Tous les matériaux sont composés d’atomes, et tous les atomes sont constitués de protons, de neutrons et d’électrons. Les protons ont une charge électrique positive. Les neutrons n’ont aucune charge électrique (ils sont neutres), tandis que les électrons ont une charge électrique négative. Les atomes sont liés ensemble par des forces d’attraction puissantes existant entre le noyau de l’atome et les électrons de sa couche externe.

Lorsque ces protons, neutrons et électrons sont ensemble dans l’atome, ils sont heureux et stables. Mais si nous les séparons les uns des autres, ils veulent se reformer et commencent à exercer un potentiel d’attraction appelé différence de potentiel.

Maintenant, si nous créons un circuit fermé, ces électrons libres commenceront à se déplacer et à dériver vers les protons en raison de leur attraction, créant ainsi un flux d’électrons. Ce flux d’électrons est appelé un courant électrique. Les électrons ne circulent pas librement dans le circuit, car le matériau à travers lequel ils se déplacent crée une restriction au flux d’électrons. Cette restriction est appelée résistance.

Ensuite, tous les circuits électriques ou électroniques de base se composent de trois quantités électriques distinctes mais très liées appelées : tension, ( v ), courant, ( i ) et résistance, ( Ω ).

Tension Électrique

Dans la théorie des circuits DC, la tension, ( V ) est l’énergie potentielle d’une source électrique stockée sous la forme d’une charge électrique. La tension peut être considérée comme la force qui pousse les électrons à travers un conducteur ; plus la tension est grande, plus sa capacité à “pousser” les électrons à travers un circuit donné est importante.

Comme l’énergie a la capacité de travailler, cette énergie potentielle peut être décrite comme le travail nécessaire en joules pour déplacer les électrons sous forme de courant électrique autour d’un circuit d’un point ou d’un nœud à un autre.

Alors, la différence de tension entre deux points, connexions ou jonctions (appelés nœuds) dans un circuit est connue sous le nom de différence de potentiel, (d.p.) communément appelée chute de tension.

La différence de potentiel entre deux points est mesurée en volts avec le symbole de circuit V, ou en minuscule “v“, bien que énergie, E en minuscule “e” soit parfois utilisée pour indiquer une force électromotrice générée (emf). Plus la tension est élevée, plus la pression (ou force de poussée) est grande et plus la capacité à effectuer un travail est également grande.

Une source de tension qui est inchangée et constante dans le temps est appelée tension continue. Alors qu’une source de tension qui varie périodiquement en amplitude au fil du temps est appelée tension alternative. Que ce soit une source AC ou DC, la tension est mesurée en volts, un volt étant défini comme la pression électrique nécessaire pour forcer un courant électrique d’un ampère à travers une résistance d’un ohm.

Alors que les tensions se expriment généralement en volts, des préfixes sont utilisés pour indiquer des sous-multiples de la tension présente, tels que microvolts ( μV = 10^-6 V ), millivolts ( mV = 10^-3 V ) ou kilovolts ( kV = 10³ V ). Notez que la tension peut être soit positive soit négative en amplitude.

Les batteries, les alimentations ou les cellules solaires produisent une source de tension DC d’une valeur et d’une polarité fixes. Par exemple, 5v, 12v, -9v, etc. Les sources de tension AC, en revanche, comme celles disponibles pour les maisons, les bureaux et les applications industrielles, ont une valeur liée à l’énergie qu’elles fournissent. La tension et la fréquence du courant alternatif (AC) utilisé dans les maisons sont typiquement de 230 volts AC (230V) au Royaume-Uni et de 110 volts AC (110V) aux États-Unis.

Les circuits électroniques généraux fonctionnent avec des alimentations de batterie à basse tension de 1,5 V à 24 V DC. Le symbole de circuit pour une source de tension constante est généralement donné sous forme d’un symbole de batterie avec un signe positif, +, et un signe négatif, – indiquant la direction de la polarité. Le symbole de circuit pour une source de tension alternative est un cercle avec une onde sinusoïdale à l’intérieur.

