Conformateur à diodes


En utilisant les zones de conduction et de bloquage de plusieurs diodes, il est possible de réaliser des fonctions non linéaires. On examine ici la transformation d'un signal triangulaire en un signal pseudo-sinusoïdal.
Hypothèses :
Quand la tension aux bornes d'une diode polarisée dans le sens direct est inférieure à la tension de seuil (V0 = 0,6 V) la résistance de la diode est infinie; ensuite elle est nulle. La résistance de la diode est infinie quand elle est polarisée en inverse.
Le circuit est relié à un circuit suiveur : on peut considérer que sa charge est infinie.
On prend R3 < R2 < R1
Fonctionnement du circuit :
Si T est la période du signal triangulaire, entre 0 et T/4, la tension d'entrée est Ve(t) = A.t
Entre t et t1, aucune des diodes n'est passante : Vs(t) = Ve(t)(R1 + R2 + R3) / (R1 + R2 + R3 + R4) = A'.t
A l'instant t1, la diode D1 devient conductrice : V0 = 0,6 = Ve(t1).R1 / (R1 + R2 + R3 + R4)
Entre t1 et t2, seule la diode D1 est conductrice, elle se comporte comme un générateur de fem V0 et de résistance interne nulle.
On a donc Vs(t) = 0,6 + (Ve(t) − 0,6).(R2 + R3) / (R2 + R3 + R4)
A l'instant t2, la diode D2 devient conductrice : V0 = 0,6 = [ Ve(t2) − 0,6].R2 / (R2 + R3 + R4)
Entre t2 et t3, les diodes D1 est D2 sont conductrices : Vs(t) = 1,2 + (Ve(t) − 1,2). R3 / (R3 + R4)
A l'instant t3, la diode D3 devient conductrice : V0 = 0,6 = [ Ve(t2) − 1,2].R3 / (R3 + R4).
La tension de sortie est donc une succession de droites dont la pente est fonction des valeurs des résistances du pont diviseur.
En pratique, la courbure de la caractéristique au voisinage de la tension de seuil supprime les points anguleux de la tension de sortie. En augmentant le nombre de diodes, on augmente le nombre de segments et on améliore l'approximation de la sinusoïde.
Dans le générateur de fonction Intersil 8038 qui utilise 5 segments le taux de distorsion harmonique est de l'ordre de 1 %.
Les valeurs des résistances du pont diviseur sont fonction des valeurs choisies pour t1, t2, t3 ...

Utilisation :

Le programme trace Ve(t) en bleu, Vs(t) en rouge et la sinusoïde idéale en gris.
Les diodes passantes sont tracées en rouge.
Exercice :
La tension triangulaire varie entre +3 v et −3 V.
On choisit de prendre t1 = T / 12, t2 = T / 6, et t3 = T / 4 − ε.
On a donc : Ve(t1) = 1 V, Ve(t2) = 2 V et Ve(t3) ≈ 3 V ainsi que Vs(t1) = 0,9 V, Vs(t2) = 1, 56 V et Vs(t3) = 1,8 V.
On prend R4 = 1600 Ω.
Montrer que R1 = 6300 Ω, R2 = 1800 Ω et R3 = 800 Ω.