the peaks are only $10\ \text{ms}$ apart, so the fall halves to about $1.8\%$. Because $t \ll RC$, the ripple is roughly $V_0 t/(RC)$: proportional to the time between peaks, and inversely proportional to both $R$ and $C$.
Exemple résolu : quelle est l'amplitude du roulement
- Un redresseur demi-onde alimenté par une source $50\ \text{Hz}$ possède un condensateur $470\ \mu\text{F}$ en parallèle sur une charge $1.2\ \text{k}\Omega$. Estimez la chute fractionnelle entre les maxima, et précisez ce que changerait un pont.
- Le demi-onde donne un seul maximum par cycle, donc les maxima sont espacés de $T = 1/50 = 20\ \text{ms}$.
- Constante de temps : $RC = (1.2\times10^3)(470\times10^{-6}) = 0.56\ \text{s}$.
- Décharge : $V = V_0 e^{-t/RC} = V_0 e^{-0.020/0.56} = 0.965\,V_0$, soit une chute d'environ $3.5\%$.
- Avec un pont, les maxima ne sont espacés que de $10\ \text{ms}$, donc la chute diminue de moitié pour atteindre environ $1.8\%$. Puisque $t \ll RC$, le roulement est approximativement $V_0 t/(RC)$ : proportionnel au temps entre les maxima, et inversement proportionnel à la fois à $R$ et $C$.
A full-wave rectifier from a 50 Hz supply feeds a 1.2 kilo-ohm load with a 470 microfarad capacitor. How many milliseconds pass between output peaks? · Un redresseur d'onde complète alimenté par un réseau 50 Hz charge une résistance de 1.2 kilo-ohms avec un condensateur de 470 microfarads. Combien de millisecondes s'écoulent entre les pics de sortie ?
Full-wave output runs at twice the input frequency, so 100 peaks per second and 10 ms between them. Half-wave would give 20 ms and about twice the ripple. · La sortie pleine-onde fonctionne à une fréquence double de l'entrée, soit 100 pics par seconde et 10 ms entre eux. Le demi-onde donnerait 20 ms et environ deux fois plus d'ondulement.
The mean output of a half-wave rectifier is $V_0$ divided by ____. · La sortie moyenne d'un redresseur demi-onde est $V_0$ divisée par ____.
Half-wave gives 0.32 V0; a bridge uses both halves and doubles it to 2V0/pi = 0.64 V0. The bridge also doubles the ripple frequency, which is why the same capacitor smooths it better. · En redressement monophasé, on obtient 0.32 V0 ; un pont utilise les deux alternances et double la valeur à 2V0/pi = 0.64 V0. Le pont double également la fréquence d'ondulation, ce qui explique pourquoi le même condensateur lisse mieux le signal.
What reduces the ripple, and how to sketch it
- Larger $C$: more stored charge, so a smaller dip between peaks.
- Larger $R$: a smaller load current, so a slower discharge. Note this is the load resistance, so a heavier load (smaller $R$) makes the ripple worse.
- Full-wave instead of half-wave: less time to discharge between peaks.
- To sketch it: draw the humps faintly, then a curve that touches each peak, sags gently, and turns sharply up where the next hump meets it. It never reaches zero and never rises above the peak.
Bigger $RC$ hugs the peak line
Ce qui réduit le roulement, et comment le dessiner
- Plus grand $C$ : plus de charge stockée, donc une baisse moindre entre les maxima.
- Plus grande $R$ : un courant de charge plus faible, donc une décharge plus lente. Notez qu'il s'agit de la résistance de la charge, donc une charge plus importante ($R$ plus petite) rend le roulement pire.
- Redressement double onde plutôt que demi-onde : moins de temps pour se décharger entre les maxima.
- Pour le dessiner : tracez les bosses faiblement, puis une courbe qui touche chaque maximum, descend doucement, et remonte brusquement là où la bosse suivante la rejoint. Elle ne touche jamais zéro et ne dépasse jamais le maximum.
Un $RC$ plus grand épouse la ligne du maximum
Select all · tout the changes that reduce the ripple. · Sélectionnez toutes les modifications qui réduisent l'ondulement.
A bigger $RC$ (or less time between peaks) makes the capacitor discharge less between peaks — smaller ripple. A smaller capacitor does the opposite. · Un grand $RC$ (ou moins de temps entre les pics) fait que le condensateur se décharge moins entre les pics — ondulement réduit. Un condensateur plus petit fait l'inverse.
Marks that slip away
- The smoothing capacitor goes across the load, in parallel. In series it blocks the d.c. entirely.
- In the bridge explanation, name which pair of diodes conducts in each half-cycle. "The current goes the same way" alone is one mark of four.
- Full-wave output is at twice the input frequency, not the same frequency.
- A smaller load resistance means a larger ripple, because the capacitor discharges faster.
- Half-wave has flat zero gaps; full-wave has none. Draw the gaps the same width as the humps.
Pièges qui font perdre des points
- Le condensateur de lissage va en parallèle sur la charge, en dérivation. En série, il bloquerait entièrement le c.c.
- Dans l'explication du pont, nommez quelle paire de diodes conduit dans chaque demi-cycle. « Le courant passe dans le même sens » seul vaut une marque sur quatre.
- La sortie double onde est à deux fois la fréquence d'entrée, pas à la même fréquence.
- Une résistance de charge plus petite signifie un roulement plus important, car le condensateur se décharge plus vite.
- Le demi-onde présente des intervalles plats à zéro ; le double onde n'en a aucun. Tracez les intervalles de la même largeur que les bosses.
You've got it
- rectification converts alternating current into current in one direction; a diode conducts only when forward-biased, in the direction its triangle points
- half-wave uses one diode and passes half of each cycle, mean $V_0/\pi$; a bridge of four diodes passes both halves, mean $2V_0/\pi$, at twice the frequency
- a capacitor in parallel with the load smooths by discharging through the load between peaks, with time constant $RC$
- the ripple shrinks with larger $C$, larger load resistance, and full-wave rather than half-wave rectification
Vous avez compris
- La redressement convertit le courant alternatif en courant dans un seul sens ; une diode conduit uniquement lorsqu'elle est polarisée directement, dans la direction indiquée par son triangle
- Le demi-onde utilise une seule diode et transmet la moitié de chaque cycle, moyenne $V_0/\pi$ ; un pont de quatre diodes transmet les deux moitiés, moyenne $2V_0/\pi$, à deux fois la fréquence
- Un condensateur en parallèle avec la charge lisse en se déchargeant à travers la charge entre les maxima, avec une constante de temps $RC$
- Le roulement diminue avec un $C$ plus grand, une résistance de charge plus grande, et un redressement double onde plutôt que demi-onde