Chapitre Diode 2-2

Electronique de puissance
Destiné aux étudiants du 4ème année

Filière : Génie industrielle « GI».
Autrice : Pr. Mouachi Raja

Adresse mail: mouachiraja@gmail.com
Contenu du cours
Ce cours est composé de cinq chapitres:
Chapitre 1 : Introduction à l’électronique de puissance
Chapitre 2 : Convertisseurs AC/DC (Redresseurs)
Chapitre 3 : Convertisseurs AC/AC (Gradateurs)
Chapitre 4 : Convertisseurs DC/DC (Hacheurs)
Chapitre 5 : Convertisseurs DC/AC (Onduleurs)
2
Chapitre 2 :
Convertisseurs AC/DC (Redresseurs)
3
Question :
C’est quoi le redressement ???
4
Objectif
• Les redresseurs permettent de convertir une alimentation alternative en continue.
• On utilise un convertisseur alternatif-continu pour alimenter un récepteur en continu à partir du réseau

de distribution alternatif.
• La tension et la puissance de sortie peuvent être contrôlées par les composants de puissance utilisés
(Thyristors).
• On peut grouper les composants utilisés dans les convertisseurs statiques AC- DC en deux catégories :
 Les diodes
 Les thyristors (Silicon-Controlled Rectifier : SCR)
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Question :
Comment obtenir un signal continu à partir d’une source de
courant alternatif ???
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La conversion alternatif-continu : Les redresseurs
Redressement non commande : Redressement commande :

Redresseurs à diodes redresseurs à thyristors
Redressement simple alternance
Méthodes utilisées
Redressement double alternance

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Redressement non commandé
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Exemple de réseau d’alimentation électrique de tramway
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I. Redresseurs monophasés à Diodes
En monophasé, on distingue :
 les redresseurs simple alternance : dans le sens direct, ils admettent les tensions positives et annulent
les tensions négatives. Une simple diode en série avec la charge suffit à réaliser cette opération ;
 les redresseurs double alternance : ils commutent de manière à transformer les tensions négatives en
tensions positives. Le montage le moins coûteux et le plus efficace est le pont de Graëtz.
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II. Redresseurs monophasés à diodes
La Diode
La diode est un dipôle passif polarisé. Une diode a la propriété de laisser passer le courant dans un sens
(diode passante) et de l'arrêter dans l'autre sens (diode bloquée).
La caractéristique d’une diode dite « parfaite » est la suivante:
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La réalité est un peu différente. La caractéristique V= f(I) nous le montre:
La diode n'est passante que lorsque la tension dépasse un seuil (environ 0,6V pour une diode au
silicium). La tension aux bornes de la diode passante varie très peu en fonction de l'intensité
12
1. Redresseur a simple alternance

a. Cas d’une charge résistive
La diode permet le passage du courant électrique uniquement pendant l’alternance positive de la
tension V(t).
Pendant l’alternance négative, la diode est polarisée en inverse, le courant électrique ne passe pas
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 Expressions de la tension et du courant dans la charge :
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 Tension moyenne aux bornes de la charge :
 Courant moyen dans la charge :
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 Tension efficace aux bornes de la charge :
 Courant efficace dans la charge :
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 Courant moyen de la diode :
 Courant efficace de la diode :
 Tension inverse maximale de la diode :
19
 Courant moyen de la diode :
 Courant efficace de la diode :
 Tension inverse maximale de la diode :
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 Facteur de forme de la tension de sortie
 Puissance
La puissance instantanée est :
La puissance moyenne est alors:
 La puissance apparente
 Facteur de puissance :
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b. Cas d’une charge inductive
Redresseur à simple alternance alimentant une charge RL
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La diode conduit dès que v est positive. Le courant commence à circuler mais l’inductance
retarde la variation du courant, le courant existe encore à la fin de l’alternance. La diode
reste à l’état passant et la charge voit la tension d’alimentation négative jusqu’à l’annulation du
courant. Le courant ic s’annule à l’angle q0 une fois que toute l’énergie stockée dans l’inductance
est retournée à la source de tension.
23