Symboles de Tension

Une relation simple peut être faite entre un réservoir d’eau et une source de tension. Plus le réservoir d’eau est élevé au-dessus de la sortie, plus la pression de l’eau est importante, car plus d’énergie est libérée ; plus la tension est élevée, plus l’énergie potentielle est grande, car plus d’électrons sont libérés.

La tension est toujours mesurée comme la différence entre deux points quelconques d’un circuit, et la tension entre ces deux points est généralement appelée la “chute de tension“. Notez que la tension peut exister à travers un circuit sans courant, mais le courant ne peut pas exister sans tension ; ainsi, toute source de tension, qu’elle soit DC ou AC, aime un état de circuit ouvert ou semi-ouvert mais déteste toute condition de court-circuit, car cela peut la détruire.

Cours Électrique

Dans la théorie des circuits DC, le courant électrique, ( I ) est le mouvement ou le flux de charge électrique, et est mesuré en ampères, symbole i, pour intensité. Il s’agit de l’écoulement continu et uniforme (appelé une dérive) d’électrons (les particules négatives d’un atome) autour d’un circuit qui sont “poussés” par la source de tension. En réalité, les électrons s’écoulent du terminal négatif (–ve) au terminal positif (+ve) de l’alimentation. Pour faciliter la compréhension du circuit, le flux de courant conventionnel suppose que le courant s’écoule du positif vers le négatif.

Généralement, dans les schémas de circuits, le flux de courant à travers le circuit a habituellement une flèche associée au symbole, I, ou la minuscule i pour indiquer la véritable direction du flux de courant. Cependant, cette flèche indique généralement la direction du courant conventionnel et non nécessairement celle du flux réel.

Flux de Courant Conventionnel

Conventionnellement, il s’agit de l’écoulement de charge positive autour d’un circuit, allant du positif au négatif. Le diagramme à gauche montre le mouvement de la charge positive (trous) autour d’un circuit fermé, s’écoulant du terminal positif de la batterie, à travers le circuit, et retourne au terminal négatif de la batterie. Ce flux de courant du positif au négatif est généralement connu sous le nom de flux de courant conventionnel.

C’était la convention choisie lors de la découverte de l’électricité, dans laquelle la direction du courant électrique était supposée s’écouler dans un circuit. Pour poursuivre cette ligne de pensée, dans tous les schémas de circuits, les flèches montrées sur les symboles pour les composants tels que les diodes et les transistors pointent dans la direction du flux de courant conventionnel.

Le flux de courant conventionnel fournit donc le flux de courant électrique du positif au négatif, ce qui est en opposition à la direction du flux réel des électrons.

Flux d’Électrons

Le flux d’électrons autour du circuit est opposé à la direction du flux de courant conventionnel, allant du négatif au positif. Le courant réel circulant dans un circuit électrique est composé d’électrons qui s’écoulent du pôle négatif de la batterie (le cathode) et retournent au pôle positif (l’anode) de la batterie.

Cela est dû au fait que la charge d’un électron est négative par définition et est donc attirée par le terminal positif. Ce flux d’électrons est appelé flux de courant d’électrons. Par conséquent, les électrons s’écoulent réellement autour d’un circuit du terminal négatif au terminal positif.

Tant le flux de courant conventionnel que le flux d’électrons sont utilisés par de nombreux manuels. En fait, il n’est pas important dans quelle direction le courant circule autour du circuit tant que la direction est utilisée de manière cohérente. La direction du flux de courant n’affecte pas ce que le courant fait dans le circuit. En général, il est beaucoup plus facile de comprendre le flux de courant conventionnel – du positif au négatif.

Dans les circuits électroniques, une source de courant est un élément de circuit qui fournit une quantité spécifiée de courant. Par exemple, 1A, 5A, ou 10 Ampères, etc., le symbole de circuit pour une source de courant constante étant donné sous la forme d’un cercle avec une flèche à l’intérieur indiquant sa direction.

Le courant est mesuré en ampères et un ampère ou ampère est défini comme le nombre d’électrons ou de charge (Q en Coulombs) passant un certain point dans le circuit en une seconde, (t en secondes).

