Circuits électriques 1 : pack de révision

Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 14 exercices, avec les corrigés complets à la fin.

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1Formules et méthodes

Résistances en série et en parallèle

Résistances en série
Req = R1 + R2 + …
Résistances en parallèle
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Deux en parallèle
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Loi d’Ohm
V = I·R
Puissance
P = V·I = I²R = V²/R

Méthode

  1. Commencez par l’extrémité du réseau la plus éloignée des bornes.
  2. Associez les résistances en série en les additionnant, et les résistances en parallèle avec 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Redessinez le circuit après chaque étape.
  4. Recommencez jusqu’à ce qu’il ne reste qu’une résistance entre les bornes.

Méthode des nœuds

Loi des nœuds de Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Courant de branche
I = (Va − Vb)/R
Nœud de référence
Vground = 0

Méthode

  1. Choisissez un nœud de référence (la masse) et nommez les potentiels des autres nœuds.
  2. Écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu : les courants qui sortent par chaque branche égalent les courants qui entrent.
  3. Exprimez chaque courant de branche sous la forme (Va − Vb)/R.
  4. Résolvez le système d’équations, puis trouvez les courants demandés.

Méthode des mailles

Loi des mailles de Kirchhoff
ΣV = 0 sur chaque maille
Résistance commune
courant = I1 − I2
Source de courant dans une maille
impose ce courant de maille

Méthode

  1. Dessinez un courant dans le sens horaire dans chaque maille (fenêtre) du circuit.
  2. Appliquez la loi des mailles de Kirchhoff à chaque maille : la somme des chutes de tension est nulle.
  3. Dans une résistance commune à deux mailles, le courant est la différence des deux courants de maille.
  4. Résolvez les équations ; un résultat négatif signifie que le courant circule dans l’autre sens.

Superposition

Superposition
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Source de tension éteinte
court-circuit (0 V)
Source de courant éteinte
circuit ouvert (0 A)
Diviseur de tension
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Diviseur de courant
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Méthode

  1. Comptez les sources indépendantes. Vous résoudrez un circuit plus simple par source.
  2. Gardez une source et éteignez les autres : une source de tension devient un court-circuit (un fil), une source de courant devient un circuit ouvert (une coupure).
  3. Résolvez le circuit simplifié pour la tension ou le courant cherché, en notant son sens.
  4. Recommencez pour chaque source, puis additionnez les contributions avec leurs signes.

Thévenin et Norton

Tension de Thévenin
Vth = Vopen circuit
Résistance de Thévenin
Rth : toutes les sources éteintes, vue depuis a–b
Courant de Norton
IN = Vth/Rth
Courant de charge
IL = Vth/(Rth + RL)
Transfert de puissance maximal
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Méthode

  1. Retirez la charge et repérez les deux bornes a et b.
  2. Trouvez la tension à vide entre a et b : c’est Vth.
  3. Éteignez toutes les sources indépendantes et trouvez la résistance vue des bornes a–b : c’est Rth.
  4. Rebranchez la charge sur le circuit équivalent : Vth en série avec Rth.
  5. Pour l’équivalent de Norton, convertissez : IN = Vth/Rth, avec RN = Rth en parallèle.

Circuits à ampli op

Amplificateur inverseur
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Amplificateur non inverseur
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Amplificateur sommateur
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Ampli op idéal
V+ = V−, Iin = 0

Transitoires RC et RL

Constante de temps
τ = RC | τ = L/R
Réponse
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Condensateur en continu
circuit ouvert ; vC ne peut pas sauter
Bobine en continu
court-circuit ; iL ne peut pas sauter
Régime établi
t ≈ 5τ

Méthode

  1. Trouvez la valeur initiale juste après la commutation : la tension d’un condensateur et le courant d’une bobine ne peuvent pas varier brusquement.
  2. Trouvez la valeur finale longtemps après la commutation : un condensateur se comporte comme un circuit ouvert, une bobine comme un court-circuit.
  3. Trouvez la constante de temps : τ = RC ou τ = L/R, avec la résistance vue par le condensateur ou la bobine.
  4. Utilisez x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

2Exercices

1.Résistances en série et en parallèleMoyen
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​8 ΩB

Trouvez le courant IR1 fourni par la source, qui traverse R1.

