Mise au point sur la capacité en sortie du redresseur

[bimole]

Petite réflexion sur l'utilité des condensateurs de forte valeur (oui Monsieur Vitriol!)


1) Le condensateur avec les mains…

Un condensateur est un composant passif qui emmagasine de l’énergie (potentielle) délivrée par une source, la stocke (plus ou moins bien suivant la qualité du diélectrique), et la restitue à une charge.
L’énergie stockée est donnée par : E = ½ * C * U², où C est la capacité et U la tension à ses bornes.
S’il est bien construit et qu’il effectue correctement sa tâche (accumulation, restitution), il ne devrait pas y avoir de perte de puissance durant le transfert.

Donc : un condensateur ne consomme pas de puissance active.

La réalité est un peu différente. Un condensateur réel, aussi parfait soit-il, présente toujours une résistance d’accès, qu’on appelle ESR (Equivalent Serie Resistor), de quelques ohms qui limite les fortes pointes de courant.

Pour la source, c’est bien heureux car les appels de courant plafonnent à cause de cette résistance (en réalité l’impédance de sortie de la majorité des alimentations est plus élevé que l’ESR du condensateur, cette impédance est le vrai facteur limitant).

Pour la charge, c’est un facteur limitant si les appels sont costauds.

Heureusement, dans nos chers amplis, aux puissances modestes, cette ESR n’a pas un poids déterminant même si certains préconisent de disposer en parallèle une petite capacité qualité audio à très faible ESR (technique incontournable en Hi Fi).


Je vais aborder le cas où le redressement est « condensateur en tête ».


2) Pourquoi de grosses canettes derrière le pont de diodes ???

La question fait débat…

Ce condensateur, il faut bien l’alimenter, au moins le charger à la mise sous tension. Soit.
La source, dans notre cas, est un transformateur, c’est notre générateur.
D’une part, il présente une résistance interne assez élevée comparée aux capacités.
D’autre part, l’adjonction d’un condensateur de filtrage, en sortie du pont de diodes est indispensable, pour lisser les ondulations du bus d’alimentation.

Qu’en est il de la taille du condensateur à présenter ? Sur les appels de courant ? Sur la qualité de la haute tension ?

Certains pensent, à tort (et je vais leur prouver), qu’augmenter cette capacité est néfaste pour le transformateur (surcharge, saturation magnétique du noyau, etc.).


J’ai effectué quelques simulations afin d’estimer l’impact de ce paramètre sur les grandeurs qui nous intéressent à savoir :

- L’ondulation résiduelle
- Les pics de courant appelés pour une consommation avale constante (au repos)
- Les pics de courant appelés pour une consommation avale variable

J’ai donc simulé quatre schémas d’alimentation identiques, à la valeur de la capacité de filtrage près. Dans ces quatre exemples, j’ai choisi 50µF, 100µF, 500µF et un monstre de 1500µF.
J’ai trouvé bon d’intégrer une petite ESR sur chaque condensateur…
Les courants sont mesurés sur la source 300V sinus 50Hz considérée parfaite (Rinterne = 0 ohm).
L’effet d’une résistance interne allonge considérablement le transitoire (et accessoirement le temps de calcul).
Les pointes de courant à la mise sous tension seraient aussi estompées.
Pas d’effets non linéaires inhérents aux transformateurs pris en compte. Les pointes seraient aussi diminuées…

J’ai volontairement mis l’accent sur la consommation en régime établi. Les transitoires étant toujours assez brefs, le transfo s’en accommode plus ou moins bien en nous gratifiant d’un buzz d’une seconde tout au plus…


Voici les montages :

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... c.gif.html

Dans un premier temps, la charge, ici une source de courant est maintenue constante à 100mA.



2.1) Aperçu sur les transitoires

Afin de ses faire une idée, j’ai ajouté une résistance à la source (100 ohms) matérialisant la résistance interne d’un transformateur pour observer l’impact d’une grosse capacité à la mise sous tension.

