E1 SOURCE DE TENSION ET SOURCE DE COURANT

1 59E1 SOURCE DE TENSION ET SOURCE DE COURANT BUT DE L'EXPERIENCE Les sources de TENSION et de COURANT sont des mod les que l'on ne rencontre pas dans la nature. N anmoins, toute SOURCE d' nergie lectrique peut se d crire en employant l'un ou l'autre de ces mod les. Ce sont les caract ristiques de ces deux types de sources, qui font l'objet de cette exp rience. APPAREILLAGE Pour cette exp rience vous disposez d'une SOURCE de TENSION de 9 V et d'une SOURCE de COURANT de 9 mA.

2 Les fonctions de r gulation des dispositifs lectroniques contenus dans ces alimentations permettent de simuler des sources ( TENSION ou COURANT ) presque id ales. Pour mesurer les caract ristiques de ces sources vous disposez de 2 multim tres dont l'un sera utilis comme voltm tre et l'autre comme amp rem tre. Les r sistances variables sont des d cades 1,2,3,4 qui permettent d'obtenir toutes les valeurs comprises entre 1 et 10M . RAPPEL THEORIQUE SOURCE de TENSION id ale (ou stabilis e) Une SOURCE de TENSION id ale fournit une TENSION Vo constante entre ses bornes, quel que soit le COURANT I d bit.

3 Le symbole d'une SOURCE de TENSION ainsi que sa caract ristique COURANT - TENSION est montr e sur la figure 1. COURANT ITENSION VVo( b) SOURCE IDEALESOURCE STABILISEE(a)VVo-+IR Figure Symbole (a) et caract ristique (b) d'une SOURCE de TENSION id ale. On constate que la puissance d'une SOURCE de TENSION id ale n'a pas de limite (P= V I ). Dans la pratique ceci n'est pas r alisable car la puissance que peut fournir une SOURCE de TENSION est limit e. N anmoins sur un intervalle de COURANT compatible avec la puissance maximale d'une SOURCE stabilis e on est capable d'approcher la caract ristique d'une SOURCE id ale.

4 60 SOURCE de TENSION r elle Une SOURCE de TENSION r elle peut se repr senter sch matiquement comme une SOURCE de TENSION Vo id ale et d'une r sistance Ri repr sentant la r sistance interne des l ments constituant la SOURCE . (a)RIVRiCOURANT ITENSION VVo( b)Imaxpente RiVo-+ Figure symbole et caract ristique d'une SOURCE de TENSION r elle. Si aucun conducteur n'est reli aux bornes de la SOURCE , celle-ci ne d bitera aucun COURANT et la TENSION pr sente aux bornes est la force lectromotrice (f.)

5 M) Vo. Lorsque la SOURCE est branch e un circuit ext rieur (r sistance R variable sur la Figure 2) la TENSION aux bornes d pend du COURANT d bit et la deuxi me loi de Kirchhoff donne : (1) Vo- Ri I - R I = 0 avec V = R I On obtient alors la d pendance de la TENSION d'une SOURCE de f..m Vo: - en fonction de la charge R : (2) V = V1+RR0i - en fonction du COURANT d bit : (3) V = Vo - Ri I En pratique, on utilise comme SOURCE de TENSION constante, soit des accumulateurs de grande capacit , soit des g n rateurs stabilis s lectroniquement.

6 Ils sont r alis s de mani re avoir une r sistance interne tr s faible. Leurs domaines d'application sont cependant limit s. Ainsi, un accumulateur voit sa TENSION varier partir d'une certaine limite de d charge de sa capacit et une SOURCE lectronique ne peut fournir qu'un COURANT limit . SOURCE de COURANT id ale Une SOURCE de COURANT id ale fournit un COURANT constant ind pendamment de la TENSION apparaissant ses bornes. La TENSION d pend de la r sistance de charge R (V = R X I).

7 Id alement, la TENSION peut avoir n'importe qu'elle valeur (suivant la valeur de R) et donc la puissance que peut fournir une SOURCE de COURANT id ale n'est pas limit e. Dans la r alit , les sources de COURANT constant ont un domaine limit de fonctionnement. A partir d'une certaine TENSION limite, le COURANT diminue. 61 COURANT ITENSION V( b) SOURCE IDEALESOURCE STABILISEEIo(a)IoIVR Figure Symbole (a) et caract ristique (b) d'une SOURCE de COURANT id ale MANIPULATIONS Notations VAmp rem treAVoltm treR sistance variable a) SOURCE de TENSION id ale ( alimentation stabilis e).

8 Pour des sources de TENSION quasi-id ales (sources stabilis es) il est g n ralement pr f rable d'utiliser le montage exp rimental de la figure 4. RIVVoVA+- Figure Montage exp rimental pour la d termination de la caract ristique I-V d'une SOURCE de TENSION stabilis e Pour cette exp rience, utiliser la sortie R=0 de la SOURCE de TENSION stabilis e. R aliser le montage de la figure 4 et mesurer la caract ristique I-V de la SOURCE en variant la r sistance ajustable R. Tracer le graphique V = f(I) et d terminer la r sistance interne et la f.

9 M. 62b) SOURCE de TENSION r elle IVRiAVVo+R Figure Montage exp rimental pour la d termination de la puissance fournie par une SOURCE de TENSION stabilis e Pour cette exp rience, utiliser la sortie R=220 de la SOURCE de la SOURCE de TENSION stabilis e. R aliser le montage de la figure 5 et mesurer la caract ristique I-V de la SOURCE Tracer le graphique V= f(I) et d terminer la r sistance interne Ri de la SOURCE Calculer, pour chaque mesure, la puissance dissip e dans la charge R et la valeur de R (P=V I et V=I R).

10 Tracer le graphique P = f(R) et d terminer la valeur de R pour laquelle la puissance fournie par la SOURCE est maximale. Rem : La puissance fournie par la SOURCE correspond la puissance P dissip e dans la r sistance variable R car on peut n gliger les puissances dissip es dans l'amp rem tre et le voltm tre. La puissance P est mesur e l aide du montage de la figure 5. b) Influence de la r sistance interne sur le mesure de la Pour mesurer la f..m d'une SOURCE r elle, il faut qu'aucun COURANT ne la traverse.