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
2.Résistances en série et en parallèleDifficile
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​15 ΩBR6​6 Ω

Trouvez la résistance équivalente Req vue par la source V1.

V1 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 ΩR5 = 8 ΩR6 = 6 Ω
Req = Ω
3.Méthode des nœudsMoyen
R1​2 Ω+−V1​6 VR2​8 Ω−+V2​10 VR3​2 Ω+−V3​24 VI3​A

Trois branches sont branchées entre le nœud A et la masse, comme représenté. Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant I3 dans la branche 3, circulant vers le haut jusqu’au nœud A dans le sens de la flèche.

V1 = 6 VR1 = 2 ΩV2 = 10 VR2 = 8 ΩV3 = 24 VR3 = 2 Ω
I3 = A
4.Méthode des nœudsDifficile
R1​ = 10 ΩIR1​R2​ = 10 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​15 VR3​8 ΩAR5​20 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

Utilisez la méthode des nœuds pour trouver le courant IR1 dans R1 dans le sens de la flèche.

V1 = 15 VIs = 3 AV2 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 ΩR4 = 20 ΩR5 = 20 Ω
IR1 = A
5.Méthode des maillesMoyen
R1​ = 6 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​9 VR3​2 ΩIR3​A+−V2​12 VI1​I2​

Utilisez la méthode des mailles pour trouver le courant IR3 dans R3 dans le sens de la flèche.

V1 = 9 VV2 = 12 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 Ω
IR3 = A
6.Méthode des maillesDifficile
R1​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 3 Ω+−VR3​+−V1​6 VR4​5 ΩAR5​20 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Utilisez la méthode des mailles pour trouver la tension VR3 aux bornes de R3 avec la polarité indiquée.

V1 = 6 VV2 = 30 VR1 = 25 ΩR2 = 25 ΩR3 = 3 ΩR4 = 5 ΩR5 = 20 Ω
VR3 = V
7.SuperpositionMoyen
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 ΩIR3​+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​15 ΩBIs​?

Trouvez la valeur de la source de courant Is (sens indiqué) qui annule le courant IR3 dans R3.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 Ω
Is = A
8.SuperpositionDifficile
R1​ = 12 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​15 VR3​2 Ω+−VR3​AIs​4 AB+−V2​5 V

Utilisez le théorème de superposition pour trouver la tension VR3 aux bornes de R3 avec la polarité indiquée.

V1 = 15 VIs = 4 AV2 = 5 VR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 ΩR4 = 30 Ω
VR3 = V
9.Thévenin et NortonMoyen
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAab

Trouvez la tension de Thévenin Vth vue des bornes a–b.

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
10.Thévenin et NortonDifficile
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAIs​1,5 ABab

Trouvez le courant de Norton IN : le courant qui circule de a vers b si les bornes sont court-circuitées.

V1 = 10 VIs = 1,5 AR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
11.Circuits à ampli opMoyen
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 2 kΩVin​

Choisissez la résistance de contre-réaction Rf qui donne à cet amplificateur non inverseur un gain en tension de 21.

R1 = 2 kΩAv = 21
Rf = kΩ
12.Circuits à ampli opDifficile
−+Vout​C = 0,47 µFVin​ = 0,4 VR = 1 kΩ

L’intégrateur utilise un ampli op idéal alimenté en ±15 V ; sa sortie sature à ±14 V. Le condensateur est déchargé quand une entrée constante Vin = 0,4 V est appliquée à t = 0. Trouvez la tension de sortie Vout à t = 2 ms.

Vin = 0,4 VR = 1 kΩC = 0,47 µFVsat = ±14 Vt = 2 ms
Vout = V
13.Transitoires RC et RLMoyen
+−Vs​5 Vt = 0R = 68 ΩL22 mHi(t)

La bobine n’est parcourue par aucun courant avant la fermeture de l’interrupteur à t = 0. Trouvez la tension vL aux bornes de la bobine à t = 1 ms.

Vs = 5 VR = 68 ΩL = 22 mHt = 1 ms
vL = V
14.Transitoires RC et RLDifficile
+−Vs​6 Vs’ouvre à t = 0R1​ = 2,2 kΩR2​ = 1 kΩC22 µF+−vC​

L’interrupteur est fermé depuis longtemps, donc le circuit est en régime permanent. À t = 0, l’interrupteur s’ouvre. Trouvez la tension du condensateur vC à t = 50 ms.

