Signal non linéaire avec une alimentation continue et une diode de redressement

International Français
1

Bonjour à toutes et à tous,

Dans le cadre d'un projet de mesure de courant, je souhaite faire des essais préalables de pont diviseur de tension, et de "redresseur double alternance" de diodes.

Afin de me lancer dans le montage de ce que je désire mettre en place, j'ai voulu faire des essais très simples de circuits.

Les différents circuits ci-dessous inclus les composants suivants:

  • arduino nano alimentée en USB via PC
  • résistances (x2) de 10mégaomh
  • diode IN4007

L'objectif de mes premiers montages était de valider que j'étais capable, avec 2 diodes, de supprimer la composante négative d'un signal alternatif (signal variant entre -1 et +1 Volt)

Avant de pouvoir valider cela, je voulais déjà valider que j'étais capable de réaliser un pont diviseur de tension, permettant de monter ma tension de +2.5V, ce qui me protègerait d'une mauvaise manipulation lors de l'ajout de mon signal alternatif.

La valeur de la tension, grâce à cet offset, serait toujours comprise, même en cas de mauvaise manipulation, entre +1.5V et +3.5V.

J'ai donc réalisé mon premier montage, cf

montage_image1
montage_image11409×1098 204 KB

Tout fonctionne, je mesure bien sur mon Arduino une valeur d'environ 515, tout me semble parfaitement normal.

Ci dessous le code utilisé pour les deux montages

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(10, INPUT);
}

void loop() {
  Serial.println(analogRead(A4));
  delay(10);
}

J'ai ensuite réalisé mon second montage, sur lequel je voulais simplement valider que le courante passait toujours en rajoutant ma diode. Je m'attendais à avoir exactement la même sortie que sur le montage précédent

montage_image2
montage_image21422×1010 206 KB

Et là c'est le drame. Tout est alimenté en courant continu par le +5V de l'arduino nano, et pourtant le voltage semble sinusoïdal.

Ce que je souhaite à travers ce sujet: Démystifier ce qu'il est entrain de se produire, savoir où j'ai commis une erreur, et savoir si la suite de mon projet est viable ou non.

Merci d'avoir pris le temps de me lire jusqu'au bout, j'espère que ce sujet attirera votre attention !

2

:warning:
Post mis dans la mauvaise section, on parle anglais dans les forums généraux. ➜ déplacé vers le forum francophone.

Merci de prendre en compte les recommandations listées dans "Les bonnes pratiques du Forum Francophone”

3

C'est logique, la diode reçoit toujours une tension + et supérieure à 0,6V, elle sera toujours conductrice. Placez la diode avant le pont de résistance et appliquez-lui directement le signal sinusoïdal.
Salutations

4

Avant d'aller plus loin, je pense qu'il serait bien de remplacer les résistances de 10M par des résistances de valeur plus faible. Dans la fourchette 1K à 10K. Avec 10M le courant est tellement faible qu'il y a pas mal de chose qui ne fonctionneront pas comme prévu. Comme par exemple le temps de stabilisation de la tension à l'entrée de l'ADC.

Sur ta 2nde manip, par exemple, tu as une diode avec une polarisation sur son anode qui vient d'un générateur de 2,5V avec une résistance interne de 5M. Autant dire que l'anode est quasiment en l'air et elle capte tous ce qui passe 5G, France Inter, ton Wifi, ...

5

Merci à tous les deux pour vos réponses.

@fdufnews j'ai fait un essai à l'instant en remplaçant les résistances de 10méga par des résistances de 10k, la sortie est rigoureusement la même, cf capture ci-dessous du traceur série de l'arduino.

montage_image3
montage_image3840×653 61.9 KB

@gonpezzi Je suis désolé je ne comprend pas ta remarque. La diode n'est pas alimentée avec un signal sinusoïdale. Elle est alimentée par le +5V continu de l'arduino nano. Néanmoins tu fais mention d'une tension de 0.6V qui pourrait impacter la suite de mon projet, de quoi s'agit-il ?

Merci d'avance pour vos retours.

6

Quelques points :

  1. Le convertisseur analogique digital n'est pas un instrument de mesure.
    Il fait ce qu'il peut.
    Tout est expliqué dans la datasheet du microcontrôleur (Nano : atmega328p)
    Il y a des erreurs systématiques dues aux imperfections liées aux lots de fabrication et des erreurs aléatoires dues au bruit thermique et à l'activité du microcontrôleur.
    En gros l'incertitude de mesure est de ± 5 à ± 7 pas
    Tes mesures, qui ne sont pas sinusoïdales, sont dans l'incertitude prévisible.
    La solution la plus simple pour éliminer les erreurs aléatoires est de faire un moyennage.
    On ne peut rien contre les erreurs systématiques sauf à faire un étalonnage délicat et qui sera lié à un exemplaire particulier.
    Attention aussi à la qualité de la masse. En mesures analogiques elle doit être parfaite : pas de fils Dupont de 20 cm ou plus formant des sculptures style perchoir à mouches.

