circuits électriques

circuits électriques
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PRÉSENTATION
circuits électriques, ensemble de conducteurs reliés entre eux et traversés par un courant
électrique.
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ÉLÉMENTS ACTIFS ET PASSIFS
Un circuit électrique comporte deux types de conducteurs : des éléments actifs et des éléments
passifs. Les éléments actifs peuvent être des générateurs, définis par leur force électromotrice
(f.é.m.) et l’intensité du courant qu’ils délivrent, ou bien des récepteurs, tels que les moteurs,
caractérisés par une force contre-électromotrice (f.c.é.m.) et par l’intensité du courant qu’ils
consomment ( voir Moteurs électriques et générateurs). Parmi les éléments passifs, on peut
mentionner les résistances, définies par leur résistance R (sachant que tout conducteur oppose au
passage d’un courant une résistance qui dépend du matériau constitutif et de ses dimensions), les
bobines d’induction, définies par leur inductance L, et les condensateurs, définis par leur
capacité C. Lorsque ces différentes grandeurs sont constantes, le circuit est dit linéaire, car, pour
décrire son comportement, on manipule des équations différentielles linéaires à coefficients
constants.
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LOI D’OHM
Cette loi fondamentale, formulée par le physicien allemand Georg Ohm en 1827, exprime la tension
d’un circuit en fonction de son intensité.
Soit une portion de circuit électrique entre deux points A et B, caractérisée par la tension V(t),
différence de potentiel entre les bornes A et B, et traversée par le courant i(t) allant de A vers B
( voir Électricité). Suivant le type de dipôle passif placé sur cette portion AB, la loi d’Ohm permet
d’écrire :
Les valeurs R, C et L sont positives et s’expriment respectivement en ohms (symbole Ω), en farads
(symbole F) et en henrys (symbole H). La loi d’Ohm s’applique aussi bien aux éléments traversés
par un courant continu que par ceux traversés par un courant alternatif.
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LOIS DE KIRCHHOFF

Circuits en série et en parallèle
Dans ce circuit en série, l'intensité du courant électrique délivré par la pile est la même pour les deux
ampoules, et la tension aux bornes du générateur est répartie entre les deux ampoules. De ce fait, si l'une des
ampoules grille, la circulation du courant est coupée dans tout le circuit. En revanche, dans un circuit en
parallèle, l'intensité du courant électrique délivré par la pile est partagée entre les deux ampoules, et les
tensions aux bornes des deux ampoules sont égales. Ainsi, si l'une des ampoules grille, la circulation du courant
n'est pas interrompue dans la branche de dérivation contenant l'autre ampoule.
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Dans un circuit électrique, une branche représente un ensemble d’éléments reliés en série et donc
traversés par un même courant, un nœud correspond au point d’intersection de plusieurs branches,
et une maille est un ensemble de branches constituant un parcours fermé. Dans un circuit
comportant plusieurs branches, on peut alors appliquer les deux lois énoncées par le physicien
allemand Gustav Kirchhoff. D’après la loi des nœuds, la somme des courants partant d’un nœud est
égale à la somme des courants qui y aboutissent. D’après la loi des mailles, la somme des tensions
le long d’une maille est nulle. Ces deux lois sont utilisées pour déterminer certaines intensités ou
tensions d’un circuit électrique.
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LOI DE JOULE
James Prescott Joule
Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.
Tout courant parcourant un conducteur produit un dégagement de chaleur, appelé effet Joule,
provoqué par la résistance ohmique de ce conducteur.
Dans ce cadre, la loi de Joule, formulée en 1841 par le physicien britannique James Prescott Joule,
stipule que dans un conducteur parcouru par un courant, l’énergie E dégagée sous forme
thermique est proportionnelle à la résistance R du conducteur, au carré de l’intensité I du courant
et au temps t de passage du courant. Elle se traduit donc par l’égalité E = RI
2
t. Si on appelle P
R la

