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Dernière mise à jour : 05/07/2009
Voir ausi Alimentations
THT - Bases
Présentation
Le présent exercice, pardon, le présent montage, produit
des impulsions de THT (très haute tension) de façon
régulière et répétée. Il s'appuie
sur l'utilisation d'un transformateur élévateur de
tension, couplé à un transistor de puissance qui coupe
à intervalles réguliers, le courant dans le primaire du
transformateur. Une alimentation similaire mais plus simple et faisant
usage d'un relais à la place du transistor de puissance, est
présentée à la page Alimentation
THT 003.
Utilisations
Ce montage est destiné à montrer une façon de
faire pour produire des impulsions de THT. L'amplitude des impulsions,
qui
dépend principalement du transformateur et du transistor de
puissance utilisés, peut atteindre
quelques milliers de volts (voire 10 KV), mais sous un courant faible
et durant un
temps très bref, et donc avec une énergie (en joules)
faible. Ca choque si on y
touche (vous savez peut-être quelle sensation on peut ressentir),
ce
n'est pas dangeureux pour la majorité des humains, mais qui dit
majorité sous-entend aussi l'existence d'une minorité...
Ce montage peut être utilisé pour électrifier une
cloture d'animeaux
domestiques tels que vaches ou chevaux, mais pour celà, vous
devez en avoir l'autorisation (renseignement auprès de votre
mairie), et surtout disposer des écritaux à intervalles
réguliers pour avertir les promeneurs que la cloture est
electrifiée.
Sans autorisation, vous
ne pouvez
utiliser ce type de montage que chez vous, et surtout pas pour faire
des blagues à votre petite soeur ! Je suis très
sérieux.
Avertissement
Les explications données ici
devraient être assez claires. Cependant, si vous avez le moindre
doute, ne tentez rien ! Je décline toute responsabilité
en cas de problèmes résultant de mauvaises manipulations
! Il est question ici d'élements produisant une tension
élevée, qui si
elle n'est pas forcement toujours dangeureuse, peut néanmoins
être très
désagréable et choquante. Les précautions d'usage
s'appliquent avant
toute
intervention.
Principe de base
Le principe de base est très simple. On laisse circuler un
courant continu dans le primaire d'un transformateur, et l'on coupe
brutalement ce courant en ouvrant un interrupteur. Cet interrupteur
peut être manuel, c'est à dire actionné par vos
soins, ou être de type électronique, thyristor ou
transistor de puissance. Il peut aussi s'agir d'un relais
électromécanique.
Au moment où l'interrupteur s'ouvre, il se produit une forte et
brêve surtension aux bornes de la bobine primaire du
transformateur, dû à l'extra-courant de rupture
créé à cet instant. Quelques dizaines ou quelques
centaines de volts peuvent être observés à cet
instant sur le primaire du transformateur. Du fait du facteur
d'amplification du transformateur, lié au rapport du nombre de
spires entre primaire et secondaire, une impulsion de très haute
tension est produite sur l'enroulement secondaire. Si par exemple
l'enroulement primaire du transformateur comporte 300 spires et que
l'enroulement secondaire en comporte 3000, le rapport d'amplification
est de l'ordre de 10, et à une impulsion de 200 V au primaire
correspondra une impulsion de 2000 V au secondaire. Si vous actionnez
l'interrupteur de façon répétée, vous
produirez des impulsions de THT répétées. Et si
maintenant vous remplacez l'interrupteur manuel par un élement
de commande électronique et automatique, vous obtenez un
générateur d'impulsions THT autonome.
Remarques :
- Les anciens systèmes électrificateurs de cloture
étaient dotés d'un rupteur avec vis platinées en
guise d'interrupteur, et permettaient d'obtenir une cadence de 45
à 60 impulsions par seconde.
- Avec un système mécanique (interrupteur manuel ou
rupteur à vis platinées), il faut placer un condensateur
en parallèle sur les contacts mécaniques pour absorber
l'étincelle, qui autrement ne manquerait pas de les user
très rapidement.
Le schéma
On peut voir d'après le schéma qui suit, que des
composants finalement assez courants permettent parfois d'obtenir des
choses fort sympathiques...
