fstm deust mip_e141_cee_chap_i_généralités

39
Cours exposé FSTM : DEUST - MIP E 141 : Circuits Électriques et Électroniques email : nasser_baghdad @ yahoo.fr UNIVERSITE HASSAN II CASABLANCA FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES MOHAMMEDIA DEUST - MIP MODULE : E 141 CIRCUITS ÉLECTRIQUES ET ÉLECTRONIQUES PR . A. BAGHDAD - DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE Pr . A. BAGHDAD 1

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Cours exposé

FSTM : DEUST - MIP E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

email : nasser_baghdad @ yahoo.fr

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Pr . A. BAGHDAD 1

FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 2 E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

Contenu du programme

Chapitre I : Généralités

Chapitre II : Régime continu

Chapitre III : Régime alternatif sinusoïdal

Chapitre IV : Les quadripôles

Chapitre V : Les filtres passifs

Chapitre VI : Les diodes

Chapitre VII : Le transistor bipolaire

Chapitre VIII : L’amplificateur opérationnel

Partie A Circuits électriques

Partie B Circuits électroniques

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 3

Chapitre I

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 4

I. Courant électrique

II. Tension électrique

III. Relation entre courant et tension

IV. Puissance et énergie électrique

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Sommaire

FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 5

L’ Électrocinétique est la partie de l’ Électricité qui étudie les courants électriques.

Électricité

Électrostatique Électromagnétisme Électrocinétique

Charges au repos conducteurs Isolants

Charges en mouvement Câbles dénudés

Charges en mouvement Câbles blindés

E

BVetI

circuits électriques

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 6

L’électricité est l'effet du déplacement de particules chargées, à l’intérieur d'un

« conducteur », sous l'effet d'une différence de potentiel aux extrémités de ce

conducteur.

électrons

+ -

U = VA - VB

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 7

Un circuit électrique est un ensemble simple ou complexe de conducteurs et de

composants électriques ou électroniques parcourus par un courant électrique.

L'étude électrocinétique d'un circuit électrique consiste à déterminer, à chaque

endroit, l'intensité du courant et la tension.

On utilise pour cela les caractéristiques des composants et des lois simples

d'étude de circuits.

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 9

1°) Définitions

2°) Loi des nœuds (1ère loi de Kirchhoff)

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

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D -

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 10

1°) Définitions

Un courant électrique est un mouvement d’ensemble de porteurs de charges

électriques.

Métaux : électrons libres.

Solutions liquides : ions (cations et anions ).

Ccoulombeq 19106,1

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

Charge électrique de l’électron appelé charge élémentaire :

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 11 E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

Le sens conventionnel du courant est le sens inverse du mouvement des électrons

(q < 0) :

sens

conventionnel

électrons

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TEM

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 12

L’intensité du courant électrique i est la quantité d’électricité transportée par unité

de temps.

dq est la quantité d’électricité qui traverse la section du conducteur pendant la

durée dt.

S

CA

dt

dqi

sens conventionnel

électrons S

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 13

Unité sous multiples :

HzyHzyyocto

HzzHzzzepto

HzaHzaatto

HzfHzffemto

HzpHzppico

HznHznnano

HzµHzµmicro

HzmHzmmilli

HzcHzccenti

HzdHzddéci

ExempleSymboleNomtCoefficien

2424

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1818

1515

1212

99

66

33

22

11

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 14

Unité sous multiples : échelle des courants électriques faibles

010

010

10

10

1

12

9

6

3

ApA

AnA

AµA

AmA

AA

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 15

Unité multiples :

HzYHzYyotta

HzZHzZzetta

HzEHzEexa

HzPHzPpéta

HzTHzTtéra

HzGHzGgiga

HzMHzMméga

HzkHzkkilo

HzhHzhhécta

HzdaHzdadéca

ExempleSymboleNomtCoefficien

2424

2121

1818

1515

1212

99

66

33

22

11

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1010

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1010

1010

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 16

Le courant électrique est symbolisé par une flèche :

Le courant est positif quand on

oriente la flèche du courant dans le

sens conventionnel.

Le signe du courant change, devient

négatif, quand on inverse l’orientation.

sens conventionnel

I

sens conventionnel

I’

Le courant électrique est une grandeur algébrique

'' II

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

D

D

D : est un dipôle élémentaire ou un circuit électrique

D : dipôle

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2°) Loi des nœuds (1ère loi de Kirchhoff)

Un nœud est un point de jonction de plusieurs conducteurs électriques :

La somme des intensités des courants arrivant à un nœud est égale à la somme

des intensités des courants sortant du nœud :

c’est la loi des nœuds

FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 17

42531 iiiii 054321 iiiii

Somme algébrique des courants est nulle courants entrant = courants sortant

i1

i2

i3

i4

nœud

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

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. BA

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D -

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1°) Définitions

2°) Loi des branches (2ème loi de Kirchhoff)

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

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IQU

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. A

. BA

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DA

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TEM

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 20

1°) Définitions

Une tension électrique est une différence de potentiel électrique (ou d.d.p.) :

VA (en V) : potentiel électrique du point A

VB (en V) : potentiel électrique du point B

UAB (en V) : tension électrique (ou d.d.p.) entre les points A et B

A

pile

électrique

B

UAB

BAAB VVU

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

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CTR

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IQU

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. A

. BA

GH

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D -

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TEM

ENT

GEN

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 21

Le potentiel électrique est défini à une constante près. Potentiel de référence.

La référence des potentiels électriques est la « masse électrique ». C’est le « 0 V » :

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

La masse, dans un circuit électrique, est la branche de référence des potentiels électriques. C’est la référence 0 Volt du circuit considéré.

