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Simulateurs pratiques disponibles ! En fin de page :
La jonction d'une diode
 La juxtaposition des zones P et NLa zone P à trous et de la zone N en excès d'électrons... produit tout simplement la migration d'électrons de la zone N vers la zone P : la recombinaison. Cela crée une ddpImpossible à mesurer, quel que soit le voltmètre : les contacts métal / semi-conducteur créent des tensions opposées qui l'annulent (sinon, une diode serait une pile !) Le seuil de conduction est d'environ 0.3 V avec une diode germanium ; 0.7 V avec du silicium. Quand un courant direct passe, chaque recombinaison libère un peu d'énergie : de la lumière dans les LED Light-Emitting Diode, DEL Diode Electro-Luminescente en français  , surtout de la chaleur dans une diode au silicium. Cette ddp bloque la circulation de courant dans un certain sens, nous allons le voir. |
 Pur, le silicium conduit très mal : son cristal, régulier et périodique, n'a presque pas d'électrons libres (le cuivre aussi est un cristal régulier, mais plein d'électrons libres). Un dopage P a pour but de créer des trous (des manques d'électrons dans la structure). Le dopage P s'obtient par chauffage et combinaison de Bore... Un dopage N a pour but de créer des électrons libres (un surplus d'électrons dans la structure). Le dopage N s'obtient par chauffage et combinaison d'arsenic, phosphore, antimoine... |
 Dans ce sens, la tension appliquée aux bornes de la diode annihile la tension de seuil et le courant circule dès que la tension de seuil est dépassée ! |
 Une tension inverse conforte la tension de seuil en l'augmentant, la diode se comporte alors comme un isolant. Avec une limite destructive : la tension inverse maximum supportée : voir les datasheetSpécifications techniques fournies par le fabricant de la diode ! |
La MLI/PWM
Reconstitution d'une pseudo-sinusoïde
Jouez avec le curseur sous la sinusoïde
Courant continu vs courant alternatif
Le courant électrique est dangereux à partir d'une certaine intensité traversant le corps humainCe n'est pas l'intensité 'disponible' que peut fournir tout générateur qui compte mais bien celle qui peut nous traverser et qui répond à I = U / Z corps !Sans cela une simple batterie auto qui peut délivrer aisément 300 A serait mortelle :
NON, aucun risque d'électrocution grâce aux seuls 12 Volts, continu lisse qui plus est !.
Pour connaître les seuils dangereux on applique :
En courant continu :
U maxi continu (début du risque) = I maxi continu (seuil du risque) × R (résistance du corps)
U maxi continu (début du risque) = I maxi continu (seuil du risque) × R (résistance du corps)
Et en courant alternatif :
U maxi alternatif ~ (début du risque) = I maxi ~ (seuil du risque) × Z (impédance du corps)
U maxi alternatif ~ (début du risque) = I maxi ~ (seuil du risque) × Z (impédance du corps)
Or la résistance R du corps humain est un peu plus grande que son impédance Z
En effet, constitué à ≃ 2/3 d'eau (non pure) l'intérieur du corps est peu résistif (≃ 0.5 à 1 kΩ, main à main) mais recouvert de peau, elle meilleure isolante.
C'est la peau qui est notre meilleure barrière car elle est ≃ 10 fois plus isolanteAttention donc aux blessures écorchures et autres coupures ! que l'intérieur de notre corps
De fait, le schéma équivalent du corps humain (norme CEI 60479-1) met en série la peau au premier contact, l'intérieur du corps, puis la peau au second contact. Et la peau, c'est une résistance et une capacité en parallèle :
- Rs, la résistance de la peau, varie le plus : de quelques centaines d'ohms (peau mouillée) à plusieurs kΩ, voire des dizaines de kΩ pour un bout de doigt sec. Au-delà de quelques centaines de volts, la peau « claque » : Rs s'effondre.
- Cs, sa capacité, va du nanofarad au microfarad selon la surface de contact.
Au moment du contact, les capacités sont vides : elles court-circuitent la peau, et seule Ri limite la première pointe de courant !
À ne pas confondre avec le modèle de l'électricité statique
Ancien dessin, et ses valeurs : 150 à 300 pF, c'est la capacité du corps par rapport au sol ; 0,5 à 2 kΩ, la peau et le doigt par où il se décharge. C'est le modèle de la CEM pour les décharges électrostatiques (d'après A. Charroy), pas celui d'une électrisation., où le corps entier, chargé par rapport au sol, se vide d'un coup dans une étincelle.
