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Introduction :
Dans ce cours, nous allons continuer de découvrir les composants élémentaires d’un circuit électrique.
Après le générateur, la résistance et le condensateur, nous nous intéressons maintenant à l’inductance, à la diode et au transistor.
L’inductance
Un courant, lorsqu’il traverse un circuit, crée un champ magnétique.
Ce flux magnétique est proportionnel au courant et à l’inductance.
Inductance (grandeur physique) :
L’inductance , exprimée en henry (), d’un circuit est le quotient du flux magnétique , en weber (), par l’intensité du courant , en ampère (), qui le traverse :
De la même façon que le composant électrique utilisé pour sa résistance électrique s’appelle « résistance », un composant utilisé pour son inductance est une « inductance ».
Inductance (composant) :
On appelle inductance tous les dipôles, tels qu’une bobine ou une self, qui, lorsqu’ils sont parcourus par un courant électrique, créent un champ magnétique.
L’inductance se représente de cette façon :
Il existe également une relation entre le flux magnétique et la tension (équation de Lenz) :
Le signe négatif s’explique par la loi de Lenz : la f.é.m. induite tend par ses conséquences à s'opposer à la cause qui lui a donné naissance (la variation du flux donc).
En faisant le lien entre les deux formules précédentes, on obtient :
On retrouve l’inductance dans les bobines des transformateurs pour abaisser ou élever la tension ou le courant.
Dans un télérupteur ou un contacteur, la bobine permet de générer un champ magnétique pour déplacer un contact électrique.
Dans les alimentations, l’inductance permet de lisser le courant.
Enfin, le bobinage des moteurs électriques permet de les faire tourner.
Faisons les mesures du courant circulant dans la bobine d’un contacteur et de la tension à ses bornes.
Avec l’oscilloscope numérique, on observe la forme des signaux dans le temps. On constate que la bobine (inductance) du contacteur a décalé dans le temps le courant par rapport à la tension (prise comme référence).
est en retard de par rapport à lorsque le récepteur est purement inductif (inductance parfaite).
Représentation de Fresnel :
La représentation de Fresnel du courant et de la tension de l’inductance est :
De la même façon que pour le condensateur, on parlera d’impédance de l’inductance, notée et exprimée en ohm ().
Avec :
La diode
Présentation de la diode
Une diode est un dipôle semi-conducteur, qui a pour rôle principal de laisser passer le courant électrique seulement dans un sens.
Une diode se représente avec le symbole ci-dessous :
Ce composant possède deux électrodes. Pour repérer le sens d’une diode, on désigne l’anode (A) et la cathode (K).
La diode est un élément essentiel dans les montages électroniques et électriques.
La diode en courant continu
Pour comprendre le principe de fonctionnement d’une diode, nous allons nous intéresser à deux utilisations.
Sur le schéma situé à gauche, la diode est raccordée de façon à relier l’anode de la diode sur la borne du générateur.
En revanche, dans le raccordement du schéma de droite, la diode a sa cathode reliée sur la borne du générateur.
Pour que la diode soit passante, il faut que le potentiel de l’anode soit supérieur au potentiel de la cathode, avec un seuil de polarisation qui dépend du semi-conducteur (, par exemple, pour une diode au silicium).
Sur la caractéristique de la diode ci-dessus, on constate les éléments suivants :
La diode en courant alternatif
Pour comprendre comment se comporte la diode en courant alternatif, nous allons prendre le cas d’un redressement mono-alternance, qui est l'un des composants constituant notre chargeur de smartphone.
On peut observer qu’une seule alternance de tension est transmise au récepteur. La tension aux bornes du récepteur est diminuée d’environ , correspondant au seuil de polarisation pour rendre la diode passante.
La seconde alternance négative n’est pas transmise au récepteur, car elle est négative et la diode est bloquée sur cette demi-période.
La diode est utilisée dans les alimentations à courant continu. En effet, une diode, lorsqu’elle est correctement utilisée, assure le redressement d’une demi-période du signal alternatif.
Pour réaliser le redressement complet de la période, on peut utiliser un pont de Graetz constitué de diodes afin d’obtenir deux alternances positives.
Le transistor
Présentation du transistor
Le transistor est l’un des composants qui ont bouleversé le monde de l’électronique.
Un transistor bipolaire est un composant actif qui possède pattes ou connexions repérées : collecteur (C), émetteur (E) et base (B).
Le transistor est un interrupteur commandé par sa base.
Le transistor en régime de saturation
Le transistor est un composant semi-conducteur qui, lorsqu’il est utilisé en régime de saturation, assure une fonction de commande (commutation).
Le transistor possède donc deux états.
Lorsque l’on applique un potentiel sur la base du transistor (tension de seuil), un courant passe dans la base, noté . Le transistor devient alors passant et un courant peut circuler par le collecteur () et l’émetteur (), alimentant ainsi la lampe .
Cette addition correspond à la loi des nœuds, que nous aborderons dans le prochain cours.
On peut utiliser un transistor pour commander un récepteur puissant, nécessitant une intensité de fonctionnement élevée, que ne pourraient pas fournir un capteur ou un détecteur.
Le transistor sert donc d’interface pour alimenter en puissance le récepteur (circuit de puissance), car le capteur ou le détecteur donnant les ordres de commande (circuit de commande) n’est pas capable de fournir l’énergie suffisante.
Conclusion :
Dans les deux derniers cours, nous avons vu les principaux composants élémentaires qui se retrouvent dans la majorité de nos appareils électriques.
Nous avons découvert, ou redécouvert, le principe du générateur, l’effet Joule sur les résistances, les conséquences d’utiliser un condensateur ou une inductance dans un circuit électrique.
Nous avons pu voir également des composants utilisés en électronique de puissance, tels que la diode et le transistor pour commander un montage électrique.
Ainsi, dans le prochain cours, nous allons découvrir les outils d’étude qui permettront de simplifier et de schématiser un circuit électrique, pour résoudre certains problèmes complexes.