Pouvoir
L'énergie est la capacité de faire En physique, la loi de conservation de l'énergie stipule que l'énergie ne peut être créée ni détruite. L'énergie est détruite (par des moyens naturels). Cependant, elle peut être convertie d'une forme à une autre. Le taux de conversion de l'énergie est appelé puissance, mesuré en joules par seconde, soit en watts (W).
La puissance est calculée en multipliant le courant ( coulombs par seconde) par la tension (joules par coulomb):
Les circuits électroniques nécessitent une source d'énergie. Nous classons ces sources d'énergie en deux grands groupes selon leur fonctionnement.
Source de tension
Les sources de tension maintiennent une différence de potentiel (tension) constante entre leurs deux bornes (points de connexion). Le symbole d'une source de tension est :
Les sources de tension fournissent un courant suffisant au circuit pour maintenir la tension. Idéalement, elles maintiendraient cette tension en toutes circonstances, mais en pratique, c'est impossible. En réalité, les sources de tension sont constituées de circuits électroniques plus complexes (régulateurs LDO, convertisseurs à découpage) ou sont tout simplement des batteries. Dans tous les cas, le circuit présentera un comportement particulier. Il s'agit d'un phénomène où la tension chute lorsque le courant prélevé à la source augmente. Mathématiquement, cela se traduit par la tension idéale (ordonnée à l'origine) et une droite de pente décroissante.
Ceci peut être représenté dans le circuit par une source de tension et une résistance :
La diminution de la tension V lorsque le courant consommé augmente est appelée résistance de sortie (nous y reviendrons dans un prochain article). Idéalement, cette résistance serait nulle.
Source actuelle
De même, une source de courant maintient un courant constant en elle-même. Le symbole d'une source de courant est :
Il maintient un courant constant en ajustant la tension à ses bornes. N'oubliez pas que c'est toujours la tension qui provoque la circulation du courant. Une source de courant contrôle simplement la tension afin de maintenir le courant souhaité. En pratique, les propriétés des semi-conducteurs font que le courant dépend légèrement de la tension du circuit auquel il est connecté. I<sub>s</sub> représente le courant idéal et I<sub>p</sub> les propriétés non idéales du semi-conducteur qui le constitue.
Le peut être représenté par un une source de courant qui fournit le courant idéal, et une résistance (qui dépend de la tension à ses bornes) :
Sources dépendantes
Les sources peuvent être fixes ou dépendre d'une autre valeur du circuit. Il existe 4 types de sources contrôlées :
- Source de tension commandée en tension (VCVS)
- Source de tension contrôlée par courant (CCVS)
- Source de courant commandée en tension (VCCS)
- Source de courant contrôlée (CCCS)
La source de courant commandée la plus courante est la source de courant commandée en tension, car elle est à la base du fonctionnement des transistors. Dans le circuit ci-dessous, nous avons un circuit avec une source de tension fixe et une source de courant décroissante en tension. Déterminez V3. Toutes les résistances sont de 100 Ω.
On y parvient en calculant V2 après avoir déterminé le courant total dans la boucle à l'aide de la loi d'Ohm. Aucun courant ne circule entre les deux moitiés de la boucle ; par conséquent, tout le courant traversant la source de 10 V passe par R1 et R2. L'application de la loi d'Ohm donne :
Ensuite, nous utilisons à nouveau la loi d'Ohm pour trouver V2 :
Nous savons maintenant que le courant dans la source de courant dépendante est :
Enfin, en utilisant la loi d'Ohm, nous pouvons trouver la tension V3 :
À l'avenir, nous verrons que c'est le principe de base du fonctionnement des amplificateurs à transistors.
Dissipation de puissance
Les résistances sont des composants qui absorbent de l'énergie. Lorsque cette énergie est absorbée, elle est convertie en chaleur.
La puissance absorbée par une résistance se calcule à l'aide de la loi d'Ohm. En substituant deux de ses expressions (2) et (3) dans cette loi (1), on obtient deux équations utiles pour le calcul de la puissance.
Dans l'exemple précédent, trouvez la puissance dissipée dans la résistance R3.
Puisque nous connaissons la tension, le courant et la résistance, nous pouvons utiliser trois équations de puissance quelconques.
Puissance maximale admissible
Les résistances sont conçues avec une puissance maximale admissible. Il s'agit de la quantité maximale de puissance que la résistance peut absorber et dissiper sous forme de chaleur sans causer de problème. Si cette limite est dépassée, la résistance risque de griller, provoquant un court-circuit ou un circuit ouvert.
Courts-circuits
Un court-circuit est un chemin de résistance nulle (ou très faible) entre un élément fournissant de l'énergie, comme une source de tension, et la masse, ou entre deux éléments fournissant de l'énergie.
Cela engendrera un courant théoriquement infini, ce qui provoquera la destruction du circuit.
Circuits ouverts
Un circuit ouvert est un chemin interrompu ou volontairement absent, empêchant ainsi tout courant de circuler. Cela peut être avantageux ou non, selon le résultat souhaité.
Exemple 1
Une pile de 9 V (représentée par une source de tension et une résistance en série) possède une résistance interne de 2 Ω et est connectée directement à une résistance de 10 Ω. Quelle est la puissance dissipée par la pile seule ?
On peut calculer le courant en utilisant la loi d'Ohm comme d'habitude (voir le message précédent) :
Nous pouvons maintenant utiliser le courant pour déterminer la quantité d'énergie dissipée par la batterie.
Remarque : Si vous souhaitez utiliser V²/R pour trouver la puissance ou I*V, n'utilisez pas 9 V comme tension, mais calculez plutôt la tension aux bornes de la résistance de 2 Ω.
Exemple 2
Une source de courant non idéale est connectée au réseau de résistances ci-dessous. Déterminez la puissance dissipée par la résistance R3.
À suivre...