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Quelles sont les sources de courant continu ?
Le courant continu est produit par l'activité chimique d'une batterie ou d'une pile dans un circuit électrique fermé. C'est le cas par exemple dans une lampe électrique. Le circuit de la lampe relie un interrupteur, un générateur (pile) et une ampoule. Gr? à l'interrupteur, le circuit se ferme.Qu'est-ce qu'une source de tension continue ?
? Une source de tension continue est un générateur qui impose le sens de circulation des porteurs de charge électrique dans le circuit. Elle est responsable du déplacement d'ensemble, ordonné des porteurs de charge électrique. ? Une source de tension continue est caractérisée par sa tension à vide, notée E.Quelles sont les sources de courant ?
Exemples de sources de courant
Panneau photovoltaïque : source de courant contrôlée par l'éclairement. Caractéristique semblable à la courbe verte de la figure ci contre.Transistor bipolaire en fonctionnement linéaire : source de courant contrôlée en courant.Inductance : source de courant instantanée.- Le terme alimentation ac/dc est une abréviation des termes anglais signifiant alimentation à courant alternatif (Alternative Current) ou courant continu (Direct Current). Ces deux types d'alimentation sont très utilisés aujourd'hui, que ce soit pour le transport, la distribution ou la consommation d'énergie.
E1 SOURCE DE TENSION ET SOURCE DE COURANT
I.- BUT DE L"EXPERIENCE
Les sources de tension et de courant sont des modèles que l'on ne rencontre pas dans lanature. Néanmoins, toute source d'énergie électrique peut se décrire en employant l'un ou
l'autre de ces modèles. Ce sont les caractéristiques de ces deux types de sources, qui font l'objet de cette expérience. II.- APPAREILLAGE Pour cette expérience vous disposez d'une source de tension de 9 V et d'une source de courant de 9 mA. Les fonctions de régulation des dispositifs électroniques contenus dans ces alimentations permettent de simuler des sources (tension ou courant) presque idéales. Pour mesurer les caractéristiques de ces sources vous disposez de 2 multimètres dont l'unsera utilisé comme voltmètre et l'autre comme ampèremètre. Les résistances variables sont
des décades 1,2,3,4 qui permettent d'obtenir toutes les valeurs comprises entre 1Ω et 10MΩ. III.- RAPPEL THEORIQUE Source de tension idéale (ou stabilisée)
Une source de tension idéale fournit une tension Vo constante entre ses bornes, quel que soit le courant I débité. Le symbole d'une source de tension ainsi que sa caractéristique courant-tension est montrée sur la figure 1. COURANT ITENSION VVo
( b)SOURCE IDEALE
SOURCE STABILISEE
(a) VVo-+ I R Figure 1.- Symbole (a) et caractéristique (b) d"une source de tension idéale. On constate que la puissance d'une source de tension idéale n'a pas de limite (P= V I ). Dans la pratique ceci n'est pas réalisable car la puissance que peut fournir une source de tension est limitée. Néanmoins sur un intervalle de courant compatible avec la puissance maximale d'une source stabilisée on est capable d'approcher la caractéristique d'une source idéale. 60Source de tension réelle
Une source de tension réelle peut se représenter schématiquement comme une source de tension V o idéale et d'une résistance Ri représentant la résistance interne des éléments constituant la source. (a) R I VRiCOURANT I
TENSION V
Vo ( b)I maxpente Ri Vo-+ Figure 2.- symbole et caractéristique d"une source de tension réelle. Si aucun conducteur n'est relié aux bornes de la source, celle-ci ne débitera aucun courant etla tension présente aux bornes est la force électromotrice (f.é.m) Vo. Lorsque la source est
branchée à un circuit extérieur (résistance R variable sur la Figure 2) la tension aux bornes
dépend du courant débité et la deuxième loi de Kirchhoff donne : (1) V o- RiI - R I = 0 avec V = R I
On obtient alors la dépendance de la tension d'une source de f.é.m Vo: - en fonction de la charge R : (2)V = V
1+ R R 0 i - en fonction du courant débité : (3) V = V o - Ri I En pratique, on utilise comme source de tension constante, soit des accumulateurs degrande capacité, soit des générateurs stabilisés électroniquement. Ils sont réalisés de
manière à avoir une résistance interne très faible. Leurs domaines d'application sont
cependant limités. Ainsi, un accumulateur voit sa tension varier à partir d'une certaine limite
de décharge de sa capacité et une source électronique ne peut fournir qu'un courant limité.
