Chapitre 1 – Introduction et rappel Electronique analogique Théorie
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Chapitre 1 – Introduction et rappel Electronique analogique Théorie Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 1 : Introduction et rappel 1 Loi d’Ohm = . • U est la tension et est exprimée en Volts (V) • R est la résistance et est exprimée en Ohms (Ω) • I est le courant et est exprimée en Ampères (A) Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 2 Convention générateur-récepteur Générateur Récepteur « (un dipôle qui) fournit de l'énergie électrique dans un circuit » « reçoit l'énergie électrique dans un circuit » Le courant et la tension sont fléchées dans le même sens. Le courant va du + vers le -. Le courant et la tension fléchées en sens opposé Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel sont 3 Appareils de mesure • Ampèremètre mesure l’intensité du courant et se place en série dans le circuit électrique. • Le voltmètre mesure la différence de potentiel entre deux points du circuit électrique et se place en parallèle. Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 4 Appareils de mesure – réglage du multimètre Grandeur à mesurer Tension électrique Courant électrique Montage Dérivation = en parallèle en série • Tension • Valeur efficace • Courant continu • Valeur efficace continue d’une tension • Valeur moyenne d’un courant • Valeur moyenne alternative d’un courant alternatif Type de mesure d’une tension variable alternative Position DC AC DC Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel AC 5 Puissance - énergie électrique – effet Joule Puissance = . = . = • P est la puissance et s’exprime en Watts (W) • La puissance dissipée dans une résistance est intégralement transformée en chaleur – c’est l’effet Joule Energie = . • W est l’énergie et s’exprime en Watt.heure (Wh) ou en Joules (J) 1Wh = 3600 J 1kWh = 3,6 106 J Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 6 Lois de Kirchhoff • Loi des nœuds1 « A un nœud, la somme des courants entrant est égale à la somme des courants sortant » + = + − 1 Un nœud est un point de circuit où aboutissent plusieurs branches • Loi des mailles2 « Dans une maille, la somme algébrique des tensions est nulle » − =0 2 Un nœud est un point de circuit où aboutissent plusieurs branches Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 7 Exercice Dans le montage de la figure ci-contre : a. Déterminer la valeur des tensions et intensités manquantes, b. Calculer la puissance absorbée par chacune des résistances, c. Calculer la valeur de chacune des résistances Réponse : = 6 ; = 1,1 ; = 3Ω; =3 ; = 2 ; =5 . = 0,7 ; = 0,1 . = 8,6Ω; = 6,7Ω; = 50Ω; = 10Ω. = 4,2 ; = 0,6 ; = 0,5 ; = 1,6 . Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 8 Code couleur et puissance maximale des résistances Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 9 Limite d’utilisation d’une résistance Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 10 Association de résistance • Série • Parallèle Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 11 Cas particulier – deux résistances parallèles Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 12 Exercice 1 . Sur le schéma ci contre, calculer R et déterminer la puissance fournie par la pile. Réponse P = 18W; R = 7,5Ω 2. Une batterie d’accumulateurs de 12V a une charge de 60Ah. Elle alimente 2 lampes de 45W montées en parallèle. Calculer : a. L’intensité du courant consommé par chacune des lampes b. La durée au bout de laquelle la batterie sera complétement déchargée Réponse I = 3,75 A ; t = 8h. Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 13 Exercice 1. Dans le montage de la figure ci-contre : a. Déterminer la résistance équivalente du circuit, b. Calculer le courant total débité par le générateur de tension, (r est négligeable) c. Indiquez le sens du courant Réponse Req = 7 Ω ; Itot = 1,14 A . Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 14 Exercice 2. Déterminer la résistance équivalente du circuit 3. On dispose de trois résistances de 1 000Ω. En les associant, comment peut-on réaliser une résistance de : Réponse a) 3000 Ω ? Req = 3,56 Ω b) 333 Ω ? c) 1 500 Ω ? Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 15 Loi de Pouillet • La loi de Pouillet permet de calculer la résistance d’un conducteur par la relation suivante # = " $ • • • • R est la résistance en Ohms (Ω) L la longueur du conducteur (m) S la section du conducteur (m²) ρ est la résistivité du conducteur (Ωm) • Un matériau peut être caractérisé par sa conductivité γ. Cela correspond à l’inverse de la résistivité Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 16 Loi de Pouillet • La résistivité dépend de la température : ρ = ρ0(1 + α0.θ) • • • • ρ est la résistivité du matériau et est exprimée en m ρ0 est la résistivité du matériau à 0C et est exprimée en m α0 est le coefficient de température et est exprime en °C-1 θ est la température et est exprimée en degré Celsius. • La résistance des conducteurs non métallique (carbone et semi-conducteur) diminue avec la température Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 17 Diviseur de tension • Le montage est constitué de deux résistances en série • Le courant qui traverse les deux résistances est égal à : = + = Il vient donc que = + Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 18 Montage potentiomètrique • Un potentiomètre est une résistance variable possédant trois bornes : • deux correspondent aux extrémités du corps de la résistance, • une correspond au curseur qui frotte sur le corps. • En faisant varier la position du curseur, on obtient une tension de sortie : • Nulle (en B). • Égale à U (en A). • Comprise entre 0 et U (en position intermédiaire). Le montage potentiomètrique permet d’obtenir une tension variable en C Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 19 Diviseur de courant • On peut déterminer I en calculant la résistance équivalente du circuit % = &' .&( &' )&( et = %. et = + On trouve alors que Et Ce qui revient à et = + Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 20 Exercice Réponse : = 50* ; = 4,4 ; = 2,4+; &' = 6 ; = 968 Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 21 Générateur de tension réel Dans un générateur réel, lorsque l'intensité débitée par le générateur augmente, la tension à ses bornes diminue. La chute de tension en charge est due à la résistance interne r du générateur ∆ -= ∆ Le schéma équivalent d’un générateur revient donc à une source de tension parfaite en série avec une résistance. / = − -. En pratique cette résistance doit être la plus petite possible Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 22 Exercice Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 23 Le condensateur • Lorsqu'un condensateur est chargé sous une tension U: • L'armature A porte la charge positive +Q. • L'armature B, la charge négative -Q. • La quantité de charges Q emmagasinée par un condensateur est proportionnelle à la tension U, par un facteur C qui représente la capacité d’un condensateur. Elle s’exprime en Farad 0= 1 (F) 2 et Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 24 Groupement de condensateurs Parallèle Série 1 1 1 1 = + + +⋯ 06 0 0 0 0% = 0 + 0 + 0 + ⋯ Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 25 Charge et décharge du condensateur Le condensateur est déchargé au moment du branchement. À la mise sous tension (10V), on mesure la différence de potentiel aux bornes du condensateur. On remarque : • La courbe de charge d'un condensateur est une exponentielle. • Au bout d'un certain temps, la tension uc ne varie plus, le condensateur maintenant est chargé. Le temps de charge du condensateur dépend de la résistance série R et de la capacité du condensateur. τ = .0 On observe les mêmes caractéristiques lors de la décharge Gilles MARTIN - HEL - IS - Chapitre 0 : Introduction et rappel 26