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... 3.gif.html

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... 5.gif.html

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... 4.gif.html

Ordre : 50µF vert, 100µF rouge, 500µF bleu, 1500µF jaune.

Évènement prévisible, l’appel de courant à la mise sous tension est d’autant plus élevé que la capacité est grande. Cependant, ce transitoire est assez bref (moins d’une seconde ici), et le courant est encore atténué, pendant un court instant, par les non linéarités du transformateur.


PREMIER CONSTAT : Augmenter la taille de la capacité appelle plus de courant à la mise sous tension.



2.2) Impact sur l’ondulation en régime établi

Retour au générateur parfait (Rinterne = 0 ohm)

L’effet sur les ondulations est sans appel et bien prévisible :

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... 0.gif.html

Ordre : 50µF vert, 100µF rouge, 500µF bleu, 1500µF jaune.

Les pics résiduels correspondent au seuil des diodes.

Plus la capacité est élevée, plus l’énergie stockée en régime établi est grande, moins le delta d’énergie varie entre deux pulses, moins la tension aux borne du condensateur varie (souvenez vous de la formule de l’énergie stockée).

DEUXIÈME CONSTAT : Augmenter la taille de la capacité diminue d’autant l’ondulation.



2.3) Impact sur la stabilité de la tension bus face à une consommation variable

La source de courant est maintenant variable évoluant sinusoïdalement entre 0mA et 100mA (simule un étage SE par exemple) à la fréquence de 67Hz (valeur assez décorrélée de 100Hz et basse pour contraindre le circuit plus fortement).

La tension de bus est moyennée (grâce au préfixe AVG).

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... a.gif.html

Ordre : 50µF vert, 100µF rouge, 500µF bleu, 1500µF jaune.

Sur un temps assez long (ici 10 secondes), la chute de tension est d’autant plus faible que la valeur de la capacité est élevée. Un forte capacité a des vertus stabilisatrices face aux demandes de courant importantes

TROISIÈME CONSTAT : Augmenter la taille de la capacité stabilise la tension du bus face aux appels de courant.


2.4) Réponse aux appels de courant (et là il va y avoir des surprises…)

2.4.1) En consommation constante

Dans un premier temps on fixe une consommation de courant fixe à 100mA.

Le résultat en régime établi est surprenant :

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... 8.gif.html

Ordre : 50µF rouge, 100µF bleu, 500µF jaune, 1500µF vert.

Les crêtes de courant ont des valeurs très proches au regard de la grande dispersion des capacité (1500µF >> 50µF).
Cela peut s’expliquer assez aisément : Entre 2 pulses la charge consomme une certaine quantité d’énergie qui correspond à un certain deltaV aux bornes du condensateur.
Or plus la capacité est grande, moins le deltaV est grand.

En vertu de Ic = C * deltaV/deltaT, à la remise en conduction de la diode, deltaV plus petit et C plus grand se compensent (même quantité d’énergie à véhiculer dans tous les cas), donc la pointe de courant ne varie guère.
On tend asymptotiquement (à la longue…), vers une limite de courant crête quand la capacité augmente.

QUATRIÈME CONSTAT : L’impact sur les pointes de courant appelé N’EST PAS significatif lorsque la capacité augmente. Il existe une limite de courant crête.

2.4.2) En consommation variable

La source de courant est maintenant variable évoluant sinusoïdalement entre 0mA et 100mA (simule un étage SE par exemple) à la fréquence de 67Hz (valeur assez décorrélée de 100Hz et basse pour contraindre le circuit plus fortement).

On observe, en régime établi, les variations de pointes de courant face à ces sollicitations :

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... 6.gif.html

De bas en haut : 50µF, 100µF, 500µF, 1500µF

L’amplitude des pointes est plus régulière avec de fortes valeurs de capacité.
Finalement, on peut dire que les sollicitations sont lissées.