Le courant électrique est généralement exprimé en ampères avec des préfixes utilisés pour désigner les microampères ( μA = 10^-6A ) ou les milliampères ( mA = 10^-3A ). Notez que le courant électrique peut être soit positif en valeur soit négatif en valeur en fonction de sa direction d’écoulement autour du circuit.

Le courant qui circule dans une seule direction est appelé courant direct, ou DC, et le courant qui change de direction à travers le circuit est connu sous le nom de courant alternatif, ou AC. Que ce soit un courant AC ou DC, il ne circule à travers un circuit que lorsque une source de tension lui est connectée, son “flux” étant limité à la fois par la résistance du circuit et la source de tension qui le pousse.

De plus, comme les courants alternatifs (et les tensions) sont périodiques et varient avec le temps, la valeur “effective” ou “RMS” (Root Mean Squared), donnée comme I_rms, produit la même perte de puissance moyenne équivalente à un courant DC I_average. Les sources de courant sont opposées aux sources de tension, car elles aiment les conditions de court-circuit ou de circuit fermé, mais détestent les conditions de circuit ouvert, car aucun courant ne circulera.

En utilisant la relation avec le réservoir d’eau, le courant est l’équivalent du flux d’eau à travers le tuyau, avec un flux étant le même tout au long du tuyau. Plus le flux d’eau est rapide, plus le courant est élevé. Notez que le courant ne peut pas exister sans tension, donc toute source de courant, qu’elle soit DC ou AC, aime un état de court-circuit ou semi-court-circuit, mais déteste tout état de circuit ouvert, car cela l’empêche de circuler.

Théorie de Résistance des Circuits DC

La résistance, ( R ) est la capacité d’un matériau à résister ou à empêcher le flux de courant ou, plus précisément, le flux de charge électrique dans un circuit. L’élément de circuit qui fait cela parfaitement est appelé “Résistor”.

La résistance est un élément de circuit mesuré en ohms, symbole grec ( Ω, Oméga ) avec des préfixes utilisés pour désigner les Kilo-ohms ( kΩ = 10³Ω ) et Mega-ohms ( MΩ = 10⁶Ω ). Notez que la résistance ne peut pas avoir une valeur négative, seulement positive.

Symbole du Résistor en Théorie des Circuits DC

La quantité de résistance qu’un résistateur possède est déterminée par la relation entre le courant qui le traverse et la tension qui le traverse, ce qui détermine si l’élément de circuit est un “bon conducteur” – faible résistance, ou un “mauvais conducteur” – haute résistance. Une faible résistance, par exemple 1Ω ou moins, implique que le circuit est un bon conducteur fabriqué à partir de matériaux tels que le cuivre, l’aluminium ou le carbone, tandis qu’une haute résistance, 1MΩ ou plus, implique que le circuit est un mauvais conducteur fabriqué à partir de matériaux isolants tels que le verre, la porcelaine ou le plastique.

Un “semi-conducteur”, en revanche, tel que le silicium ou le germanium, est un matériau dont la résistance se situe à mi-chemin entre celle d’un bon conducteur et celle d’un bon isolant. D’où le nom de “semi-conducteur”. Les semi-conducteurs sont utilisés pour fabriquer des diodes et des transistors, etc.

La résistance peut être linéaire ou non linéaire par nature, mais jamais négative. La résistance linéaire obéit à la loi d’Ohm alors que la tension à travers le résistateur est linéairement proportionnelle au courant qui le traverse. La résistance non linéaire ne respecte pas la loi d’Ohm, mais a une chute de tension à travers elle qui est proportionnelle à une certaine puissance du courant.

La résistance est pure et n’est pas affectée par la fréquence, l’impédance AC d’une résistance étant égale à sa résistance DC et, en conséquence, ne pouvant pas être négative. Rappelez-vous qu’un résistateur est un composant électrique, tandis que la résistance est la pente de la ligne droite définie par la loi d’Ohm, et donc la résistance est toujours positive, et jamais négative.

