Les dipôles récepteurs passifs
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• construire point par point la caractéristique d'un dipôle ;
• reconnaître un résistor par l'aspect de sa caractéristique et appliquer la loi d'Ohm ;
• lire la valeur d'une résistance avec le code des couleurs et expliquer le rôle d'un rhéostat ;
• calculer la résistance équivalente d'une association en série, en parallèle ou mixte ;
• appliquer la loi de Joule.
Prérequis : puissance P = U.I, résistance et ohmmètre (chapitres 1 et 2).
Situation de départ
La carte mère d'un ordinateur porte des centaines de petits composants à deux bornes : des dipôles. Beaucoup sont des résistors, marqués d'anneaux de couleur ou d'un code imprimé. Comment un technicien peut-il savoir ce que vaut chacun, et pourquoi ces cartes doivent-elles être refroidies ?
Un récepteur passif transforme toute l'énergie électrique reçue en chaleur (lampe, résistor) ; un récepteur actif en transforme une partie en une autre forme (moteur, électrolyseur). Un dipôle marqué Imax = 1 A et Umax = 6 V supporte au plus P = U.I = 6 W.
I. La caractéristique d'un dipôle
Dans le montage ci-dessous, le rhéostat permet de modifier l'intensité I du courant qui traverse le dipôle D ; l'ampèremètre, en série, mesure I, et le voltmètre, en dérivation, mesure la tension U. Pour chaque position du curseur, on relève le couple (I, U) : il existe une relation entre U et I, qui s'écrit U = f(I) ou I = g(U).
La courbe U = f(I) est la caractéristique intensité-tension du dipôle ; la courbe I = g(U) est sa caractéristique tension-intensité. En retournant le dipôle, on obtient aussi les points où U et I sont négatifs. La caractéristique de tout dipôle passif passe par l'origine.
Un rhéostat est un long fil résistant enroulé, muni d'un curseur : en déplaçant le curseur, on change la longueur de fil traversée par le courant, donc sa résistance, donc l'intensité. Le potentiomètre d'un appareil électronique fonctionne de la même façon.
II. Caractéristiques de quelques dipôles passifs
1. La lampe à incandescence
La caractéristique de la lampe passe par l'origine (dipôle passif), elle est symétrique par rapport à l'origine (dipôle symétrique), mais ce n'est pas une droite : la lampe est un dipôle non linéaire. En effet, quand l'intensité augmente, le filament chauffe (plus de 2000 °C) et sa résistance augmente : la tension croît de plus en plus vite.
2. Le résistor et la loi d'Ohm
Mesures pour un résistor
| I (mA) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|
| U (V) | 0 | 2,2 | 4,4 | 6,6 | 8,8 |
Les points sont alignés sur une droite passant par l'origine, symétrique : le résistor est un dipôle passif linéaire symétrique. U est proportionnelle à I : U = a.I. La pente a, mesurée sur le graphe, est égale à la résistance R lue à l'ohmmètre (ici a = 8,8 / 0,040 = 220 Ω).
La tension U aux bornes d'un résistor est proportionnelle à l'intensité I du courant qui le traverse ; le coefficient de proportionnalité est sa résistance R :
Un résistor de 250 Ω soumis à 6,25 V est traversé par I = U / R = 6,25 / 250 = 0,025 A = 25 mA.
3. La diode
La caractéristique tension-intensité d'une diode passe par l'origine (dipôle passif), mais elle n'est ni rectiligne ni symétrique : la diode est un dipôle non linéaire et dissymétrique. Dans le sens passant, le courant passe dès que la tension dépasse environ 0,6 V ; dans le sens bloquant, il ne passe presque pas (chapitre 4).
Parmi les récepteurs passifs étudiés, seul le résistor est linéaire : on le reconnaît à sa caractéristique rectiligne passant par l'origine. La lampe et la diode sont non linéaires.
III. Déterminer la résistance d'un résistor
• Par la loi d'Ohm : R = U / I, ou par la pente de la caractéristique.
• À l'ohmmètre, le résistor étant hors circuit.
• Par le code des couleurs.
Les résistors des cartes électroniques sont trop petits pour porter une inscription lisible : leur résistance est indiquée par des anneaux de couleur. Le 1er anneau donne le 1er chiffre, le 2e anneau le 2e chiffre, le 3e la puissance de 10 qui multiplie ; le 4e, un peu séparé, donne la tolérance (précision).
| Couleur | Chiffre | Multiplicateur |
|---|---|---|
| noir | 0 | 1 |
| marron | 1 | 10 |
| rouge | 2 | 102 |
| orange | 3 | 103 |
| jaune | 4 | 104 |
| vert | 5 | 105 |
| bleu | 6 | 106 |
| violet | 7 | |
| gris | 8 | |
| blanc | 9 | |
| or | 10-1 ; tolérance 5 % | |
| argent | 10-2 ; tolérance 10 % |
Marron, noir, orange, or : 10 × 103 = 10 kΩ à 5 % près. La vraie valeur est comprise entre 10 000 - 500 = 9 500 Ω et 10 500 Ω.
La tolérance donne l'intervalle de la vraie valeur : un résistor de 290 Ω à 5 % a une résistance comprise entre 290 - 14,5 = 275,5 Ω et 290 + 14,5 = 304,5 Ω.
IV. Associations de résistors
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