Applications des Composants Passifs dans les Circuits | Sciences de l'Ingénieur 1ère
Introduction
Découvrez les applications concrètes des composants passifs dans les circuits électriques
Applications des résistances
Utilisations pratiques
Les résistances sont utilisées pour limiter le courant dans un circuit afin de protéger les composants sensibles.
Par exemple, dans un circuit avec une LED, une résistance en série limite le courant pour éviter la destruction de la diode.
La loi d'Ohm permet de déterminer la valeur de la résistance nécessaire : R = (Usource - ULED) / ILED.
Deux résistances en série forment un diviseur de tension :
Cette configuration est utilisée pour adapter les niveaux de tension dans les circuits électroniques.
Elle est couramment utilisée dans les circuits d'interface, les capteurs et les alimentations.
Applications des condensateurs
Fonctions essentielles
Les condensateurs sont utilisés dans les alimentations pour lisser les tensions redressées.
Le condensateur se charge pendant les pics de tension et se décharge pendant les creux, réduisant ainsi les variations de tension (ondulation).
La capacité nécessaire dépend du courant de charge et de la fréquence de redressement.
Les condensateurs de découplage sont placés près des circuits intégrés pour :
- Fournir une source locale d'énergie
- Réduire les bruits et interférences
- Stabiliser les tensions d'alimentation
- Protéger contre les variations rapides de courant
Ils sont généralement de faibles valeurs (0.1 µF à 10 µF) et sont placés directement entre Vcc et GND.
Applications des inductances
Rôles dans les circuits
Les inductances sont utilisées pour filtrer les signaux hautes fréquences dans les circuits.
Elles présentent une impédance élevée aux hautes fréquences, bloquant les signaux parasites.
Elles sont utilisées dans les alimentations à découpage, les circuits RF et les filtres passifs.
Deux bobines couplées magnétiquement forment un transformateur :
- Permettent l'adaptation d'impédance
- Permettent l'isolement galvanique
- Transfèrent l'énergie entre circuits sans liaison électrique directe
- Utilisés dans les alimentations, les amplificateurs et les transmissions
Le rapport de transformation est donné par : U₂/U₁ = N₂/N₁ = I₁/I₂
Circuits RLC
Comportement oscillant
Un circuit RLC série présente une résonance à une fréquence particulière :
À la résonance, l'impédance du circuit est minimale et égale à la résistance R.
Le courant est maximal et les tensions aux bornes du condensateur et de l'inductance peuvent être très supérieures à la tension d'entrée.
- Sélection de fréquence dans les récepteurs radio
- Filtrage dans les circuits électroniques
- Génération de signaux sinusoïdaux
- Compensation de réactance dans les réseaux électriques
La bande passante dépend de la qualité du circuit, caractérisée par le facteur de qualité Q = f₀ / Δf.
Filtres électroniques
Sélection de fréquences
Un filtre passe-bas RC atténue les fréquences élevées :
La fréquence de coupure est donnée par : fc = 1 / (2πRC)
Il est utilisé pour lisser les signaux, supprimer les bruits hautes fréquences et dans les intégrateurs.
Un filtre passe-haut CR atténue les basses fréquences :
Il bloque la composante continue et ne laisse passer que les hautes fréquences.
Utilisé pour couper les composantes continues, dans les circuits AC et pour les dérivateurs.
Amplificateurs opérationnels avec composants passifs
Montages fondamentaux
Un amplificateur opérationnel avec une résistance d'entrée R₁ et une résistance de réaction R₂ :
Le gain est négatif, ce qui signifie que la sortie est en opposition de phase avec l'entrée.
Le point virtuel est à la masse, et l'impédance d'entrée est R₁.
Un amplificateur inverseur avec un condensateur dans la boucle de réaction :
Ce montage réalise une intégration temporelle du signal d'entrée.
Utilisé dans les circuits de traitement de signal, les générateurs de rampe et les systèmes de commande.
Exercice d'application
Problème de circuit
Un circuit est composé d'une source de tension sinusoïdale de 10 V à 1 kHz, d'une résistance de 100 Ω, d'un condensateur de 1 µF et d'une inductance de 10 mH connectés en série.
1. Calculez l'impédance totale du circuit.
2. Calculez le courant efficace dans le circuit.
3. Calculez la puissance active dissipée dans la résistance.
4. Déterminez si le circuit est capacitif ou inductif à cette fréquence.
Solution de l'exercice
Correction détaillée
Données : R = 100 Ω, C = 1 µF, L = 10 mH, f = 1 kHz
Réactance capacitive : Xc = 1/(2πfC) = 1/(2π × 1000 × 10⁻⁶) = 159,15 Ω
Réactance inductive : XL = 2πfL = 2π × 1000 × 0,01 = 62,83 Ω
Impédance totale : Z = √(R² + (XL - Xc)²) = √(100² + (62,83 - 159,15)²) = √(100² + (-96,32)²) = √(10000 + 9277,54) = √19277,54 = 138,84 Ω
I = U / Z = 10 / 138,84 = 0,072 A = 72 mA
Le courant efficace dans le circuit est de 72 milliampères.
P = R × I² = 100 × (0,072)² = 100 × 0,005184 = 0,518 W
La puissance active dissipée dans la résistance est de 0,518 watts.
Xc = 159,15 Ω et XL = 62,83 Ω
Comme Xc > XL, le circuit est capacitif à cette fréquence.
Le courant est en avance sur la tension de φ = arctan((XL - Xc)/R) = arctan(-96,32/100) = -43,8°
Résumé
Points clés
- Limitation de courant
- Diviseur de tension
- Terminaison d'impédance
- Protection des composants
- Lissage des tensions
- Découplage
- Filtrage
- Stockage d'énergie
- Filtrage d'onde
- Transformateurs
- Résonance
- Stockage d'énergie magnétique
Conclusion
Félicitations !
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