Et l'intensité maxi tolérée en continu est supérieure ≫ à I maxi en alternatif
Là encore, les effets physiologiques sont différents en continu lisseBien qu'un brin pléonasme, la norme le précise utilement pour lever toute mauvaise interprétation :
il s'agit d'un courant lisse tel que vu à l'oscilloscope, cela n'inclut donc pas les signaux simplement redressés ou hachés non filtrés qui eux sont soumis à Z et non à R seul !
Lisse = Sans ondulation résiduelle ! et en alternatif !
Point de tétanisation Quand on est 'collé' comme dit familièrement : en fait on ne contrôle plus ses muscles et on n'est plus capable de lâcher ; le 'non-lâcher' n'existe pas en continu lisse, pas plus que le blocage de la respiration par le diaphragme, par contre des risques autres, notamment lié à l'électrolyse du sang pour des seuils toutefois supérieurs à 30 mA. Le seuil de 30 mA n'est donc valable qu'en courant alternatif :
Prise en compte par la norme :
| Domaine | Alternatif | Continu lisseSans ondulation résiduelle |
|---|---|---|
| Très Basse Tension | U ⩽ 50 V | U ⩽ 120 V |
Mnémotechnique par analogie pour les non électriciens
- Essayons de percer du béton sans percussion (force constante ⇒ tension continue lisse) :
On a des difficultés à percer le béton (le courant traverse difficilement la peau) ! - Mettons la percussion (force vibrante ⇒ tension non constante avec fréquence) :
La fréquence des vibrations agit comme l'alternatif et traverse le béton (le courant traverse la peau) !
Photos d'une habitation ayant subi la foudre
 Voici le point d'entrée qui a provoqué ce trou dans le mur ! |  Un point de passage : plafond fissuré... Remarquez aussi la noirceur de l'ampoule |
 La 'boule de feu' a détruit le faux plafond |  Autre vue du plafond |
 La laine de roche éparpillée au sol... |  Notez les impacts de foudre sur la cloison |
 La 'boule de feu' a soulevé les tuiles ! |  Quant au disjoncteur + compteur électrique ils ont carrément été pulvérisés ! |
L'équipotentialité
Comme vu précédemment le meilleur moyen de s'affranchir des risques liés aux potentiels flottants, (dus à toutes les masses métalliques non référencées), consiste à relier les masses à notre référence : la terre...
Les camions citernes, avant de remplir les cuves, réalisent une liaison équipotentielle avec des raccords anti-déflagrationNotamment en bronze (ATEX) afin d'éviter toute étincelle et donc risque d'explosion ! comme schématisé ci-dessous :
Les bornes de prise de terre ou masseLa masse c'est la carcasse conductrice (métal...). Notre cuve est dans le sol : elle fait office donc à la fois de masse et de terre ! sont placées en hauteur, éloignées des vapeurs d’hydrocarbures, lourdes : au sol...
Les avions ne peuvent réaliser de liaison avec le solÀ chaque atterrissage, une liaison équipotentielle est réalisée afin d'éviter tout risque pour les passagers quittant l'avion
Le volume conducteur de l'avion représente une masse bien plus importante et donc une capacité et un risque plus élevés qu'une voiture !
Sachez que les hélicoptères réalisent aussi une équipotentialité en cas d'atterrissage sur un porte-avions......
En vol, un éclair peut traverser un avion, cela n'est pas aussi dangereux que s'il était au sol !
Pourquoi ?
Les camions citernes, avant de remplir les cuves, réalisent une liaison équipotentielle avec des raccords anti-déflagrationNotamment en bronze (ATEX) afin d'éviter toute étincelle et donc risque d'explosion ! comme schématisé ci-dessous :
Les bornes de prise de terre ou masseLa masse c'est la carcasse conductrice (métal...). Notre cuve est dans le sol : elle fait office donc à la fois de masse et de terre ! sont placées en hauteur, éloignées des vapeurs d’hydrocarbures, lourdes : au sol...
Le cas des avions !