24
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 Equation différentielle linéaire du premier ordre
Soit l'équation différentielle suivante :
où a et b sont des constantes. Cherchons tout d'abord la solution de l'équation générale homogène
En posant pour solution de l'équation homogène la forme générale
Par suite la solution de l'équation homogène est
Cherchons à présent la solution particulière yp de l'équation non homogène sous la forme
26

En substituant dans la première relation, on obtient
Et la solution générale de l'équation est
La constance C est obtenue par la connaissance de la condition initiale. En effet
et par conséquent
27

Dans le cadre de ce cours, on a pour habitude d'écrire cette relation sous une autre forme
Dans la plupart des cas, a > 0 . La signification physique des divers termes est donc la suivante
Exemple : Circuit RL
28
29
c. Cas d’une charge inductive avec diode de roue libre :
La diode de roue libre se met à conduire dès que la tension aux bornes de la charge devient
négative. Son rôle est d’assurer un chemin pour le courant inductif. Il s’en suit un courant de
charge plus lissé et une valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge plus élevée.
Pour le calcul des différentes grandeurs, les équations du paragraphe précédent peuvent être utilisées.
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d. Cas d’un circuit avec force électromotrice (f.c.é.m.) E:
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 Cas d’une charge RE:
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 Cas d’une charge RLE:
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2. Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes
En monophasé on ne dispose que d’une seule phase. Une pseudo-phase est crée grâce à un
transformateur à deux secondaires (transformateur à point milieu). La source biphasée qui en résulte
délivre des tensions en opposition de phase.
• Le transformateur assure
l'isolement galvanique et
l'adaptation de tension.
• Le redresseur PD2 à diodes
assure la conversion alternatif -
continu.
• Le condensateur assure le filtrage
de la tension de sortie.
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 Cas d’une charge résistive
Le transformateur fournit 2 tensions opposées v1 et v2
par rapport au milieu N.
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3. Redresseur à diode à double alternance en pont : Montage PD2 à diodes
Le redresseur à double alternance en pont, appelé aussi « pont de Graëtz » ou PD2 à diodes, est le
montage le plus utilisé à cause de sa simplicité (figure).
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L’explication théorique peut se faire de la façon suivante: les branches dans lesquelles il n’y a pas de
courant ont été supprimées.
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50

 Charge résistive :
51

 Charge résistive :
Ce montage à les mêmes grandeurs caractéristiques
(tension moyenne, courant moyen,…) que le
redresseur à point milieu à l’exception de la tension
inverse maximale VTIM qui s’est améliorée.
52

 Charge inductive :
Sur charge inductive, le comportement du redresseur PD2 est similaire au redresseur P2
53
II. Redresseurs triphasés à Diodes
54
II. Redresseurs triphasés à diodes
1. Redresseur triphasé à diodes à simple alternance : Montage P3 à diodes
Pour augmenter la puissance à la sortie, on utilise des montages triphasés. La structure du redresseur
triphasé à simple alternance type P3 est donnée à la figure suivante. Les cathodes des trois diodes sont
reliées ensemble (montage à cathodes communes). A chaque instant la diode dont l’anode est au
potentiel le plus élevé conduit.
55
La tension de sortie vC est donc la tension la plus positive des sources d’alimentation.
Remarque : Chaque diode conduit donc pendant 2π/3.