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. BA

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D -

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ENT

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TRIQ

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 22

La tension électrique (ou d.d.p.) est symbolisé par une flèche :

• Extrémité de la flèche de côté + de la source

Le tension est une grandeur algébrique

BAAB UU

A

B

UAB BA VV

A

B

UBA BA VV

0 BAAB VVU

0 ABBA VVU

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

D

D

• Origine de la flèche de côté - de la source

• Extrémité de la flèche de côté - de la source

• Origine de la flèche de côté + de la source

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CTR

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D -

DEP

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GEN

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 23

2°) Loi des branches (2ème loi de Kirchhoff)

La tension totale entre deux points d’un circuit électrique est égale à la somme des

tensions intermédiaires.

UMO

O

N

M

B

A

UON

UAB

UAM

UNB

Source

NBONMOAMAB UUUUU

La tension aux bornes d’un fil électrique est considérée nulle :

ONMOAMABNB UUUUU 0

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

D

R2

R1

I

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LE :

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S É

LEC

TRIQ

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ET

ÉLE

CTR

ON

IQU

ES

PR

. A

. BA

GH

DA

D -

DEP

AR

TEM

ENT

GEN

IE E

LEC

TRIQ

UE

FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 24

Une maille est une branche refermée sur elle-même.

Cas particulier d’une maille :

C’est la loi des mailles

Somme algébrique des tensions est nulle

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

0;0;0;0;0 NBONMOAMBA UUUUU

0 NBONMOAMBA UUUUU

UMO

O

N

M

B

A

UON

UAB

UAM

UNB

Source D

R2

R1 I

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CIE

NC

ES E

T T

ECH

NIQ

UES

MO

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- M

IP –

MO

DU

LE :

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UIT

S É

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ET

ÉLE

CTR

ON

IQU

ES

PR

. A

. BA

GH

DA

D -

DEP

AR

TEM

ENT

GEN

IE E

LEC

TRIQ

UE

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T T

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NIQ

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MO

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D

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MO

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PR

. A

. BA

GH

DA

D -

DEP

AR

TEM

ENT

GEN

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TRIQ

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 26

1°) Loi d’Ohm

2°) Résistance électrique d’un conducteur ohmique

3°) Échelle des résistivités

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. BA

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DA

D -

DEP

AR

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ENT

GEN

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 27

1°) Loi d’Ohm

Dans une résistance électrique, tension et courant sont proportionnels.

Loi d’Ohm en convention récepteur

On parle de convention récepteur quand les orientations du courant et de la tension

sont en sens inverse :

R est la résistance électrique (en ohm).

AViRu

D

i

u

R i

u

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. BA

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DA

D -

DEP

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GEN

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 28

Loi d’Ohm en convention générateur

On parle de convention générateur quand les orientations du courant et de la

tension sont dans le même sens :

iRu

D

i

u

R i

u

La résistance est une grandeur positive.

R est la résistance électrique (en ohm).

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 29

2°) Résistance électrique d’un conducteur ohmique

ℓ : longueur (en m)

S : section (en m²)

ρ : résistivité électrique du conducteur (en Ω×m)

R : résistance (en Ω)

SR

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. A

. BA

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 30

La résistivité dépend de la nature du conducteur et de sa température :

010

TTT T

Tableau

Matériau ρ (résistivité électrique en Ω×m)

à 20 °C

σ =1/ρ (conductivité électrique en Ω-1×m-1)

à 20 °C

α (coefficient de température en K-1)

cuivre 1,7×10 - 8 5,9×10 7 +4×10 - 3

aluminium 2,8×10 - 8 3,6×10 7 +4×10 - 3

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 31

3°) Échelle des résistivités

Remarques :

0

Supraconducteur

Conducteur Semi-conducteur Isolant + ∞

Résistivité

Un supraconducteur a une résistivité nulle (résistance nulle)

Un isolant a une grande résistivité (courant quasi nul)

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. A

. BA

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 33

1°) Puissance électrique

2°) Énergie électrique

3°) Effet Joule

4°) Loi de Joule

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1°) Puissance électrique

La puissance électrique mise en jeu dans un dipôle est :

AVWiup

Dipôle

i

u

Dipôle

i

u

générateur récepteur

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+ -

u > 0 : convention générateur u > 0 : convention récepteur

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FSTM : DEUST - MIP Pr . A. BAGHDAD 35

Dipôle générateur et dipôle récepteur

Exemple :

Un dipôle générateur est un dipôle qui fournit de la puissance électrique.

Cette puissance est consommée par les dipôles récepteurs.

La puissance que fournit le dipôle générateur est : p = u i

La puissance que consomme le dipôle récepteur est : p = u i

sens de transfert de la

puissance électrique

dipôle générateur

dipôle récepteur

i

u

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2°) Énergie électrique

La puissance dérive de l’énergie :

Remarque :

L’énergie électrique s’écrit donc :

Les compteurs d’énergie mesurent l’énergie électrique en kilowatt-heure (kWh).

sJ

Wdt

dEp

dE est l’énergie mise en jeu pendant la durée dt.

dtiudEsoitdtpdE

JkWh 6106,31

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tt

dtiudtpE00

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3°) Effet Joule

Un conducteur parcouru par un courant électrique dégage de la chaleur.

Plus généralement, l’effet Joule se traduit par la conversion d’énergie électrique en

énergie thermique (chaleur).

E 141 : Circuits Électriques et Électroniques

Exemple :

Un dipôle purement résistif est un élément dissipateur de l’énergie par effet Joule.

D

i

u

R i

u

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4°) Loi de Joule

La puissance électrique consommée par une résistance est :

R

uiRiup

22

iRu

R i

u

Dans le cas des conducteurs ohmiques et des résistances, l’énergie électrique

consommée est entièrement transformée en chaleur.

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Fin du chapitre I

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