Cette série donnera un aperçu de chacune de ces sources d'énergie électriques: lumière, pression, friction, produits chimiques, chaleur et magnétisme.
Les batteries peuvent être représentées par un idéal Tension source en série avec la résistance interne de la batterie. Parce qu'une source de tension idéale est supposée avoir une tension qui ne change pas, elle est appelée une source de tension constante.
Une source de tension idéale maintient une tension de sortie constante quelle que soit sa résistance de charge. Par exemple, disons que la source de tension de la figure 1a est une source de tension idéale. Comme le montre la figure, la tension aux bornes ouvertes de la source est de 10 V. Cette tension « à borne ouverte » est appelée tension de sortie à vide (VNL). Lorsque les différentes résistances de charge représentées sur la figure 1b sont connectées à la source, celle-ci conserve la même sortie de 10 V. Ainsi, pour une source de tension idéale, quelle que soit la valeur de la résistance de charge, on a:
VNL=VRL
où VRL désigne la tension aux bornes de la résistance de charge.
Figure 1. La tension de sortie d'une source de tension idéale ne change pas dans des conditions (a) sans charge et (b) sous charge.
Pour toute source de tension pratique, une diminution de la résistance de charge entraîne une diminution de la tension de sortie de la source. Cela réside dans le fait que chaque source de tension a une certaine quantité de résistance de source interne, comme représenté par le Resistor (RS) sur la figure 2a. Lorsqu'une charge est connectée à la source, comme le montre la figure 2b, elle forme un diviseur de tension avec la résistance interne de la source. Cela provoque VRL être inférieure à la tension de sortie à vide (VT.-N.-L.), comme démontré dans l'exemple 1.
Figure 2. Une source de tension pratique
Exemple 1: calcul de VRL
La tension de sortie à vide de la source de la figure 3 est de 12V. Calculer les valeurs de VRL pour RL= 100Ω et RL= 20Ω
Figure 3. Source de tension (E) avec la résistance de charge (RL)
Solution
La résistance de charge forme un diviseur de tension avec la résistance interne de la source (RS). Lorsque RL= 100 Ω, VRL se trouve sous la forme:
Lorsque RL = 20 Ω, VRL se trouve sous la forme:
Comme vous pouvez le voir, la diminution de la résistance de charge a provoqué une diminution drastique de VRL.
La résistance interne de la plupart des sources de tension CC est de 50 Ω ou moins. En tant que tel, il ne présente pas de problème majeur pour les charges de l'ordre de kΩ ou plus. Cependant, cela peut entraîner une baisse significative de la tension de sortie lorsqu'une charge à faible résistance est présente. C'est pourquoi une faible résistance interne est considérée comme souhaitable pour une source de tension continue.
Fonctionnement en parallèle et en série
Les sources de tension peuvent fonctionner en série sans difficulté. La figure 4a montre deux sources de tension connectées en série et la figure 4b montre le circuit équivalent. La tension à vide du circuit équivalent est la somme des tensions à vide des sources individuelles et la résistance du circuit équivalent est la somme des résistances des sources individuelles.
Figure 4. (a) Les sources de tension peuvent fonctionner en série sans difficulté, (b) la tension de sortie équivalente est la somme des tensions à vide des tensions à vide des sources individuelles, et la résistance de source équivalente est la somme des résistances de source individuelles.
Les sources de tension ne peuvent fonctionner en parallèle que si les tensions de source sont égales. Comme illustré sur les figures 5a et 5b, la résistance de la résistance du circuit équivalent est la combinaison parallèle des résistances de source individuelles, et la tension à vide du circuit équivalent, bien sûr, est égale à celle du parallèle d'origine. sources de tension connectées. La figure 5c montre que lorsque des sources avec des tensions inégales sont connectées en parallèle, la source de tension inférieure aura tendance à décharger la source de tension supérieure.
Figure 5. (a) Les sources de tension avec des tensions égales peuvent fonctionner en parallèle, (b) le circuit équivalent de sources de tension connectées en parallèle, (c) les sources de tension avec des tensions inégales ne doivent pas être connectées en parallèle.