Vs = 6 VR1 = 2,2 kΩR2 = 1 kΩC = 22 µFt = 50 ms
vC = V

3Solutions

1.Résistances en série et en parallèle

Réponse: IR1 = 1,571 A

Résistances en série et en parallèle : en série, le même courant traverse chaque résistance et R = R₁ + R₂ + …. En parallèle, chaque résistance a la même tension et 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Un réseau en échelle se réduit paire par paire jusqu’à une seule résistance équivalente.

R1​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​8 ΩB

Regrouper les résistances depuis l’extrémité

Commencez par l’extrémité la plus éloignée de la source et remontez vers elle. Des résistances parcourues par le même courant sont en série ; des résistances entre les deux mêmes nœuds sont en parallèle.

R3 + R4 = 2 + 8 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 12·10/(12+10) = 5,455 Ω
Req = R1 + 5,455 = 6 + 5,455 = 11,45 Ω

Courant fourni par la source

La source ne voit que Req, donc la loi d’Ohm donne le courant qu’elle fournit. Ce courant traverse R₁.

IR1 = V1/Req = 18/11,45 = 1,571 A

Réponse

IR1 = 1,571 A
2.Résistances en série et en parallèle

Réponse: Req = 9,129 Ω

Résistances en série et en parallèle : en série, le même courant traverse chaque résistance et R = R₁ + R₂ + …. En parallèle, chaque résistance a la même tension et 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Un réseau en échelle se réduit paire par paire jusqu’à une seule résistance équivalente.

R1​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​15 ΩBR6​6 Ω

Regrouper les résistances depuis l’extrémité

Commencez par l’extrémité la plus éloignée de la source et remontez vers elle. Des résistances parcourues par le même courant sont en série ; des résistances entre les deux mêmes nœuds sont en parallèle.

R5 + R6 = 8 + 6 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 7,241 Ω
R3 + 7,241 = 13,24 Ω
R2 ∥ 13,24 = 4,129 Ω
Req = R1 + 4,129 = 5 + 4,129 = 9,129 Ω

Réponse

Req = 9,129 Ω
3.Méthode des nœuds

Réponse: I3 = 5,889 A

Méthode des nœuds : choisissez un nœud de référence, nommez les potentiels inconnus, écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu avec la loi d’Ohm (I = ΔV/R), puis résolvez le système obtenu.

Loi des nœuds en A

Prenez le fil du bas comme masse. Chaque branche emporte depuis A un courant (VA − Vk)/Rk, où Vk est la tension de sa source (zéro pour une simple résistance). La somme des courants sortant de A est nulle.

(VA − 6)/2 + (VA − (−10))/8 + (VA − 24)/2 = 0

Trouver VA

VA = (6/2 + (−10)/8 + 24/2) / (1/2 + 1/8 + 1/2) = 13,75/1,125 = 12,22 V

Courant de branche

La flèche est orientée vers le haut dans la branche, vers le nœud A.

I3 = (24 − VA)/R3 = (24 − 12,22)/2 = 5,889 A

Réponse

I3 = 5,889 A

Un résultat négatif signifie que le courant réel circule à l’opposé de la flèche.

4.Méthode des nœuds

Réponse: IR1 = 0,2727 A

Méthode des nœuds : choisissez un nœud de référence, nommez les potentiels inconnus, écrivez la loi des nœuds de Kirchhoff à chaque nœud inconnu avec la loi d’Ohm (I = ΔV/R), puis résolvez le système obtenu.

R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​15 VR3​8 ΩAR5​20 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

Poser les nœuds

La masse est le fil du bas. Les potentiels connus viennent directement des sources (V1 = 15 V, V2 = 15 V). Inconnues : VA, VB.

Loi des nœuds au nœud A

Les courants qui quittent A par les résistances égalent le courant injecté dans A par les sources.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/8 + (VA − 15)/10 + (VA − VB)/10 = 0
0,325·VA − 0,1·VB = 1,5

Loi des nœuds au nœud B

Les courants qui quittent B par les résistances égalent le courant injecté dans B par les sources.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/20 + (VB − VA)/10 + (VB − 15)/20 = 3
−0,1·VA + 0,2·VB = 3,75

Résoudre

Δ = (0,325)(0,2) − (−0,1)(−0,1) = 0,055
VA = Δ1/Δ = 0,675/0,055 = 12,27 V
VB = Δ2/Δ = 1,369/0,055 = 24,89 V

Réponse

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (15 − 12,27)/10 = 0,2727 A
5.Méthode des mailles

Réponse: IR3 = 3,214 A

Méthode des mailles : donnez à chaque fenêtre d’un circuit plan son propre courant de boucle, écrivez la loi des mailles de Kirchhoff sur chaque boucle (somme des chutes = somme des élévations) et résolvez. Les courants de branche sont le courant de maille, ou la différence de deux courants de maille sur une branche commune.