Les avions ne peuvent réaliser de liaison avec le solÀ chaque atterrissage, une liaison équipotentielle est réalisée afin d'éviter tout risque pour les passagers quittant l'avion
Le volume conducteur de l'avion représente une masse bien plus importante et donc une capacité et un risque plus élevés qu'une voiture !
Sachez que les hélicoptères réalisent aussi une équipotentialité en cas d'atterrissage sur un porte-avions......
En vol, un éclair peut traverser un avion, cela n'est pas aussi dangereux que s'il était au sol !
Pourquoi ?
- L'avion n'est pas en contact avec le sol, à l'instar des oiseaux se posant sur un fil, il peut changer de potentielLe potentiel est relatif, comme on a les pieds au sol, notre référence est le sol et on considère que c'est le 0 !
Mais quel 0 ? Zéro par rapport à quoi ? A nous, mais le 0 de l'oiseau change tout le temps ! Il peut devenir le potentiel d'une phase lorsqu'il se pose sur un fil ! ! - L'avion est lui-même équipotentiel, ainsi s'il change de référence, c'est tout l'avion qui change de valeur et il n'y a pas de différence au seinLes lignards (électriciens qui travaillent au potentiel des lignes HT) sont entourés d'isolants, comme l'avion, mais se vêtent d'une combinaison conductrice qui empêche toute différence de potentiel dans leur corps ! même de l'avion !
- C'est surtout en montée et en descente, à l'altitude des nuages d'orage, qu'un avion est foudroyéL'éclair traverse bien l'avion, avec tout son courant : des dizaines de milliers d'ampères, qui entrent souvent par le nez et ressortent par la queue. Mais ce courant circule sur la carlingue métallique, une cage de Faraday : à l'intérieur, tout reste au même potentiel. Un passager qui marche dans l'allée ne risque rien, car l'avion est bon conducteur et donc U = R × I reste faible.
Rappelez-vous que la foudre est le seul cas où le sol, notre terre, devient une des 2 bornes du générateur et pas seulement un conducteur !.
L'équipotentialité est essentielle car elle rend toute ddpdifférence de potentiel (tension) impossible !
Nous verrons à quel point cela est vrai en CEMCompatibilité Électromagnétique
Symboles de terre, masse, équipotentialité, la couleur jaune est généralement respectée...Nous verrons à quel point cela est vrai en CEMCompatibilité Électromagnétique
Fréquence de découpage
Pour les alimentations :
Les plus miniatures (chargeurs de smartphones...) dépassent les 100 kHz et arrivent au MHz.
À l'opposé, les alimentations de quelques kilowatts vont descendre jusqu'à 50 kHz : des ultrasons, au-dessus de ce que l'oreille entend (20 kHz).
Pour les convertisseurs variateurs de quelques dizaines de kW à quelques MW :
Leur découpage devient audible et va de quelques centaines d'Hz à quelques kHz.
Avantages d'une fréquence élevée
- Inaudible, plus compacte, plus légère
- Taille minimale des composants passifsCondensateurs :
C = (I × t) / U : quand la fréquence ↗, t ↘ (t = 1 / f) et donc la capacité C en Farad est inversement proportionnelle à la fréquence.
Ex : 10 000 µF à 50 Hz, 10 µF à 50 kHz !
Inductance : E = – L × (ΔI / Δt) ⇒ E est fixe, si t diminue : L diminue là aussi proportionnellement !
Inconvénients
- Composants rapidesEn bleu, le signal parfait, en gris la période t, en rouge le temps de commutation, en vert le temps 0 ou 1 :
Il apparaît clairement que le ratio tc (temps de commutation : pertes Joule) en rouge est inacceptable au milieu (près de ≃ 50% !).
Alors qu'il est vert acceptable en bas (moins de 10 %)
Ce qui implique des composants très rapides, comme les MOSFET. En forte puissance, on utilise surtout des IGBT, plus lents ; depuis quelques années, des MOSFET au carbure de silicium (SiC), rapides et puissants, équipent par exemple des voitures électriques., plus rares et plus chers en forte puissance - Bruit électronique : CEM Compatibilité électromagnétique
- Pertes de puissance pour les onduleursLorsque le signal reste impulsionnel, onduleurs, convertisseur variateurs pour moteurs asynchrones...
Les pertes dans les inductances des câbles de liaison et les bobines du moteur deviennent problématiques !
Cours extrait du parcours : ENERGELEC
Perte & Fracas