CINQUIÈME CONSTAT : Les pointes de courant sont plus régulières avec de fortes valeurs de capacité, en consommation variable.


Toujours en consommation variable, si on regarde de plus près l’écart de ces variations entre les 2 cas extrêmes (50µF et 1500µF) :

http://www.hiboox.fr/go/images-100/cond ... 9.gif.html

Ordre: 50µF rouge, 1500µF vert.

On observe un phénomène tout à fait surprenant :

Non contentes de jouer au yoyo, les pointes de courant pour la capacité de 50µF dépassent en valeurs absolues maximales les pointes du circuit à 1500µF : le transformateur serait donc plus sollicité à faibles valeurs de capacité… That’s so incredible !!

SIXIÈME (et dernier !) CONSTAT : Une forte valeur de capacité limite les courants crêtes en consommation variable. Les faibles valeurs de capacité provoquent des pointes plus importantes.




3) Épilogue…

Les photos d’ampli où l’on voit d’énormes condensateurs sont légion… c’est peut être pas un hasard.
Je n’ai pas d’action chez quelque fabricant de condensateur que ce soit, ni fervent défenseur du filtrage capacité en tête (pas super efficace quand même niveau harmoniques propagées), mais en aucun cas une grosse capacité n’est dangereuse pour un transformateur si celui-ci est suffisamment bien dimensionné pour nourrir l’ampli (mais ça c’est une autre histoire…).
J’invite tout ceux pour qui ce n’est pas très clair à refaire les simulations et pourquoi pas aller encore plus loin.

Un condensateur ne consomme pas d’énergie en soit, il la transfert.
Alors oui je l’accorde, à forte valeur de condensateur, le transformateur peut prendre un coup à la mise sous tension mais des parades existent (switch en parallèle sur les résistances pour ne citer que cette technique) et elles méritent d’être mise en œuvre à la vue du bénéfice apporté.
Le seul facteur limitant serait sûrement votre porte monnaie !

Allez, et soyez en paix avec les condensateurs !

[tazzon]

J'ai tout bien lu mais juste un truc me gène, un montage SE (EL34 par ex) pleine bourre ne fait pas des variations de 0 à 100mA mais d'une 15aine de mA max autour de la polasation au repos.

Sinon, oui, pourquoi pas mais je trouve pas qu'on vois énormément de montage à tube avec des condos de 10000u, ça sert à rien parce qu'en SE il n'y a presque pas de fluctuations du courant et en PP on est plus ou moins immunisé contre le bruit lié à l'alim.

Premier constat comme ça hein, rien de méchant et ton étude est très intéressante

[bimole]

J'avoue, pour le 0 à 100mA j'y suis allé fort peut être... quoique.

Tu dis qu'en SE, le courant anodique ne varie presque pas.
Je ne suis pas d'accord, il ne fait que varier justement, il n'y a qu'un tube: il est stable sans signal, mais quand un signal est injecté Iak varie évidemment. Après l'excursion tension courant dépend de la charge appliquée...

Mais ne confondrais tu pas SE et classe A?

Par exemple je suis en train de me faire un PP classe A avec une 6AS7. Au début je voulais le configurer en SE, mais j'avais une variation de courant entre 0 et 150mA et un courant de repos de 75mA... tout ça pour une seule triode et la 6AS7 est une double triode...
Je suis passé au PP pour des raison de coût de transformateur de sortie.


A part ça 1500µF est une valeur de condensateur tout à fait possible, ça doit faire le volume d'un mug et à mon avis dans les 80€. J'ai déjà vu des réalisations avec de telles bestioles mais pour driver une 845 par exemple 8O .

[McColson]

En amplification guitare en SE, tu es forcément en classe A où alors tu n'entends qu'une note sur 2 ?!!! Ou alors j'ai rien compris à mes articles

[bimole]

Ben voui! et le courant anodique varie dans d'assez grandes proportions!