L'oscillateur
Autour de Q1 et Q2...
A la base de tout, et pour disposer d'un montage autonome, il nous faut
un oscillateur, qui délivre des impulsions
répétées et régulières. Cet
oscillateur est construit ici avec deux transistors NPN un peu
quelconques, Q1 et Q2. Contrairement à l'oscillateur
rectangulaire
utilisé pour mon clignotant
004,
les deux moitiés de l'oscillateur sont ici
"déséquilibrées", la moitié gauche est
active plus longtemps que la moitié droite. Si on
insérait une led en série avec la résistance R1,
on verrait cette led s'allumer pendant un certain temps,
s'éteindre brièvement et s'allumer à nouveau un
certain temps, tout celà avec une périodicité de
l'ordre de la seconde. La led D1, qui est en série avec la
résistance R4, montre quant à elle l'activité de
la branche de droite, et à l'inverse de la led qui serait en
série avec R1, s'allume de façon très brêve
toutes les secondes environ. Pourquoi ne pas mettre une led en
série avec R1, de façon permanente ? Juste pour
économiser sur la consommation globale du montage, sachant que
l'usage sur une batterie de 12V est fort probable. Nous disposons donc
sur le collecteur de Q2, d'une impulsion brêve négative,
puisque l'activité de la moitié droite de l'oscillateur
se traduit par la mise en conduction (saturation) du transistor Q2.
Cette impulsion est ensuite transmise au transistor Q3, qui joue un
simple rôle d'inversion de polarité, car le transistor de
puissance utilisé juste après demande une impulsion
positive. Humpfff... mais alors, pourquoi ne pas utiliser la
moitié gauche de l'oscillateur, qui produit déjà
une impulsion positive ? Parce que le transistor de puissance
nécessite un courant de commande incompatible avec le courant
fourni par l'oscillateur, et qu'il faut l'amplifier. Alors tant
qu'à ajouter un transistor, autant en prendre un qui occupe une
autre tache, histoire de justifier encore un peu mieux sa place.
Le tampon (ou buffer)
Autour de Q3...
Non encreur dans le cas présent, le transistor Q3 apporte une
amplification de courant, et permet ainsi d'interfacer plus facilement
l'oscillateur avec la partie haute tension. Cela pourrait-il toutefois
fonctionner sans ce transistor Q3, en utilisant directement la sortie
gauche de l'oscillateur (collecteur de Q1) ? Oui, cela peut
fonctionner, si le transistor de puissance demande un courant de
commande modeste. Mais la tension THT produite en fin de compte risque
fort d'être sacrément amoindrie et moins "convaincante".
Plutôt que d'utiliser un transistor darlignton pour la partie
haute tension (autorisant un faible courant de commande), j'ai
préféré utiliser un transistor NPN spécial
haute tension très répendu et donc facilement
approvisionnable, associé à un autre transistor de
"moyenne" puissance, lui aussi très répendu, pour
compenser sa faible sensibilité (son faible gain, devrais-je
dire).
La section haute tension
Autour de Q4...
Cette section est composée de deux composants indispensables,
qui sont un transformateur élévateur de tension (une
bobine d'allumage de voiture par exemple), et un robuste transistor
haute tension de type BU508 (que l'on trouve souvent dans les
téléviseurs à écran cathodique pour la
section balayage lignes) et qui joue le rôle d'interrupteur. Si
l'on accèpte des pointes de tension un peu moindres sur la
sortie THT, on peut remplacer ce transistor par un modèle BU806,
un peu plus petit en taille et en prix, mais qui en contrepartie
résiste moins bien aux surtensions et nécessite plus de
protection. Les deux diodes zener de 160V cablées entre la base
et le collecteur du transistor de puissance Q4 empêche la
destruction dudit transistor, lors de son blocage. En effet, il se
produit une forte surtension quand on coupe le courant qui circule dans
l'enroulement primaire du transformateur TR1. Cela peut sembler
être du luxe, puisque le BU508 est censé supporter une
tension collecteur-émetteur de 700 V au moins, et que les
impulsions présentes sur le collecteur de Q4 atteignent une
valeur comprise entre 400 V et 500 V (sans protection exterieure
additionnelle). Mais comme en l'absence de ces diodes zener, il arrive
que le transistor Q4 lache (et oui, ce bon vieux BU508 si robuste
même à une fréquence d'utilisation de 15625 Hz,
peut rendre l'âme), j'ai préféré mettre une
protection minimale. Je soupçonne la présence de
très fortes pointes de tension à certains moments, mais
comme je n'y connais rien en électronique, je ne sais pas
l'expliquer. En résumé, vous pouvez utiliser pour Q4 :
- soit un BU508, avec deux (ou trois) diodes zener de 160 V en
série, cablées entre base et collecteur, pour limiter la
tension à 320 V (ou 480 V si trois diodes) entre ces deux
électrodes.
