Points essentiels

• Le transformateur;

• La diode;

• Redresseur à simple alternance;

• Redresseur en pont;

• Tube à rayon X;

• Circuit d’alimentation d’un tube à rayon X;

• Tension triphasée;

Transformateur

• Un transformateur consiste en 2 bobines d’enroulements traversées par le même flux magnétique variable

• Le rapport des tensions est égal au rapport du nombre des enroulements entre le primaire et le secondaire.

1 1

2 2

V N

V N

Exemple 1Le primaire et le secondaire d’un transformateur ont 800 et 3600 tours respectivement. Le primaire est connecté à une tension alternative maximale de 160 V . Quelle sera la tension alternative maximale aux bornes du secondaire si le transformateur est idéal? Si l’amplitude du courant au primaire est de 5 ampères, quelle est cette amplitude au secondaire ?

Si V1/V2 = N1/N2 , alors isolons V2: V2 = V1N2/N1 =(160 V)(3600 trs)/(800 trs)= 720 VPuisque I1/I2 =V2/V1 , isolons I2: I2 = V1I1/V2 = (160 V)(5 A)/(720 V)= 1,1 A.

La diode

Tube à vide avec deux électrodes • Une diode sous la forme d’un tube à vide est constituée d’un filament chauffé émettant des électrons (effet thermoïonique) au voisinage de ce filament. Une plaque conductrice, l’anode, pourra attirer ces électrons ou les repousser selon que le potentiel de cette plaque est positif ou négatif. La cathode est une armature se confondant parfois au support du filament. La cathode est généralement au même potentiel que le filament chauffé.

froid chaud

anode cathode

1) Électrode négative -- cathode

Émission thermoïonique e-

2) Électrode positive -- anode

Plaque métallique (froide)

Fonctionnement de la diode

a) AC avec + sur anode & - sur cathode (valeur + AC) e- éjecté de la cathode vers anode = I

+ -

--

-----

-

-

I+

-

V

+

-

I

+---

----- --

+

-

V

+

-

I

b) AC avec + sur cathode & - sur anode (valeur - AC) e- retourne vers le filament = pas de I

Redresseur à simple alternance+

-

1 redresseur dans le circuit Tension positive Tension négative

+

-

V

+

-

I

Ie

I

+

-

+

-

+

-

V

+

-

I

Ie = 0

I = 0+

-

Redresseur en pont

+

-

I

+

-

V

I

4 redresseurs dans le circuit

L’avantage dans le pont de diodes est celui d’obtenir une tension redressée deux fois plus grande aux bornes de la résistance par rapport aux autres redresseurs,

Processus de redressement redresseurs placés dans un circuit pour convertir

le courant alternatif (AC) en courant continu (DC). méthodes

Suppression de la portion négative AC (Redresseur à simple alternance)

Redressement de la portion négative AC (Redresseur en pont)

+

-

+

-

+

-

+

-

V

V

I

I

Tube à rayon X

Tube à rayon X

Tungstène (Cible)

tube de Pyrex

AnodeÉlectrons

Cathode (filaments de tungstène chauffés expulsant des électrons par effet thermoïonique)

Cathode

Filament de tungstène

Pour un rayonnement plus largeet plus intense

focusing cup

Pour un rayonnement plus fin

focusing cup

cathodeélectrons

(–)

anode

(+)10 V

4A

La cathode est constituée d’un double filament uniquement pour avoir le choix entre 2 types de rayonnement, l’un plus large et plus intense, l’autre, plus fin. Ces filaments de tungstène ont une température de fusion très élevée (plus de 3400C) et peuvent supporter un courant alternatif de 4 ampères produisant un grand nombre d’électrons accélérés vers l’anode pour produire les rayons X.

Cathode (suite)

1. Émission thermoïnique : Le filament de tungstène doit atteindre une température d’environ 22000 C pour éjecter des électrons. La température du filament augmente lorsque celui-ci est traversé par le courant.

2. courant (mesuré en mA): nombre d’électrons/s accéléré vers l’anode.

AnodeL’anode positive attire les électrons émis par la cathode. Elle les absorbe et les retourne à la source de haute-tension.N’oublions pas que la cathode et l’anode font partie d’un circuit fermé produisant un courant d’électrons. L’anode constitue égalementla cible produisant les rayons X; la différence de potentiel, V et le gain d’énergie U = qV (q, charge élémentaire). Comme la source detension est alternative (AC) les électrons frappent la cible avec une énergie variable.

cathode

(–)

(+)

Rayons X

Électrons

Tungstène Cible

Anodes rotatives

• Le fort impact des électrons sur l’anode produit beaucoup de chaleur. Le mouvement rotatif de l’anode augmente l’aire d’impact des électrons et répartit l’énergie thermique produite sur une surface plus grande, ce qui augmente la durée de vie du tube. Les électrons sont absorbés par les atomes de tungstène. Suite à un processus d’échange d’énergies entre les électrons et les atomes, il en résulte des rayons X.

Anode rotative:

2 mm

7 mm

Circuit d’alimentation d’un tube à rayon X

Console de contrôle Transformateurs Tube

Transformateur• Fournit une tension faible (~10V) pour le

filament et une haute tension (~150kV) pour le tube cathode-anode

• La loi des transformateurs: 1 1

2 2

V N

V N

~

V

Enroulement primaire

Enroulement secondaire

Gain: N2>N1

Diminution: N2 <N1

ExempleSi un courant de 3 ampères est lu à l’ampèremètre fixé dans le circuitdu tube à rayons X, quel est le nombre d’électrons éjectés du filamentde ce tube à chaque seconde ? Si la différence de potentiel moyenne entre la cathode et l’anode du tubeest de 40 kV, quelle est, en watts, la puissance du faisceau d’électronsfrappant l’anode?

SolutionI = N q d’où N = I/q = (3 A)/(1,6x 10–19 C) = 1,9x 1019 électrons/s. La puissance est toujours donnée par le produit V I. On a ici: V I = (40000 V)(3 A) = 120 kW.

Exercices suggérés

1801, 1803, 1804, 1806, 1807, 1809 et 1810.