Si l’on avait disposé d’un montage parallèle simple à anodes communes, la tension de sortie
serait les portions de sinusoïdes les plus négatives.
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 Cas d’une charge résistive :
La figure suivante résume le fonctionnement en donnant

les courbes représentant 𝑣𝑐(𝑡), 𝑖𝑐(𝑡), 𝑖𝐷1(𝑡), 𝑖𝐷2(𝑡), 𝑖𝐷3(𝑡) et
𝑣𝐷1(𝑡) dans le cas d’une charge résistive.
N. B : Quand on redresse q tensions de période T ,

la tension redressée 𝒗𝒄 est formée
de 2q sommet de sinusoïdes par période T . La
𝑻
période 𝒗𝒄 est donc de période 𝟐𝒒.
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Tension inverse aux bornes d’une diode : Lorsque par exemple D1 conduit, D2 voit à ses bornes une
tension v2 -v1.
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 Cas d’une charge inductive :
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Si la charge est fortement inductive, on peut alors dire que le courant qui la traverse est continu et on la
représente par une source de courant.
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1. Redresseur triphasé à diodes à simple alternance

 Courant dans les redresseurs
Durant chaque période, chacun des redresseurs 𝐷1 , 𝐷2 ,…, 𝐷𝑞 débite le courant continu Ic à son tour de
𝑇
rôle. Chacun des courants 𝑖𝐷1 , 𝑖𝐷2 ,…, 𝑖𝐷𝑞 est égal à Ic pendant l’intervalle de temps 𝑞, nul pendant le
reste de période.
De même le retour du courant Ic nécessite la conduction de l’une des q diodes de la série 𝐷′1 , 𝐷′2 ,…,
𝐷′𝑞 .
Chacun des courants 𝑖𝐷′1, 𝑖𝐷′2 ,…, 𝑖𝐷′𝑞 est égal à Ic pendant l’intervalle de temps puis zéro pendant le
𝑇
reste de période 𝑞.
D’où les valeurs maximales, moyennes et efficaces du courant dans chacun des redresseurs.
66
1. Redresseur triphasé à diodes à simple alternance
 Courant et facteur de puissance secondaire.
Chaque enroulement secondaire, étant réuni à deux diodes, est parcouru par un courant pendant deux
𝑇
intervalles de durée 𝑞. Ainsi :
La valeur efficace des courants secondaires est donc :
Le facteur de puissance secondaire a pour expression : :
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2. Redresseur triphasé à diodes à double alternance en pont : Montage PD3 à diodes
La structure du redresseur triphasé à double alternance type PD3 à diodes est donnée à la figure
suivante. Il est constitué par 6 diodes. 3 diodes (D1, D2, D3) dans un montage P3 à cathodes
communes réalisant un commutateur plus positif et 3 diodes (D’1, D’2, D’3) dans un montage P3 à
anodes communes réalisant un commutateur plu négatif.
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3. Imperfection
 L’empiètement
L’inductance de ligne du réseau n’est en réalité pas négligeable. Nous restons dans le cadre d’un PD2
débitant sur une charge absorbant un courant constant, l’inductance de ligne du réseau est notée 𝜆,
74
3. Imperfection
Si le réseau ne présente pas d’inductance parasite (𝜆=0), les courants dans les diodes peuvent évoluer
théoriquement instantanément entre 0 et I
75
3. Imperfection
l’évolution du courant ne peut présenter de discontinuité, l’inductance 𝜆 limitant la vitesse d’évolution du
𝑇
courant. A l’instant 2, le courant de la diode 𝐷1 mettra donc un certain temps à atteindre 0. Le courant
dans la diode D2 se mettra en conduction tel que:
Pendant un court instant, dépendant directement de la valeur de l’inductance du réseau, les diodes D1 et
D2 seront simultanément en conduction. On parle alors d’empiètement Le même raisonnement
s’appliquant aux diodes D3 et D4, les 4 diodes du pont PD2 sont en conduction durant l’empiètement. 76
3. Imperfection
La conduction des diodes a pour effet de court-circuiter la tension de sortie. L’allure de la tension de sortie.
77
La conversion alternatif-continu : Les redresseurs
Redressement non commande : Redressement commande :

Redresseurs à diodes redresseurs à thyristors
Redressement simple alternance
Méthodes utilisées
Redressement double alternance