[McColson]

J'ai mis mon multimètre sur mes prises bananes pour mesures le bias, en effet il bouge mais il ne fait que baisser d'ailleurs, il ne monte pas, et il ne descend pas à 0 loin de là d'ailleurs, il flanche de qq 10mA pas plus.

[vitriol82]

Ne bougez pas, dès que j'ai un moment je réponds de façon contradictoire, certains constats s'expliquent, le raisonnement est bon mais il y a quelques failles, le temps de tout mettre en images, ça va prendre un peu de temps.

[Croquignol]

J'ai du mal à saisir un truc.

Je vois le generateur de courant, je suppose qu'il simule la charge, mais ce que je comprends pas, c'est pourquoi lorsque ce générateur débite un courant positif, ça rechargerait pas le condensateur?

Est-ce qu'en fait tu as mis un courant de décalage négatif, pour simuler le fait que le condensateur soit toujours en train de débiter?

OU alors est-ce que j'ai rien capté (c'est vachement possible aussi) parce que les générateurs de courant n'ont jamais été mes amis, pas plus que Norton et Thévenin d'ailleur.

[bimole]

McColson comment peux tu mesurer des variations du courant anodique du à un signal avec un multimetre??
Si tu veux avoir une image de ce courant place une résistance de faible valeur dans le circuit d'anode et mesure la tension à ses bornes.

Croquignol, j'ai placé le générateur de courant effectivement pour simuler la charge. Il a l'effet d'une résistance mis à part que son courant est constant et ne dépend pas de la ddp à ses bornes.
Si tu observes bien, le courant est vers la masse donc il tente de décharger le condensateur, comme une charge classique.

Ne bougez pas, dès que j'ai un moment je réponds de façon contradictoire, certains constats s'expliquent, le raisonnement est bon mais il y a quelques failles, le temps de tout mettre en images, ça va prendre un peu de temps.

Y a-t-il autre chose que tu saches faire?!

[Croquignol]

Si tu observes bien, le courant est vers la masse donc il tente de décharger le condensateur, comme une charge classique.

Ben justement sur tes schémas, + est pas coté masse du coups, c'est ça qui m'a trompé au début. Mais enfin c'est pas grave, je le sais maintenant.

Par contre rassure moi, t'espérait pas que Mr Jojo rende sans combattre?

[vitriol82]

C'est que le bougre n'a pas tout à fait tord dans ses affirmations , SAUF que ses postulats sont faussés par le fait que le transformateur est "parfait".

La relation entre Idc et Iac manque dans son développement, dans le meilleur des cas je ne descends pas en dessous d'un coef 3.

Ce sont ces compléments d'infos que je vais rajouter, mais ça fait faire pleins de screen shoots , la suite bientôt....

[McColson]

McColson comment peux tu mesurer des variations du courant anodique du à un signal avec un multimetre??
Si tu veux avoir une image de ce courant place une résistance de faible valeur dans le circuit d'anode et mesure la tension à ses bornes.

C'est via la résistance de 1R au niveau de la cathode vu que I cathode = I anode + I grille. J'ai une image de I anode Après c'est possible que le multi soit pas la meilleure arme pour visualiser ça... en tout cas il voit quand ça baisse.

En tout cas bimole la chose qui me "gêne" dans ton approche et dans toute approche théorique, c'est que là on ne parle pas du son. Et on peux faire bcp de chose sur la papier et qu'au final ça ne sonne pas un pet de lapin.
Comme le dit tazzon, en PP, le souffle est annulé donc pas besoin d'une grosse capa, et j'aimerais aussi qu'on rappelle que la réserve de puissance au niveau des capa joues un rôle sur la restitutions des basses au niveau de l'ampli, et comme chacun sait, trop de basses c'est pas forcément beau en disto. D'où l'idée de ne jamais perdre de vue le but de nos discussions techniques, car si faut faire une alim pour montrer qui a la plus grosse, pour moi ça n'a pas d'intérêt

[bimole]

C'est que le bougre n'a pas tout à fait tord dans ses affirmations , SAUF que ses postulats sont faussés par le fait que le transformateur est "parfait".

