Alors, qu’est-ce que les dispositifs passifs ? Les dispositifs passifs ou composants ne génèrent pas d’énergie, mais peuvent l’emmagasiner ou la dissiper. Les dispositifs passifs sont les principaux composants utilisés en électronique tels que les résistances, les inducteurs, les condensateurs et les transformateurs, qui ensemble sont nécessaires pour construire tout circuit électrique ou électronique.

Comme leur nom l’indique, les composants passifs sont des composants électriques qui ne nécessitent aucune forme d’énergie électrique pour fonctionner, contrairement aux « dispositifs actifs » tels que les transistors, les amplificateurs opérationnels et les circuits intégrés, qui doivent être alimentés d’une manière ou d’une autre pour fonctionner.

Étant passifs, les dispositifs passifs ne fournissent pas de gain, d’amplification ou de directionnalité à un circuit, mais plutôt une atténuation, car ils ont toujours un gain inférieur à un, unité. Par conséquent, les dispositifs passifs ne peuvent pas générer, osciller ou amplifier un signal électrique.

Les dispositifs passifs peuvent être utilisés individuellement ou connectés ensemble dans un circuit, soit en série, soit en parallèle, pour contrôler des circuits ou des signaux complexes, produire un décalage de phase au signal ou fournir une forme de rétroaction, mais ils ne peuvent pas multiplier un signal par plus d’un car ils n’ont pas de gain de puissance.

En fait, les dispositifs passifs consomment de l’énergie dans un circuit électrique ou électronique car ils agissent comme des atténuateurs, contrairement aux éléments actifs qui génèrent ou fournissent de l’énergie à un circuit.

Les valeurs des composants des dispositifs passifs comme la résistance en Ohms ou la capacité en Farads sont toujours positives (c’est-à-dire, >0) et jamais négatives bien que certains composants puissent avoir un coefficient négatif.

Les dispositifs passifs sont des composants bidirectionnels, c’est-à-dire qu’ils peuvent être connectés dans n’importe quel sens dans un circuit, sauf s’ils ont un marquage de polarité spécifique, comme les condensateurs électrolytiques. La polarité de la tension qui les traverse est déterminée par le flux de courant conventionnel allant de la borne positive à la borne négative.

Dans la théorie des circuits électriques et l’analyse des circuits, les dispositifs passifs sont généralement appelés éléments électriques. Jetons un bref coup d’œil à trois des éléments passifs de base les plus courants, à savoir la résistance, la capacité et l’inductance.

La résistance est un composant passif qui s’oppose au flux de courant électrique à travers elle. Le montant de l’opposition au flux de courant est appelé la résistance du résistor et est noté par le symbole “R“. La résistance est une mesure de la facilité avec laquelle ou de la difficulté avec laquelle les électrons peuvent circuler à travers un chemin particulier dans un circuit électrique et est exprimée en unités appelées Ohms.

Un Ohm est la valeur de la résistance qui se manifeste lorsqu’un courant d’un ampère circule à travers un résistor qui a une tension d’un volt à ses bornes. La résistance d’un résistor peut alors être définie en termes de chute de tension à travers le résistor et du courant circulant à travers le résistor, comme le définit la loi d’Ohm :

Résistor

Où : R est la résistance, V est la tension à travers le résistor, et I est le courant circulant à travers le résistor. Cette relation entre la tension et le courant, appelée relation V-I dans un résistor, est linéaire tant dans les circuits CC que CA.

La puissance absorbée par un résistor est représentée par :

Un résistor idéal dissipe l’énergie électrique sans l’emmagasiner sous forme de charge électrique ou d’énergie magnétique.

Inductance, symbolisée par “L” et mesurée en Henrys (H), est l’élément utilisé pour le stockage d’énergie sous forme de champ électromagnétique. L’énergie électromagnétique est emmagasinée dans les spires d’une bobine tant qu’un courant variable dans le temps i(t) continue de circuler à travers l’inducteur.

L’auto-inductance, L, est la propriété d’un inducteur qui s’oppose à tout changement de courant, comme défini par la constante de proportionnalité avec la tension générée dans la bobine, étant proportionnelle à la vitesse de changement du courant qui y circule par rapport au temps.

Inducteur

Un inducteur est un autre dispositif passif qui peut stocker ou délivrer de l’énergie, mais ne peut pas la générer. Un inducteur idéal est sans pertes, ce qui signifie qu’il peut stocker de l’énergie indéfiniment car aucune énergie n’est perdue sous forme de chaleur. Les inducteurs présentent un chemin à faible impédance pour le courant CC et un chemin à haute impédance pour le courant CA.

L’impédance d’un inducteur, appelée réactance inductive, varie avec la fréquence et dans un inducteur idéal, le courant de l’onde sinusoïdale CA lag les tensions de 90^o.

Nous pouvons alors définir l’inductance, L, comme la mesure de la “résistance” d’un inducteur au changement de courant, plus la valeur de L est grande, plus la vitesse de changement du courant est faible. Comme la résistance, l’inductance est toujours une valeur positive.

Notre dernier dispositif passif est le condensateur. Contrairement à l’inducteur qui stocke son énergie de manière magnétique, un condensateur stocke son énergie électrostatiquement sous forme de charge sur ses plaques. Un condensateur est composé de deux ou plusieurs plaques conductrices séparées par un matériau diélectrique.

La capacité, “C” est la propriété d’un condensateur qui s’oppose à tout changement de la tension qui le traverse, comme défini par la constante de proportionnalité, le courant qui y circule étant proportionnel à la vitesse de changement de la tension à travers lui par rapport au temps.

Condensateur

La capacité d’un condensateur à plaques parallèles est le ratio de la quantité de charge, Q stockée sur ses plaques à la tension, V à travers ses plaques et est mesurée en Farads, symbole (C), c’est-à-dire, C=Q/V. Les condensateurs présentent un chemin à faible impédance pour les signaux CA mais bloqueront le CC.

L’impédance d’un condensateur, appelée réactance capacitive, varie avec la fréquence et dans un condensateur idéal, la tension de l’onde sinusoïdale CA retardera le courant de 90^o. Tout comme la résistance, la capacité est toujours une valeur positive.

Pour des circuits simples avec un seul composant passif, soit une résistance, un inducteur ou un condensateur, nous pouvons résumer leurs caractéristiques comme suit :

Éléments de circuit passifs

Où : X_L représente la réactance inductive et X_C représente la réactance capacitive d’un circuit CA.