78
Redressement commandé
79
III. Redresseur commandé à thyristors
1. Définition :
Un redresseur à thyristor ou redresseur commandé est un convertisseur de puissance qui transforme

une source de tension sinusoïdale v(t) de fréquence et de valeur efficace constantes en une source de
tension continue vc(t) à valeur moyenne variable.
80
1. Thyristor :
 Symbole d’un thyristor:
Un thyristor a la propriété de laisser passer le courant dans un sens (thyristor passant) et de l'arrêter
dans l'autre sens (thyristor bloqué). Une étude approximative semble montrer que la diode se comporte
comme un fil de résistance négligeable quand elle est passante et comme un interrupteur ouvert quand
elle est bloquée.
La caractéristique d’un thyristor
81
1. Les montages redresseurs à thyristors
 En remplaçant les diodes par des redresseurs à électrode de commande, on peut retarder l’entrée en
conduction des redresseurs.
 On dit qu’on fonctionne en commutation retardée. On caractérise le retard par l’angle Ψ .
Ψ
 Les thyristors sont débloqués avec un retard en temps de ω par rapport à l’instant ou les diodes
correspondante entrait en conduction.
82
Figure : Schéma du montage
On supposera que le récepteur est tel que le courant redressé 𝑖𝑐 ne s’annule jamais au cours de la période;
il y a donc toujours un redresseur en conduction.
83
 Etude des tensions
La diode 𝐷1 réunie à la phase dont la tension est était conductrice
pour . Le thyristor, qui la remplace, est passant pour :
Deux cas sont à considérer :
: marche en redresseur
La tension 𝑢𝑐 est formée de q portions de sinusoïdes par période T . Au fur et à
mesure que Ψ croit la tension moyenne redressée 𝑢𝑐𝑚𝑜𝑦 diminue. Tant que , c'est-à-dire
, la tension 𝑢𝑐 est toujours positive. Pour la tension 𝑢𝑐 est,
par intervalle, négative. Le montage fonctionne en redresseur à rapport de transformation alternatif-

continu variable.
84
 Etude des tensions
: marche en onduleur
Lorsque , la tension moyenne redressée 𝑢𝑐𝑚𝑜𝑦 s’inverse. La puissance, fournie du coté
continu (𝑢𝑐 𝑖𝑐 )moy, est négative. Entre les points M et N , figure suivante , il n’y a plus un récepteur mais
plutôt un générateur. L’énergie passe du coté continu au coté alternatif. Le montage fonctionne en
onduleur.
Figure : structure du convertisseur 85

 Tension moyenne redressée.
La tension redressée est formée de q portions de sinusoïdes. Ainsi pour
la tension . D’où sa valeur moyenne :
86
 Tension inverse aux bornes des redresseurs
La tension inverse aux bornes d’un thyristor, 𝑇ℎ1 par exemple, s’exprime par :
87
 Tension inverse aux bornes des redresseurs
Figure : Tensions redressée et aux bornes d’un redresseur

88
 Etude des courants
en supposant que le courant dans la charge est constant 𝑖𝑐 = 𝐼𝑐 , comme pour les redresseurs à diode
𝑇
chaque thyristor débite pendant 𝑞. Le courant dans un thyristor a pour :
89
 Etude des courants
Chaque phase secondaire est parcouru par :
Le facteur de puissance est celui du fonctionnement diode multiplié par cos(Ψ)
90
 Les montages à commutation parallèle double
Figure : Schéma du redresseur PD3 à thyristors
91
𝜋
Figure : Tensions redressée pour Ψ = 6
92
𝜋
Figure : Tensions redressée pour Ψ = 3
93
Redresseurs monophasés à thyristors
94
2.Redresseur commandé à simple alternance :

On envisage une structure comportant une source sinusoïdale et un thyristor pour alimenter une charge
résistive.
Pendant l’alternance négative, le thyristor est polarisé en inverse, le courant électrique ne passe pas
95