La relation entre Idc et Iac manque dans son développement, dans le meilleur des cas je ne descends pas en dessous d'un coef 3.

Ce sont ces compléments d'infos que je vais rajouter, mais ça fait faire pleins de screen shoots , la suite bientôt....

J'ai mis une source parfaite pour voir ce que le montage aval peut faire subir ou ne pas faire subir au transfo et ne pas fausser les résultats par un modèle certainement incomplet d'un transfo.

Une grosse capacité n'est pas mortelle pour un transfo, comme on le lit ça et là, bien au contraire. C'est ce que j'ai voulu mettre au premier plan.

McColson, tenter d'approcher un certain caractère sonore pour un ampli en lui infligeant des faiblesses au niveau de l'alimentation, c'est pas terrible.
L'alim n'est pas une servitude.
Pourquoi ne pas soigner le travail sur l'EQ?
Faire de la musique n'est pas incompatible avec l'électronique bien au contraire.


Croquignol, j'ai vu ce que tu voulais dire. En fait le courant rentre par le + et sort par le -.
Mais changer le sens, ne change pas les résultats, curieux d'ailleurs.

[McColson]

McColson, tenter d'approcher un certain caractère sonore pour un ampli en lui infligeant des faiblesses au niveau de l'alimentation, c'est pas terrible.
L'alim n'est pas une servitude.
Pourquoi ne pas soigner le travail sur l'EQ?
Faire de la musique n'est pas incompatible avec l'électronique bien au contraire.

Si tu penses vraiment ça de moi, c'est que n'a pas lu tous mes messages, et c'est fort dommage de parler de qq'un qu'on ne connait pas
Je te laisse donc avec la fonction recherche Et quand tu aura fini d'être bougon et croire que tout le monde t'embête, on pourra peut-etre se mettre à travailler ensemble pour la communauté. D'ailleurs n'hésite pas à poster tes schémas, je préfère parler sur du concret.
Il y a surement beaucoup de choses à améliorer dans les vieux schémas, mais il y a aussi à accepter humblement que leurs faiblesses faisaient aussi parti intégrante de leur son (et qq uns sont devenus de sacré références malgré des schémas relativement basiques : fender, marshall, ...). Attention donc à vouloir trop bien faire on passe parfois à côté de l'essentiel
Construire un ampli c'est une alchimie complexe, sous estimer l'interaction de chaque "ingrédients" serait une erreur. J'essaye donc de négliger aucune partie de l'ampli, de la prise jack d'entrée au HP utilisé, sans oublié l'alimentation.

Donc arrêtons les polémiques et chercher plutôt à partager votre savoir, à chacun de faire sa propre vérité.

[superchouf]

+1 avec mccolson . je ne suis pas suffisamment calé en théorie pour intervenir dans ces discussions trés techniques qui se dévellopent ces temps-ci, mais largement assez calé en communication pour etre éffaré du peu d'ouverture d'esprit et/ou d'humilité dans le ton des plus calés d'entre nous.

Ces discussions sont pourtant passionnantes pour tous ceux qui s'en moquent de savoir qui a raison mais qui espèrent que des choses novatrices émergeront de ces échanges.
Et quand bien meme les solutions habituelles seraient de nouveau validées au bout de ces échanges, il en ressortirais forcemment des compréhensions différentes.
Vous devriez donc vous réjouir, vous amuser à les remettre en question, car si vous n'aimiez pas ça vous seriez allez acheter un ampli au lieu d'essayer d'en créer non?

Pardon d'etre un peu direct mais chacun participe à la communauté à sa façon, disons que pour cette fois ce sera avec un plat et deux pieds