Capacité des condensateurs de filtrage

(Joseph-Henri Lévy)
Pour obtenir les tensions continues nécessaires au fonctionnement des TSF ( tensions appliquées aux grilles et aux anodes), on fait passer la tension issue du secteur ( 220V/50Hz en France aujourd'hui, mais cela n'a pas toujours été le cas), à travers un transformateur afin d'obtenir les niveaux nécessaires. Puis on 'redresse' les tensions alternatives. Elles ne sont plus alors alternatives, mais ne sont toujours pas continues. En plaçant, en sortie du redresseur, un condensateur, on approche le mode continue.
 
schéma d'un redresseur mono alternance
schéma d'un redresseur bi alternance
Comme rien n'est parfait, la tension obtenue peut être vue comme la superposition d'une tension parfaitement continue et de tensions alternatives résiduelles harmoniques ( cad multiples de la fréquence secteur). Le condensateur de filtrage placé après le redresseur permet de réduire la tension d'ondulation appliquée aux circuits à suivre. Plus sa capacité est élevée, moins la tension d'ondulation sera gênante. Dans le cas de redresseur à tube, cette capacité sera limitée à Cmax prescrite par le constructeur de la diode, sous peine de raccourcir sa durée de vie.

Il existe deux modes de redressement : le mono alternance et le double alternance. Le premier mode produit une tension d'ondulation dont la fréquence fondamentale est 50Hz ( 60Hz au USA). Celle-ci double dans le mode double alternance.

Il existe une relation simplifiée de calcul de cette capacité avec C(Farads) , IMAX (A), UONDULATION (V) et f=50 Hz :
 
Mono alternance
Carnets TSF
$$ C=\frac{{I_{max}}}{f.u_{cc}}$$
Bi alternance
Carnets TSF $$ C=\frac{{I_{max}}}{2f.u_{cc}}$$
Bi alternance
Carnets TSF $$ C=\frac{{I_{max}}}{4\sqrt{3}\ f\ u_{rms}}$$

La valeur absolue de la tension d'ondulation \(u_{cc}\) ou de la tension RMS \(u_{rms}\) n'est pas une grandeur intéressante pour le concepteur. Elle doit être ramenée à la composante continue \(u_{dc}\). C'est pourquoi on se fixe en général le ratio \(r=u_{cc}/u_{dc}\) qui peut varier entre 1 et 10%, puis on calcule C en fonction du courant maximal \(I_{max}\) qui sera absorbé par le circuit de charge aval.

Deux exemples

 
En basse tension avec redressement double alternance par diode au silicium.
On veut pouvoir fournir 120 mA sous 15V avec un taux d'ondulation de 1%. On dispose d'un transformateur fournissant 12V eff au secondaire. La tension crête sera de 12 x 1,414 soit 17V. Les diodes font chuter environ 2V. Reste donc 15V crête.
La tension d'ondulation sera de 15 V x 1% = 0,15V. Le calcul donne $$C=\frac{0,12}{100 . 0,15 } = 8 000\mu F$$

On pourra utiliser une capacité de 10 000µF/35V

En haute tension, avec redressement double alternance à tube EZ80.
Les secondaires HT d'un transformateur chargé délivrent 250V eff soit 353V crête. On doit pouvoir fournir 100 mA. Le tube EZ80 supporte au plus 50µF. Calculons dans ces conditions la plus faible ondulation possible. $$\begin{cases} U_{ondulation}=\frac{0,1}{100 . 50 . 10^{-6} } = 20V \\ \mbox{Soit 6% de taux d'ondulation} \end{cases}$$
Ce résultat moyen impose de faire suivre ce premier condensateur d'un montage R/C ou L/C pour parfaire le filtrage. Dans les postes TSF, le dernier tube d'amplification BF (puissance) est moins sensible aux tensions résiduelles de redressement que les autres étages. C'est pourquoi celui-ci est en souvent alimenté via le 1er condensateur ( dit de tête)

Outil de calcul de la capacité du condensateur de filtrage

 
 
Carnets TSF
 
Carnets TSF