En prenant un angle de retard à l’amorçage α, on a les chronogrammes suivants:
96

 Expressions de la tension et du courant dans la charge :
97

 Tension moyenne aux bornes de la charge :
 Courant moyen dans la charge :
98

 Tension efficace aux bornes de la charge :
 Courant efficace dans la charge :
99

 Courant moyen du thyristor :
 Courant efficace du thyristor :
 Tension inverse maximale du thyristor :
100

a. Cas d’une charge inductive
Le schéma suivante permet l’étude d’un redresseur commandé à simple alternance alimentant une charge RL
101

Quand v est positive, le thyristor conduit dés qu’il reçoit un signal de gâchette. Le courant commence à
circuler alors mais l’inductance retarde la variation du courant, le courant existe encore à la fin de
l’alternance. Le thyristor reste à l’état passant et la charge voit la tension d’alimentation négative jusqu’à
l’annulation du courant.
Le courant ic s’annule à l’angle 𝜃𝑜 une fois que toute l’énergie stockée dans l’inductance est retournée à la
source de tension.
102

Chronogrammes des tensions et du courant pour une

charge RL
103

 Détermination exacte de l’expression de 𝑖𝑐 :
104

105

 Expressions de la tension et du courant dans la charge :
106

 Tension moyenne aux bornes de la charge :
 Courant moyen dans la charge :
107

 Tension efficace aux bornes de la charge :
 Courant efficace dans la charge (L=0):
108

 Courant moyen du thyristor :
 Courant efficace du thyristor :
 Tension inverse maximale du thyristor :
 Puissance utile absorbée par la charge :
109

a. Cas d’un circuit avec f.c.é.m. E:
 Cas d’une charge RE:
Le thyristor ne peut pas conduire tant que :
Il commence à conduire, en présence d’un signal de commande,

lorsque :
Il cesse de conduire lorsque son courant s’annule 𝜔𝑡 = ߠ0 .
110

a. Cas d’un circuit avec f.c.é.m. E:
 Cas d’une charge RLE:
Chronogramme des tensions et du courant

d’une charge RLE:
111
2.Redresseur commandé à double alternance à point milieu :

a. Montage P2 à thyristors
Le transformateur fournit deux tensions opposées v1 et v2 par rapport au point milieu.
Redresseur commandé double alternance : Montage

P2 à thyristors
112

 Cas d’une charge résistive :
La figure suivante résume le fonctionnement du

redresseur P2 à thyristors pour une charge résistive.
Chronogrammes d’ondes du redresseur P2 à

thyristors
113

Expressions de la tension et du courant dans la charge :
Tension moyenne aux bornes de la charge :
Courant moyen dans la charge :
114

Tension efficace aux bornes de la charge :
Courant efficace dans la charge :
115

Courant moyen du thyristor :
Courant efficace du thyristor :
Tension inverse maximale du thyristor :
116

 Cas d’une charge inductive:
Dans un montage à point milieu, le courant est continu dans la charge si 𝜃𝑜 > 𝝅+𝜶 . En effet, l’équation
du courant dans la charge, qui est valable seulement en régime discontinu :
s’annule à 𝝎𝒕=𝜶 et à 𝝎𝒕=𝜶+𝝅 si 𝜶=𝝋. On peut donc conclure que 𝜶=𝝋 correspond à la conduction
critique et par conséquent 𝜶<𝝋 correspond à la conduction continue et 𝜶>𝝋 correspond à la
conduction discontinue.
117

 Conduction discontinue , charge inductive avec 𝜶 >𝝋
Dans ce cas l’angle 𝛾 (déterminé à partir de l’abaque)
est inférieur à 𝝅 , le courant dans la charge est
donc discontinu.
Formes d’ondes du redresseur P2 à thyristors sur RL

(conduction discontinue)
118

 Conduction discontinue , charge inductive avec 𝜶 >𝝋
Tension moyenne aux bornes de la charge :
Courant moyen d’un thyristor :
Tension inverse maximale d’un thyristor :
119