R1​ = 6 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​9 VR3​2 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

Définir les courants de maille

Tracez un courant dans le sens horaire dans chaque fenêtre : I1, I2. Une résistance commune à deux mailles est parcourue par la différence de leurs courants.

Loi des mailles dans la maille 1

En tournant dans le sens horaire, les chutes de tension dans les résistances égalent les élévations de tension des sources (de − vers + dans le sens du parcours).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
6·I1 + 2(I1 − I2) = 9
8·I1 − 2·I2 = 9

Loi des mailles dans la maille 2

En tournant dans le sens horaire, les chutes de tension dans les résistances égalent les élévations de tension des sources (de − vers + dans le sens du parcours).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
2·I2 + 2(I2 − I1) = (−12)
−2·I1 + 4·I2 = −12

Résoudre

Δ = (8)(4) − (−2)(−2) = 28
I1 = Δ1/Δ = 12/28 = 0,4286 A
I2 = Δ2/Δ = −78/28 = −2,786 A

Réponse

IR3 = I1 − I2 = 3,214 A

Un courant de maille négatif circule dans le sens antihoraire.

6.Méthode des mailles

Réponse: VR3 = −5,973 V

Méthode des mailles : donnez à chaque fenêtre d’un circuit plan son propre courant de boucle, écrivez la loi des mailles de Kirchhoff sur chaque boucle (somme des chutes = somme des élévations) et résolvez. Les courants de branche sont le courant de maille, ou la différence de deux courants de maille sur une branche commune.

R1​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR4​5 ΩAR5​20 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Définir les courants de maille

Tracez un courant dans le sens horaire dans chaque fenêtre : I1, I2, I3. Une résistance commune à deux mailles est parcourue par la différence de leurs courants.

Loi des mailles dans la maille 1

En tournant dans le sens horaire, les chutes de tension dans les résistances égalent les élévations de tension des sources (de − vers + dans le sens du parcours).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
25·I1 + 5(I1 − I2) = 6
30·I1 − 5·I2 = 6

Loi des mailles dans la maille 2

En tournant dans le sens horaire, les chutes de tension dans les résistances égalent les élévations de tension des sources (de − vers + dans le sens du parcours).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
25·I2 + 5(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 50·I2 − 20·I3 = 0

Loi des mailles dans la maille 3

En tournant dans le sens horaire, les chutes de tension dans les résistances égalent les élévations de tension des sources (de − vers + dans le sens du parcours).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
3·I3 + 20(I3 − I2) = (−30)
−20·I2 + 23·I3 = −30

Résoudre

Δ = déterminant de la matrice des coefficients = 21925
I1 = Δ1/Δ = 1500/21925 = 0,06842 A
I2 = Δ2/Δ = −17310/21925 = −0,7895 A
I3 = Δ3/Δ = −43650/21925 = −1,991 A

Réponse

IR3 = I3 = −1,991 A
VR3 = IR3·R3 = −1,991·3 = −5,973 V

Un courant de maille négatif circule dans le sens antihoraire.

7.Superposition

Réponse: Is = 0,2 A

Superposition : dans un circuit linéaire, toute tension ou tout courant est la somme des réponses à chaque source indépendante agissant seule. Pour éteindre une source, remplacez une source de tension idéale par un court-circuit et une source de courant idéale par un circuit ouvert. Les résistances restent en place.

R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​15 ΩBOUVERT

Cas 1 · V1 seule active

Iₛ devient un circuit ouvert, donc R₃ et R₄ forment une branche série de A à la masse, en parallèle avec R₂.