  2. Connais-tu la valeur de l'impédance de l'entrée analogique ?
    Elle est énorme de l'ordre du megohms.
    Aucun courant ne passe dans la diode.
    Je n'ai pas très bien compris ce que tu veux faire, mais déjà si la diode était placée avant le pont, elle serait chargée par l'impédance du pont (R1 en // avec R2).
    La diode 1N4007 est une diode de redressement pour alimentation. Le chiffre 7 de 4007 indique qu'elle supporte 1000 V en inverse. C'est un composant de puissance.
    Pour ton application, je verrais plutôt une 1N4148 qui ne doit tenir qu'une cinquantaine de volts en inverse, mais qui est bien plus rapide.
    Si tu veux mesurer une tension alternative il faut placer un condensateur en série.
    Sinon les étages de sortie des circuits qui délivrent le signal alternatif risquent d'interférer avec les résistances du pont.

  3. L'information suivante est souvent oubliée : en alimentation par l'USB il y a une diode Schottky en série avec le 5 V USB.
    NB : les plans de la nano sont disponibles sur le site arduino.

Entre l'entrée USB et le Vcc il y a donc la chute de tension de la diode, 0,4 à 0,6 V.
Elle varie selon le courant consommé.
Sauf à accepter en toute connaissance des mesures imprécises je déconseille de faire des mesures analogiques avec une nano alimenté en USB, car la tension Vcc, et surtout AVcc au niveau des pins du boîtier du microcontrôleur ne peut pas être connue précisément.
Je préconise d'alimenter soit en 5 V appliqué sur la pin 5 V, soit appliquer entre 7 et 9V sur la pin Vin, mais pas les deux en même temps sinon : boom.

7

Je voulais dire que tu fais ce montage ( les résistances comme suggéré par @fdufnews).
diodo
Et quant au 0.6 de la diode, je veux dire qu'elle ne conduira que dans le morceau d'onde positive qui va de 0.6 au volt ,ce qui élimine la partie positive de la demi-onde et toute la partie négative du signal,ne laissant que des pics de 0,6 à 1V.

8

Penser un peu...
Ce n'est pas une onde sinusoïdale, c'est plus comme un signal audio.
Quelle est l'utilité finale du pont de diodes ? Si ce n'est pas de l'indiscrétion de demander.

9

Bonjour,

Comme l'a dit @68tjs , du fait de la très grande impédance d'entrée il n'y a (quasiment) pas de courant qui circule dans la diode. Donc l'entrée est presque en l'air et récolte tous les parasites qui trainent.

10

Merci @68tjs pour ton retour détaillé.

Afin de pouvoir échanger sur tes retours, je joins ci-dessous la photo de mon montage actuel

PXL_20220201_172927605
PXL_20220201_1729276051765×1197 138 KB

Le convertisseur analogique digital n'est pas un instrument de mesure. Il fait ce qu'il peut.

Je suis conscient des incertitudes de mesures, je joins donc ci-dessous la capture d'écran du traceur série Arduino avec une entrée analogique (rouge) n'utilisant que le pont diviseur de tension (2 résistances de 10k), et une entrée analogique (bleue) utilisant le pont diviseur de tension + la diode.

Capture
Capture809×516 79.5 KB

L'incertitude de mesure semble très différente. L'incertitude du tracé rouge ne me pose aucun soucis.

La diode 1N4007 est une diode de redressement pour alimentation

Je me heurte probablement ici à une mauvaise compréhension du fonctionnement d'une diode de redressement.
Ce que j'attends de ce composant se résume à la chose suivante:
Filtrer les tensions négatives, et laisser intact les tensions positives, c'est tout.
A cet effet, en appliquant environ +2.3V en entrée de diode, je m'attends à avoir un signal de +2.3V en sortie de diode.

Concernant le choix de la diode, malheureusement je ne dispose que de ce modèle. Les tensions que je souhaite redresser seront entre -1V et +1V.

Entre l'entrée USB et le Vcc il y a donc la chute de tension de la diode, 0,4 à 0,6 V

La diode de redressement consomme-t-elle du courant ? Quand bien même, pourquoi la lecture analogique effectuée sur le pont diviseur de tension sans diode ne serait pas affectée par ces fluctuations de voltage ? Je n'arrive pas à comprendre l'influence de cette baisse de tension.

