Définition d'un circuit électrique simple

Contenu

• Les bases des circuits électriques
• Circuits en série ou en parallèle
• Calcul de la résistance pour un circuit en série
• Calcul de la résistance pour un circuit parallèle
• Comment résoudre un circuit combiné en série et en parallèle
• Autres calculs

Se familiariser avec les bases de l'électronique signifie comprendre les circuits, leur fonctionnement et la façon de calculer des éléments tels que la résistance totale autour de différents types de circuits. Les circuits du monde réel peuvent devenir compliqués, mais vous pouvez les comprendre avec les connaissances de base acquises sur des circuits plus simples et idéalisés.

Les deux principaux types de circuits sont en série et en parallèle. Dans un circuit en série, tous les composants (tels que les résistances) sont disposés en ligne, une seule boucle de fil constituant le circuit. Un circuit parallèle se divise en plusieurs chemins avec un ou plusieurs composants sur chacun. Calculer des circuits en série est facile, mais il est important de comprendre les différences et de savoir comment travailler avec les deux types.

Les bases des circuits électriques

L'électricité ne circule que dans des circuits. En d'autres termes, il faut une boucle complète pour que quelque chose fonctionne. Si vous cassez cette boucle avec un interrupteur, le courant cesse de couler et votre lumière (par exemple) s’éteint. Une définition de circuit simple est une boucle fermée d'un conducteur que les électrons peuvent parcourir, généralement constituée d'une source d'alimentation (une batterie, par exemple) et d'un composant ou dispositif électrique (comme une résistance ou une ampoule) et d'un fil conducteur.

Vous devrez vous familiariser avec une terminologie de base pour comprendre le fonctionnement des circuits, mais vous maîtriserez la plupart des termes de la vie quotidienne.

Une «différence de tension» est un terme désignant la différence d'énergie potentielle électrique entre deux endroits, par unité de charge. Les piles fonctionnent en créant une différence de potentiel entre leurs deux bornes, ce qui permet à un courant de circuler de l’une à l’autre lorsqu’elles sont connectées à un circuit. Le potentiel à un moment donné est techniquement la tension, mais les différences de tension sont l’essentiel dans la pratique. Une batterie de 5 volts a une différence de potentiel de 5 volts entre les deux bornes, et 1 volt = 1 joule par coulomb.

La connexion d’un conducteur (tel qu’un fil) aux deux bornes d’une batterie crée un circuit dans lequel circule un courant électrique. Le courant est mesuré en ampères, ce qui signifie coulombs (de charge) par seconde.

Tout conducteur aura une «résistance» électrique, ce qui signifie que le matériau s’oppose au courant. La résistance est mesurée en ohms (Ω), et un conducteur avec 1 ohm de résistance connecté à une tension de 1 volt permettrait à un courant de 1 ampère de circuler.

La relation entre ces éléments est résumée par la loi d’Ohm:

V = IR

En termes simples, «tension est égale au courant multiplié par la résistance».

Circuits en série ou en parallèle

Les deux principaux types de circuits se distinguent par la manière dont ils sont disposés en composants.

Une définition simple de circuit en série est la suivante: «Un circuit dont les composants sont disposés en ligne droite, de sorte que tout le courant circule dans chaque composant à tour de rôle». Si vous créez un circuit en boucle de base avec une batterie connectée à deux résistances, une connexion remontant à la batterie, les deux résistances seraient en série. Ainsi, le courant irait de la borne positive de la batterie (par convention, on traite le courant comme s'il sortait de l'extrémité positive) vers la première résistance, de celle-ci vers la seconde résistance, puis de nouveau vers la batterie.

Un circuit parallèle est différent. Un circuit avec deux résistances en parallèle serait divisé en deux pistes, avec une résistance sur chacune. Lorsque le courant atteint une jonction, la même quantité de courant qui entre dans la jonction doit également quitter la jonction. C’est ce que l’on appelle la conservation de la charge, ou plus précisément pour l’électronique, la loi actuelle de Kirchhoff. Si les deux voies ont une résistance égale, un courant égal les parcourra. Si 6 ampères de courant atteignent une jonction de résistance égale sur les deux voies, 3 ampères seront ensuite utilisées. Les chemins se rejoignent ensuite avant de se reconnecter à la batterie pour compléter le circuit.

Calcul de la résistance pour un circuit en série

Le calcul de la résistance totale à partir de plusieurs résistances souligne la distinction entre circuits en série et circuits parallèles. Pour un circuit en série, la résistance totale (R_total) est juste la somme des résistances individuelles, donc:

R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...

Le fait qu’il s’agisse d’un circuit en série signifie que la résistance totale sur le trajet est simplement la somme des résistances individuelles qu’il contient.

Pour un problème de pratique, imaginez un circuit en série avec trois résistances: R₁ = 2 Ω, R₂ = 4 Ω et R₃ = 6 Ω. Calculez la résistance totale dans le circuit.