Source de courant idéale
Une source de courant idéale fournit un courant constant indépendamment de la tension apparaissant à ses bornes. La tension dépend de la résistance de charge R (V = R X I). Idéalement, la tension peut avoir n'importe qu'elle valeur (suivant la valeur de R) et donc lapuissance que peut fournir une source de courant idéale n'est pas limitée. Dans la réalité, les
sources de courant constant ont un domaine limité de fonctionnement. A partir d'une certaine tension limite, le courant diminue. 61COURANT I
TENSION V
( b)SOURCE IDEALE
SOURCE STABILISEE
Io (a) Io I VR Figure 3.- Symbole (a) et caractéristique (b) d"une source de courant idéaleIV.- MANIPULATIONS
Notations
V AmpèremètreAVoltmètreRésistance variable a) Source de tension idéale ( alimentation stabilisée).Pour des sources de tension quasi-idéales (sources stabilisées) il est généralement préférable
d'utiliser le montage expérimental de la figure 4. R I V VoVA+ Figure 4.- Montage expérimental pour la détermination de la caractéristique I-V d"une source de tension stabilisée Pour cette expérience, utiliser la sortie R=0 de la source de tension stabilisée.Réaliser le montage de la figure 4 et mesurer la caractéristique I-V de la source en variant la
résistance ajustable R. Tracer le graphique V = f(I) et déterminer la résistance interne et la f.é.m. 62b) source de tension réelle I VRi A VVo R Figure 5.- Montage expérimental pour la détermination de la puissance fournie par une source de tension stabilisée Pour cette expérience, utiliser la sortie R=220WWWW de la source de la source de tension stabilisée. Réaliser le montage de la figure 5 et mesurer la caractéristique I-V de la source Tracer le graphique V= f(I) et déterminer la résistance interne R i de la source Calculer, pour chaque mesure, la puissance dissipée dans la charge R et la valeur de R (P=V
×I et V=I×R).
Tracer le graphique P = f(R) et déterminer la valeur de R pour laquelle la puissance fournie par la source est maximale. Rem : La puissance fournie par la source correspond à la puissance P dissipée dans larésistance variable R car on peut négliger les puissances dissipées dans l'ampèremètre et le
voltmètre. La puissance P est mesurée à l"aide du montage de la figure 5. b) Influence de la résistance interne sur le mesure de la f.e.m Pour mesurer la f.é.m d'une source réelle, il faut qu'aucun courant ne la traverse. Dans lescas où la résistance interne de la source de tension est petite, l'utilisation d'un simple
voltmètre permet une détermination précise de la f.é.m. Mais lorsque la résistance interne
est grande ( par exemple dans les mesures de potentiel d'interface en électrochimie), il est nécessaire de prendre garde aux caractéristiques des appareils de mesures (essentiellement la résistance interne du voltmètre) qui peuvent fausser les résultats. (b) I VRi A V (a) R I VRi A VVo -Vo R Figure 6.- Deux montages possibles pour mesurer la caractéristique de la source de tension 63Dans le montage a), on mesure la vraie tension apparaissant aux bornes de la source de
tension, mais le courant I mesuré par l'ampèremètre est sous-estimé, car un petit courant
passe dans le voltmètre. Dans le montage b), on mesure le vrai courant I débité par la source de tension, mais la tension mesurée par le voltmètre est sous-estimée car on néglige la chute de tension aux bornes de l'ampèremètre.On va mettre en évidence les caractéristiques de ces deux montages en effectuant une
mesure avec une source de tension ayant une grand résistance interne. Pour cette expérience, utiliser la sortie R=1MWWWW de la source de tension stabilisée, Réaliser le montage de la figure 6a et mesurer la caractéristique I-V de la source. Tracer le graphique V = f(I) et déterminer la résistance interne et la f.é.m. Réaliser le montage de la figure 6b et mesurer la caractéristique I-V de la source. Tracer le graphique V = f(I) et déterminer la résistance interne et la f.é.m. Discuter vos résultats et déterminer la méthode de mesure la plus appropriée. c) Source de courant idéale (stabilisée) R I V VAIo Figure 7.- Montage expérimental pour la détermination de la caractéristique I-V d"une source de courant stabilisée Réaliser le montage de la figure 7 et mesurer la caractéristique I-V de la source de courant en variant la résistance ajustable R.Tracer le graphique I = f(V).
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