Source de tension indépendante
Une source qui ne dépend d'aucune autre quantité (comme la tension ou le courant) dans le circuit est appelée une source indépendante. La figure suivante montre quelques symboles courants pour représenter des sources de tension indépendantes:
Figure 6. (a) Source de tension continue; (b) symbole de la batterie; (c) Symbole de source de tension alternative
Si vous connectez une source de tension indépendante idéale à un circuit résistif ou à un circuit contenant une combinaison arbitraire de résistances, d'inductances et de condensateurs, la tension de sortie de la source ne changera pas. Même si vous doublez la valeur de ces composants, la valeur de la source de tension indépendante restera constante.
Figure 7. Une source de tension idéale indépendante présente une tension de sortie constante lorsqu'elle est connectée à une combinaison arbitraire de différents éléments de circuit
Sources de tension dépendantes
Comme son nom l'indique, les sources de tension dépendantes (ou contrôlées) sont celles dont la tension de sortie dépend d'une autre tension ou d'un autre courant dans le circuit. Le symbole suivant est utilisé pour représenter la source de tension dépendante:
Figure 8. Symbole de source de tension dépendante
Voyons maintenant comment comprendre les sources de tension dépendantes à travers un exemple.
Figure 9. Exemple de source de tension dépendante
Dans le circuit ci-dessus, nous avons une source de tension dépendante. La valeur de cette source est donnée par l'expression 2Ix; où Ix est le courant traversant le 2 ohms résistance. Ainsi, à mesure que le courant circulant à travers cette résistance de 2 ohms change, la valeur de la source de tension change également. Ainsi, nous pouvons conclure que le courant Ix contrôle la tension de cette source de tension.
Il existe deux types de sources de tension dépendantes. La première est une source de tension contrôlée en courant (CCVS) et la seconde est une source de tension contrôlée en tension (VCVS).
Source de tension contrôlée par courant (CCVS)
Le schéma suivant représente la source de tension contrôlée en courant:
Figure 10. Représentation de la source de tension contrôlée en courant
Ici, vous pouvez voir que le courant Iin contrôle la tension de sortie de la source de tension dépendante. La tension de sortie peut s'écrire:
Où Iin est le courant qui contrôle la valeur de la source de tension dépendante et r est un coefficient ayant l'unité de résistance. Parfois, ce r est également connu sous le nom de trans-résistance.
Exemple 2: CCVS
Un ampli opérationnel configuré en mode trans-conductance (Figure 11 ci-dessous) agit comme un CCVS. La tension de sortie de l'ampli-op dépend du courant d'entrée. Lorsque le courant d'entrée Ii change, la tension de sortie change par l'expression suivante:
Vo = LiRL
Figure 11. Un ampli-op en mode trans-conductance; un exemple de CCVS.
Source de tension contrôlée en tension (VCVS)
Le schéma suivant représente la source de tension contrôlée en tension:
Figure 12. Représentation de la source de tension contrôlée en tension.
Ici, une quantité de tension, Vin, contrôle la valeur de la source de tension dépendante. La tension de sortie Vout peut s'écrire:
Où Vin est la tension d'entrée qui contrôle la tension de cette source de tension et µ est un coefficient sans unité. Le coefficient µ est également appelé rapport de transfert de tension.
Exemple 3: VCVS
Lorsque nous configurons un ampli-op dans une configuration inverseuse ou non inverseuse, il agit comme un VCVS. Une fois que nous ajustons le gain, la tension de sortie Vo dépend de la tension d'entrée Vi. Lorsque nous changeons Vi, la tension de sortie change en conséquence par l'expression suivante:
Figure 13. Un ampli-op en configuration inversée; un exemple de VCVS.
Conclusion
Une source de tension idéale fournit une sortie constante, quelle que soit la valeur de sa résistance de charge RL. Une source de tension pratique, d'autre part, a une tension de sortie qui varie avec RL. Cela signifie qu'une modification de la résistance de charge entraînera une modification de la tension de charge. Les caractéristiques des sources de tension idéales et pratiques sont résumées dans la figure 14.