Ceci est simplement la somme des résistances individuelles, la solution est donc:

begin {aligné} R_ {total} & = R_1 + R_2 + R_3 & = 2 ; Omega ; + 4 ; Omega ; +6 ; Omega & = 12 ; Omega end {aligné}

Calcul de la résistance pour un circuit parallèle

Pour les circuits parallèles, le calcul de R_total est un peu plus compliqué. La formule est la suivante:

{1 dessus {2pt} R_ {total}} = {1 ci-dessus {2pt} R_1} + {1 ci-dessus {2pt} R_2} + {1 ci-dessus {2pt} R_3}

Rappelez-vous que cette formule vous donne l’inverse de la résistance (c’est-à-dire une divisée par la résistance). Donc, vous devez diviser un par la réponse pour obtenir la résistance totale.

Imaginez que ces trois mêmes résistances d’avant soient disposées en parallèle. La résistance totale serait donnée par:

begin {aligné} {1 dessus {2pt} R_ {total}} & = {1 ci-dessus {2pt} R_1} + {1 ci-dessus {2pt} R_2} + {1 ci-dessus {2pt} R_3} & = {1 ci-dessus {2pt} 2 ; Ω} + {1 ci-dessus {2pt} 4 ; Ω} + {1 ci-dessus {2pt} 6 ; Ω} & = {6 dessus de {2pt} 12 ; Ω} + {3 ci-dessus {2pt} 12 ; Ω} + {2 ci-dessus {2pt} 12 ; Ω} & = {11 au-dessus de {2pt} 12Ω} & = 0.917 ; Ω ^ {- 1} end {aligné}

Mais c'est 1 / R_totalLa réponse est donc:

begin {aligné} R_ {total} & = {1 dessus {2pt} 0.917 ; Ω ^ {- 1}} & = 1.09 ; Omega end {aligné}

Comment résoudre un circuit combiné en série et en parallèle

Vous pouvez décomposer tous les circuits en combinaisons de circuits en série et en parallèle. Une branche d'un circuit parallèle peut avoir trois composants en série et un circuit peut être composé d'une série de trois sections de branchement parallèles dans une rangée.

Résoudre des problèmes comme celui-ci signifie simplement diviser le circuit en sections et les résoudre à tour de rôle. Prenons un exemple simple, où il y a trois branches sur un circuit parallèle, mais l'une de ces branches est associée à une série de trois résistances.

L'astuce pour résoudre le problème consiste à incorporer le calcul de la résistance série au plus grand calcul pour l'ensemble du circuit. Pour un circuit parallèle, vous devez utiliser l'expression:

{1 dessus {2pt} R_ {total}} = {1 ci-dessus {2pt} R_1} + {1 ci-dessus {2pt} R_2} + {1 ci-dessus {2pt} R_3}

Mais la première branche, R₁, est en réalité composé de trois résistances différentes en série. Donc, si vous vous concentrez sur ceci en premier, vous savez que:

R_1 = R_4 + R_5 + R_6

Imagine ça R₄ = 12 Ω, R₅ = 5 Ω et R₆ = 3 Ω. La résistance totale est de:

begin {aligné} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 & = 12 ; Omega ; + 5 ; Omega ; + 3 ; Omega & = 20 ; Omega end {aligné}

Avec ce résultat pour la première branche, vous pouvez aller sur le problème principal. Avec une seule résistance sur chacun des chemins restants, dites que R₂ = 40 Ω et R₃ = 10 Ω. Vous pouvez maintenant calculer:

begin {aligné} {1 dessus {2pt} R_ {total}} & = {1 ci-dessus {2pt} R_1} + {1 ci-dessus {2pt} R_2} + {1 ci-dessus {2pt} R_3} & = {1 dessus de {2pt} 20 ; Ω} + {1 ci-dessus {2pt} 40 ; Ω} + {1 ci-dessus {2pt} 10 ; Ω} & = {2 dessus de {2pt} 40 ; Ω} + {1 ci-dessus {2pt} 40 ; Ω} + {4 ci-dessus {2pt} 40 ; Ω} & = {7 dessus de {2pt} 40 ; Ω} & = 0,175 ; Ω ^ {- 1} end {aligné}

Donc ça signifie:

begin {aligné} R_ {total} & = {1 dessus {2pt} 0.175 ; Ω ^ {- 1}} & = 5.7 ; Omega end {aligné}

Autres calculs

La résistance est beaucoup plus facile à calculer sur un circuit série que sur un circuit parallèle, mais ce n’est pas toujours le cas. Les équations pour la capacité (C) en série et en parallèle, les circuits fonctionnent fondamentalement dans le sens opposé. Pour un circuit en série, vous avez une équation pour l'inverse de la capacité, de sorte que vous calculez la capacité totale (C_total) avec:

{1 dessus {2pt} C_ {total}} = {1 ci-dessus {2pt} C_1} + {1 ci-dessus {2pt} C_2} + {1 ci-dessus {2pt} C_3} + ....

Et puis vous devez diviser un par ce résultat pour trouver C_total.

Pour un circuit parallèle, vous avez une équation plus simple:

C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ....

Cependant, l’approche de base pour la résolution de problèmes avec des circuits en série et en parallèle est la même.