Les conducteurs ohmiques et les capteurs électriquesCours

I

La relation tension − intensité

A

La caractéristique d'un dipôle

Caractéristique tension − courant

La caractéristique tension − courant d'un dipôle est la représentation graphique de l'évolution de la tension entre ses bornes en fonction de l'intensité qui le traverse.

La caractéristique tension − courant d'un générateur de tension est la suivante :

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L'évolution de l'intensité qui le traverse en fonction de la tension entre ses bornes s'appelle la caractéristique courant − tension : I = g\left(U\right).

Modéliser la caractéristique d'un dipôle permet de déterminer la relation liant la tension entre ses bornes et l'intensité qui le traverse.

B

Le cas des résistances et des conducteurs ohmiques

La loi d'Ohm relie la tension entre les bornes d'une résistance et l'intensité qui la traverse et traduit la proportionnalité entre ces grandeurs, la valeur de la résistance étant le coefficient de proportionnalité :

U = R \times I

Si une résistance de 150 \Omega  est parcourue par un courant d'intensité de 20 mA, la tension entre ses bornes est :

U = R \times I\\U = 150 \times 20 \cdot 10^{-3}\\U = 3,0 \text{ V}

La caractéristique d'une résistance est une droite qui passe par l'origine, ce qui permet de dire que la tension entre ses bornes et l'intensité qui la traverse sont des grandeurs proportionnelles et que ces grandeurs sont liées par une relation de type linéaire :

U = R \times I

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Conducteur ohmique

Par analogie avec les résistances, on appelle « conducteur ohmique » tout récepteur dont la tension est proportionnelle à l'intensité qui le traverse et qui respecte donc la loi d'Ohm.

Les radiateurs électriques et les lampes sont des conducteurs ohmiques.

C

Le point de fonctionnement

Lorsqu'un générateur alimente un unique récepteur :

  • ils sont parcourus par un courant de même intensité, nommé intensité de fonctionnement I_f ;
  • les tensions entre leurs bornes sont égales, nommées tensions de fonctionnement U_f.
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Point de fonctionnement

Le point de fonctionnement d'un circuit est le point d'intersection des caractéristiques du générateur et du dipôle qu'il alimente. Ses coordonnées P(I_f , U_f) permettent de déterminer l'intensité et la tension de fonctionnement.

On étudie le circuit suivant :

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-

L'intersection des caractéristiques du générateur et de la résistance donne les coordonnées du point de fonctionnement : P(20 mA;6,0 V). On en déduit :

  • l'intensité de fonctionnement : I_f = 20 \text{ mA} ;
  • la tension de fonctionnement : U_f = 6,0 \text{ V}.
II

Les capteurs

A

Définition

Capteur

Un capteur est un dispositif qui, à partir d'une grandeur physique d'entrée E (« mesurande »), fournit une grandeur de sortie S (« réponse »).

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Capteur Grandeur d'entrée Grandeur de sortie
Thermomètre à alcool La température La hauteur du niveau d'alcool
Thermistance La température La résistance électrique
Photorésistance Le flux lumineux La résistance électrique

Photodiode

Le flux lumineux L'intensité électrique

Lorsque la grandeur de sortie est la résistance électrique, on parle de capteur résistif.

La thermistance et la résistance sont des capteurs résistifs.

En vue de rendre utilisable la grandeur de sortie du capteur, il est nécessaire d'inclure celui-ci dans une chaîne de mesure. Il est ainsi possible de mesurer, de représenter la grandeur d'entrée ou d'actionner un dispositif d'après sa valeur, à l'aide d'un microcontrôleur qui peut nécessiter un conditionnement (ou mise en forme) de la grandeur de sortie.

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Couplé à une thermistance, un microcontrôleur peut mettre en route un dispositif de chauffage en fonction de la température mesurée.

B

La courbe d'étalonnage

Courbe d'étalonnage

La courbe d'étalonnage d'un capteur est la représentation graphique de sa grandeur de sortie en fonction de sa grandeur d'entrée.

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La courbe d'étalonnage d'un capteur permet de déterminer la valeur, non accessible, de la grandeur d'entrée à partir de la grandeur de sortie mesurée et d'une lecture graphique.

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Avec la thermistance précédente, si l'on mesure une résistance de 75 \Omega, la température du milieu est de 30 °C.