 Conduction discontinue , charge inductive avec 𝜶 <𝝋
Si 𝜶 <𝝋 , le courant dans la charge est continu c'est-à-

dire qu’en aucun instant il se passe par zéro.
Normalement, la conduction de Th1 continue
jusqu’à𝜃𝑜 . Cependant, à 𝝎t= 𝜶+𝝅 , Th2 reçoit son
impulsion d’amorçage et comme il se trouve à être
polarisé plus positivement que Th1, le courant de Th1
se transfert à Th2 et Th1 se bloque.
120

b. Montage PD2 tout thyristors
Ce montage ne nécessite pas de transformateur
121

 Charge résistive :
Pendant l’intervalle de temps ( 𝛼<𝜔𝑡<𝜋) :

T1 et T2 sont amorcés en même temps et
conduisent. Pendant l’intervalle de temps (𝜋
+𝛼<𝜔𝑡<2𝜋): T3 et T4 sont amorcés en
même temps et conduisent.
122

 Charge fortement inductive :
Courant moyen et efficace d’un thyristor :
La tension moyenne de la charge est:
123

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Electronique de puissance

Destiné aux étudiants du 4ème année

Autrice : Pr. Mouachi Raja

Ce cours est composé de cinq chapitres:

Chapitre 1 : Introduction à l’électronique de puissance

Chapitre 2 : Convertisseurs AC/DC (Redresseurs)

Chapitre 3 : Convertisseurs AC/AC (Gradateurs)

Chapitre 4 : Convertisseurs DC/DC (Hacheurs)

Chapitre 5 : Convertisseurs DC/AC (Onduleurs)

• Les redresseurs permettent de convertir une alimentation alternative en continue.

• On utilise un convertisseur alternatif-continu pour alimenter un récepteur en continu à partir du réseau

Redressement non commande : Redressement commande :

Redressement simple alternance

Redressement double alternance

La réalité est un peu différente. La caractéristique V= f(I) nous le montre:

1. Redresseur a simple alternance

1. Redresseur a simple alternance

1. Redresseur a simple alternance

1. Redresseur a simple alternance

 Tension moyenne aux bornes de la charge :

 Courant moyen dans la charge :

1. Redresseur a simple alternance

 Tension efficace aux bornes de la charge :

 Courant efficace dans la charge :

1. Redresseur a simple alternance

 Courant moyen de la diode :

 Courant efficace de la diode :

 Tension inverse maximale de la diode :

1. Redresseur a simple alternance

 Courant moyen de la diode :

 Courant efficace de la diode :

 Tension inverse maximale de la diode :

1. Redresseur a simple alternance

La puissance moyenne est alors:

1. Redresseur a simple alternance

Redresseur à simple alternance alimentant une charge RL

1. Redresseur a simple alternance

1. Redresseur a simple alternance

b. Cas d’une charge inductive

b. Cas d’une charge inductive

En posant pour solution de l'équation homogène la forme générale

Par suite la solution de l'équation homogène est

Cherchons à présent la solution particulière yp de l'équation non homogène sous la forme

b. Cas d’une charge inductive

Et la solution générale de l'équation est

La constance C est obtenue par la connaissance de la condition initiale. En effet

b. Cas d’une charge inductive

b. Cas d’une charge inductive

c. Cas d’une charge inductive avec diode de roue libre :

c. Cas d’une charge inductive avec diode de roue libre :

c. Cas d’une charge inductive avec diode de roue libre :

c. Cas d’une charge inductive avec diode de roue libre :

d. Cas d’un circuit avec force électromotrice (f.c.é.m.) E:

d. Cas d’un circuit avec force électromotrice (f.c.é.m.) E:

d. Cas d’un circuit avec force électromotrice (f.c.é.m.) E:

2. Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes

2. Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes

2. Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes

2. Redresseur à diode à double alternance à point milieu: Montage Parallèle P2 à diodes