puissance électrique dégagée par effet Joule, cette loi peut encore s’écrire : P
R
= RI
2
. Rappelons
que l’unité de puissance électrique est le watt (symbole W), correspondant au joule par seconde,
soit au produit de 1 volt par 1 ampère.
L’effet Joule est utilisé sur les équipements de chauffage électrique.
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TYPES DE RÉGIMES
Un circuit est en régime continu lorsque les sources de tension et de courant sont continues,
autrement dit quand les tensions, les intensités, les forces électromotrices et les forces contre-
électromotrices mises en jeu ne dépendent pas du temps. Dans un tel circuit, les seuls éléments
passifs autorisés sont les résistances, la loi d’Ohm associée aux bobines d’inductance et aux
condensateurs faisant en effet intervenir le temps.
Un circuit fonctionnant en régime alternatif met en jeu des sources alternatives de courants et de
tensions.
Un circuit tournant en régime sinusoïdal met en œuvre des tensions et des courants dont les
grandeurs caractéristiques sont représentées par des fonctions sinusoïdales du temps.
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IMPÉDANCE
La loi d’Ohm peut s’appliquer à un circuit en régime sinusoïdal, mais sous une forme plus complexe
si sont présentes des capacités ou des inductances qui dépendent du temps. En vue de simplifier
les calculs, on introduit alors l’impédance d’un tel circuit, qui correspond au rapport de l’amplitude
de la tension du circuit à l’amplitude du courant qui le traverse. Par exemple, dans un
circuit « RLC », associant en série une résistance R, une bobine d’inductance L et un condensateur
de capacité C, l’amplitude I de l’intensité du circuit est reliée à l’amplitude E de la tension par la
relation I = E / Z, où Z se mesure en ohms.
On montre alors que :
où f est la fréquence du régime sinusoïdal. Le dénominateur de la fraction ci-dessus représente
donc l’impédance du circuit.
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électronique

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PRÉSENTATION
électronique, domaine de la physique appliquée qui exploite les variations de grandeurs électriques
(courants, tensions, charges, etc.) pour :
- capter,
- transmettre ou
- analyser des informations (signaux audio d'un récepteur radio, images d'un écran de
télévision, données informatiques d'un ordinateur, etc.).
Le traitement de ces informations est généralement assuré par des circuits électroniques, qui
utilisent les propriétés de l'électron.
Ces circuits offrent diverses fonctionnalités telles que l'amplification de signaux, le calcul
d'opérations logiques, la génération d'ondes radio, la récupération d'un signal audio à partir d'une
onde radio (démodulation) ou encore la superposition d'un signal audio sur des ondes radio
(modulation). Voir Radio.
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HISTORIQUE
L'électronique naquit au XIXe siècle, par suite de la découverte des rayons cathodiques et des
différentes propriétés de l'électron.
- En 1904, le Britannique Fleming mit au point le premier tube à vide, la diode, que l'Américain
De Forest perfectionna pour concevoir la triode en 1906. Ces tubes à vide révolutionnèrent le
domaine de l'électronique, permettant de manipuler des signaux, ce qui était jusqu'alors impossible
avec les réseaux télégraphiques et téléphoniques de l'époque. Dès lors, il devint possible, par
exemple, d'amplifier des signaux radio et audio, ou de superposer des signaux sonores sur des
ondes radio. La technologie de la communication radio connut ainsi un grand développement avant
la Seconde Guerre mondiale, grâce à la fabrication de tubes toujours plus complexes et spécialisés.
L'informatique fit également un bond prodigieux pendant la guerre, avec l'apparition des premiers
ordinateurs électroniques, équipés de plusieurs milliers de tubes à vide.
- En 1948, les physiciens américains Bardeen, Brattain et Shockley inventèrent le premier
transistor, qui supplanta progressivement le tube à vide dans la plupart de ses applications.
Constitué de matériaux semi-conducteurs, le transistor assure en effet avec une fiabilité accrue les
mêmes fonctions que le tube à vide, mais s'avère plus léger et beaucoup plus économique.
- En 1959 fut mis au point le premier circuit intégré, qui pouvait contenir une dizaine de transistors
sur une petite plaquette de silicium (aujourd'hui, certains circuits intégrés en contiennent plus de
100 000). Puis apparurent les premiers microprocesseurs, processeurs constitués d'un seul circuit
intégré sur lequel sont gravés des centaines de milliers de transistors interconnectés.

- Ces deux technologies, circuits intégrés et microprocesseurs, furent appliquées à la construction
d'ordinateurs, dont les capacités bouleversèrent le monde de l'informatique dans les années 1970.
Aujourd'hui, l'électronique est partout : de l'électroménager aux micro-ordinateurs, de l'audiovisuel
aux satellites de communication.
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COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES
Circuit imprimé (gros plan)
Appartenant à un détecteur de fumée, ce circuit imprimé comprend des transistors (capsules argentées), des
résistances, des diodes, des capacités et des inductances.
H. Schneebeli/Science Source/Photo Researchers, Inc.
Les circuits électroniques sont constitués de divers composants élémentaires, qui peuvent se
classer en deux catégories :
- les composants passifs et les composants actifs ( voir Circuits électriques).
Les composants passifs : reçoivent l'électricité, comportent les résistances, les condensateurs et
les inductances.
Les composants actifs : peuvent fournir de l'électricité, comprennent les piles, les générateurs, les
tubes à vide et les transistors. À partir de ces composants élémentaires, on peut fabriquer d'autres
éléments plus complexes, comme des circuits intégrés, des microprocesseurs, des capteurs et des
transducteurs, des amplificateurs ou encore des oscillateurs.
3.1
Éléments passifs
3.1.1
Résistance