Un résistateur est classé comme un élément de circuit passif et, en tant que tel, ne peut pas fournir d’énergie ou stocker de l’énergie. Au lieu de cela, les résistateurs absorbent l’énergie qui se manifeste sous la forme de chaleur et de lumière. L’énergie dans une résistance est toujours positive, indépendamment de la polarité de la tension et de la direction du courant.

Pour les valeurs de résistance très faibles, par exemple les milli-ohms, ( mΩ ), il est parfois beaucoup plus facile d’utiliser le réciproque de la résistance ( 1/R ) plutôt que la résistance elle-même ( R ). Le réciproque de la résistance est appelé conductance, symbole ( G ) et représente la capacité d’un conducteur ou d’un dispositif à conduire l’électricité.

En d’autres termes, la facilité avec laquelle le courant circule, et nous pouvons également présenter le flux de courant comme étant : i = 1/R * v = Gv. Ainsi, de fortes valeurs de conductance impliquent un bon conducteur comme le cuivre, tandis que de faibles valeurs de conductance impliquent un mauvais conducteur comme le bois. L’unité standard de mesure donnée pour la conductance est le Siemens, symbole (S).

L’unité utilisée pour la conductance est le mho (ohm écrit à l’envers), qui est symbolisé par un symbole d’Ohm inversé ℧. La puissance peut également être exprimée utilisant la conductance : p = i²/G = v²G.

La relation entre tension, ( v ) et courant, ( i ) dans un circuit de résistance constante, ( R ) produirait une relation droite i-v avec une pente égale à la valeur de la résistance comme indiquée.

Résumé de la Théorie des Circuits DC

Espérons qu’à présent vous ayez une idée de la théorie des circuits DC et comment la tension, courant, et résistance sont étroitement liées. La relation entre tension, courant, et résistance forme la base de la loi d’Ohm. Dans un circuit linéaire de résistance fixe, si nous augmentons la tension, le courant augmente ; et inversement, si nous diminuons la tension, le courant diminue. Cela signifie que si la tension est élevée, le courant est élevé ; et si la tension est faible, le courant est faible.

Pareillement, si nous augmentons la résistance, le courant diminue pour une tension donnée et si nous diminuons la résistance, le courant augmente. Ce qui signifie que si la résistance est élevée, le courant est faible et si la résistance est faible, le courant est élevé.

Nous pouvons voir que le flux de courant autour d’un circuit est directement proportionnel ( ∝ ) à la tension, ( V↑ cause I↑ ), mais inversement proportionnel ( 1/∝ ) à la résistance, car ( R↑ cause I↓ ).

Un résumé de base des trois unités est donné ci-dessous.

• La tension ou différence de potentiel est la mesure de l’énergie potentielle entre deux points dans un circuit et est communément appelée sa “ chute de volt ”.
• Lorsqu’une source de tension est connectée à un circuit en boucle fermé, la tension produira un courant circulant autour du circuit.
• Dans les sources de tension DC, les symboles +ve (positif) et −ve (négatif) sont utilisés pour désigner la polarité de l’alimentation.
• La tension est mesurée en volts et a le symbole V pour la tension ou E pour l’énergie électrique.
• Le flux de courant est une combinaison du flux d’électrons et du flux de trous à travers un circuit.
• Le courant est le flux continu et uniforme de charge autour du circuit et est mesuré en ampères ou amps et a le symbole I.
• Le courant est directement proportionnel à la tension ( I ∝ V )
• La valeur effective (rms) d’un courant alternatif a la même perte de puissance moyenne équivalente à un courant direct circulant à travers un élément résistif.
• La résistance est l’opposition au courant circulant autour d’un circuit.
• Des valeurs faibles de résistance impliquent un conducteur et des valeurs élevées de résistance impliquent un isolant.
• Le courant est inversement proportionnel à la résistance ( I 1/∝ R )
• La résistance est mesurée en ohms et a le symbole grec Ω ou la lettre R.

Dans le prochain tutoriel sur la théorie des circuits DC, nous examinerons la loi d’Ohm, qui est une équation mathématique expliquant la relation entre la tension, le courant, et la résistance dans les circuits électriques et qui est la base de l’électronique et de l’ingénierie électrique. La loi d’Ohm est définie comme : V = I*R.