- soit un BU806, avec deux diodes zener de 160 V en série,
cablées entre base et
collecteur, pour limiter la tension à 320 V entre ces deux
électrodes, et une autre diode zener de 160 V (une
troisième diode de type 1N5384) entre émetteur et
collecteur du même transistor, qui ne supporte pas en cet endroit
une tension supérieure à 200 V.
La diode D4 permet d'absorber les pics de tension négatifs
(quelques dizaines de volts) qui se produisent sur la base du
transistor Q4 lors de chaque impulsion. Le condensateur C3, qui absorbe
une partie de l'extra-courant de rupture, doit avoir une tension de
service d'au moins 400 V, ou de 630 V si vous décidez d'utiliser
un BU508 avec trois diodes zener de 160 V entre base et collecteur.
Choix du transformateur
haute tension
Attention si vous utilisez un transformateur de
récupération dont vous ne connaissez pas les
caractéristiques, vous pourriez fort bien endommager
l'enroulement servant de primaire, par claquage. Mes premiers tests,
qui remontent aux années 80, ont été
réalisés avec des transformateurs d'alimentation
classiques de type 220V / 6,3V, que je montais "à l'envers". Non
seulement la tension de sortie (obtenue sur l'enroulement 220V)
était faible (seulement quelques centaines de volts), mais en
plus, j'ai réussi à griller plusieurs transfos. Le plus
simple est de récupérer une bobine d'allumage pour
voiture ou
un transformateur THT pour TV à tube cathodique, qui
présentent tous
deux des caractéristiques parfaites pour ce genre d'usage.
Personnellement, je préfère la bobine d'allumage, qui
possède moins de
fils et qui est plus pratique à installer dans un coffret.
Remarques diverses
J'ai retrouvé il n'y a pas très longtemps, le
schéma d'un vieux système de cloture électrique,
dont l'oscillateur était basé sur un NE555. Quoi de plus
logique, allez-vous penser. Mais là n'était pas la
curiosité. J'ai été surpris par le cablage du
secondaire du transfo élévateur de tension, dont un fil
allait vers la cloture (normal), et dont l'autre fil était
relié sur le collecteur du transistor de commande, donc ni
à la masse du montage, ni à la terre ferme. Avez-vous une
idée de la raison d'une telle façon de faire ? Moi non,
si ce n'est envisager une erreur de dessin, toujours possible.
Réponse de Samuel D. - 03/07/2009
Un géné à son
potentiel et la référence. Dans les cas de la cloture et
de votre schéma, le potentiel est le point haut du bobinage
secondaire, et la référence est le point bas du bobinage
secondaire. Vous reliez cette référence à la
terre... c'est un choix... si vous etes sur batterie, votre
alimentation est donc isolée entre primaire et secondaire. Pour
la cloture dont le schéma vous a surpris, le choix de la
référence est le collecteur ce qui permet de s'affranchir
du lien à la terre (certaines alimentations
référencent leur masse à la terre), pour par
exemple ne pas remonter les perturbations via la terre... dans
l'alimentation au autres appareils... En somme, c'est un choix qui
dépends des parturbation des besoins en référence,
en isolation etc...
Ce n'était donc peut-être pas une erreur de schéma.
Merci pour cette explication, même si je ne l'ai toutefois personnellement pas très bien assimilée ;-).