Dans le montage final que je souhaite réaliser, l'alimentation ne sera pas faite en USB, et je ne souhaite pas utiliser la tension d'alimentation comme tension de référence pour l'ADC.

Après ces premiers essais, l'hypothèse que j'ai formulé, disant que la diode "[...] laisse intact les tensions positives" n'est pas respectée, ce qui met en péril la suite de mon projet. Toute la première partie de mes essais était uniquement là pour valider ce point.

Je vais détailler ci-dessous le montage final que je veux mettre en place. Je ne sais pas si c'est possible, mais c'est ce que je souhaite mettre en place.

PXL_20220201_172813693.MP
PXL_20220201_172813693.MP1382×1557 125 KB

L'objectif de ce circuit:

  • détecter par le biais d'un capteur de courant le passage de courant (alternative) dans un câble
  • en cas de détection de courant (supérieur à un seuil), enclencher un relai qui va fermer un autre circuit et allumer une lampe.

Le capteur de courant est un SCT013 (30A/1V) => pour un courant de 30A, il produit une différence de tension de 1V. La mesure que je fais sera sur des intensités largement inférieures à 30A.

Le rôle des diodes de redressement que je veux utiliser est de supprimer la composante négative des tensions "générées" par le capteur de courant.

Je veux enfin lire via une entrée analogique la tension (toujours positive, toujours inférieure à 1V), et convertie en utilisant la tension de référence de 1.1V de l'arduino (ou d'un attiny85 si j'y arrive).

analogReference(INTERNAL);

Pourquoi je veux utiliser la tension de référence de 1.1V ?

  • je veux que, même si la pile se décharge, la tension de référence reste identique, et donc la conversion numérique reste stable au fil du temps
  • en utilisant la référence de 1.1V, j'espère maximiser la fiabilité des mesures, qui seraient beaucoup moins précisent en utilisant une tension de référence à 3.3V, ou à 5V.

Voilà vous savez tout de mon projet.

Merci d'avoir lu mon message jusqu'au bout, j'espère que les choses sont maintenant plus claires sur les montages que j'ai réalisé, et le résultat final que je souhaite obtenir.

11

Et bien non, ce n'est pas possible il y aura toujours la chute de tension aux bornes de la diode quand elle conduit et il faut qu'elle conduise.

Question : es tu parfait ?
Pourquoi veux-tu que la diode le soit ?

Aucun composant n'est idéal, il faut apprendre comment ils fonctionnent.

Voilà la caractéristique de la 1N4007 (que j'ai dis non idéale mais qui ira quand même).

Deux zones de fonctionnement :

  1. la zone de conduction :
    L'équation I = f(V) est relativement simple I =Is ( exp( U/(kT/q) ) -1)
    la fonction réciproque V= f(I) n'est jamais utilisée, elle est trop compliquée.

Tu peux constater que passé la zone du coude (Vd ~0,6 à 0,8 V) la tension ne change pratiquement pas, quel que soit le courant.

  1. la zone bloquée.
    Le courant n'est pas nul il est extrêmement faible, mais il bouge fortement avec la température.
    On parle de courant de fuite (c'est le paramètre "Is" de la formule précédente).
    Important la zone d'avalanche ou claquage qui pour la 1N4007 est de 1000V comme je l'ai déjà signalé.
    C'est pour cela que j'ai dis que la 1N4007 est prévue pour faire des alimentations :
    Le 230 V secteur fait 325 V de crête.
    Cette zone est très instable et quand on s'en approche la diode est la plupart du temps détruite.

À noter que l'effet Zéner ne se manifeste quasiment plus au-delà de 3 ou 4 V et que ce que l'on appelle dans le langage courant des "zéners" sont en réalité des diodes réalisées avec des technologies qui permettent de contrôler l'avalanche.

Il n'est pas raisonnable de penser redresser des tensions entre -1 V et +1V.
Il faudra amplifier le signal avec un ampli opérationnel et utiliser un autre AOP pour construire avec un équivalent de "diode sans seuil".

Je mets de suite en garde : c'est de l'électronique analogique, c'est bien plus complexe que l'électronique numérique. Quant à l'aide à distance, à partir d'un écran d'ordinateur situé à des centaines de kms il est impossible de mettre ses doigts partout dans le montage pour voir ce qui ne va pas.

12

Un SCT013 (30A/1V) ? . J'ai commencé là.
Le net regorge d'exemples avec des circuits adaptateurs et des codes.
Un des meilleurs tutos : LINK . Bien qu'il soit en Espagnol, Google le traduit bien.
Si vous le préférez en Anglais LINK, mais ce n'est qu'une traduction et vous ne pouvez pas télécharger les codes.
Salutations.

13

This topic was automatically closed 180 days after the last reply. New replies are no longer allowed.