R3+R4 = 10+15 = 25 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 10·25/(10+25) = 7,143 Ω
VA = 6·7,143/(10+7,143) = 2,5 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 2,5·15/25 = 1,5 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (2,5 − 1,5)/10 = 0,1 A

Cas 2 · Is seule active

V₁ devient un court-circuit, donc R₁ ∥ R₂ est reliée entre A et la masse. Iₛ se partage en B entre R₄ et le chemin R₃ + R₁∥R₂ ; la part qui traverse R₃ circule de B vers A, à l’opposé de la flèche.

R1 ∥ R2 = 5 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·15/30 = −0,5·Is

Égaler le total à zéro

IR3′ + IR3″ = 0,1 − 0,5·Is = 0
Is = 0,1/0,5 = 0,2 A

Réponse

Is = 0,2 A
8.Superposition

Réponse: VR3 = 6,215 V

Superposition : dans un circuit linéaire, toute tension ou tout courant est la somme des réponses à chaque source indépendante agissant seule. Pour éteindre une source, remplacez une source de tension idéale par un court-circuit et une source de courant idéale par un circuit ouvert. Les résistances restent en place.

R1​ = 12 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​15 VR3​2 ΩAOUVERTBCOURT-CIRCUIT

Cas 1 · V1 seule

V₂ devient un court-circuit et Iₛ un circuit ouvert. Vu de A, R₃ est en parallèle avec la série R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 2 ∥ 50 = 1,923 Ω
VA = 15·1,923/(12+1,923) = 2,072 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 2,072·30/50 = 1,243 V
VR3′ = VA − 0 = 2,072 − 0 = 2,072 V
R1​ = 12 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 30 ΩCOURT-CIRCUITR3​2 ΩAIs​4 ABCOURT-CIRCUIT

Cas 2 · Is seule

Les deux sources de tension deviennent des courts-circuits. Iₛ se partage en B entre R₄ (désormais à la masse) et R₂ en série avec R₁ ∥ R₃.

R1 ∥ R3 = 1,714 Ω, donc le chemin de gauche vaut R2+1,714 = 21,71 Ω
Req = R4 ∥ 21,71 = 12,6 Ω
VB = Is·Req = 4·12,6 = 50,39 V
VA = VB·1,714/21,71 = 3,978 V
VR3″ = VA − 0 = 3,978 − 0 = 3,978 V
R1​ = 12 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 30 ΩCOURT-CIRCUITR3​2 ΩAOUVERTB+−V2​5 V

Cas 3 · V2 seule

V₁ devient un court-circuit et Iₛ un circuit ouvert. R₁ ∥ R₃ part de A, en série avec R₂ jusqu’à B.

R1 ∥ R3 = 12·2/(12+2) = 1,714 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 5·21,71/51,71 = 2,099 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 2,099·1,714/21,71 = 0,1657 V
VR3‴ = VA − 0 = 0,1657 − 0 = 0,1657 V

Additionner les contributions

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 2,072 + 3,978 + 0,1657 = 6,215 V

Un résultat négatif signifie que la polarité réelle est l’inverse de celle indiquée.

9.Thévenin et Norton

Réponse: Vth = 3,857 V

Théorème de Thévenin : tout réseau linéaire à deux bornes se comporte comme une seule source de tension Vth en série avec une résistance Rth. Le théorème de Norton donne le même réseau sous forme d’une source de courant IN = Vth/Rth en parallèle avec Rth.

R1​ = 4 ΩR3​ = 4 ΩCOURT-CIRCUITR2​3 ΩAabRth​

Trouver Rth avec toutes les sources éteintes

Remplacez les sources de tension par des courts-circuits et les sources de courant par des circuits ouverts, puis regardez le circuit depuis a–b.

R1 ∥ R2 = 4·3/(4+3) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 4 = 5,714 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAab+−Vth​

Trouver Vth, la tension à vide

Avec a–b ouverts, aucun courant ne traverse R₃, donc aucune chute de tension et V_b = V_A. R₁ et R₂ forment un pont diviseur.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 9·3/(4+3) = 3,857 V
10.Thévenin et Norton

Réponse: IN = 1,724 A

Théorème de Thévenin : tout réseau linéaire à deux bornes se comporte comme une seule source de tension Vth en série avec une résistance Rth. Le théorème de Norton donne le même réseau sous forme d’une source de courant IN = Vth/Rth en parallèle avec Rth.

R1​ = 8 ΩR3​ = 10 ΩCOURT-CIRCUITR2​3 ΩAOUVERTBabRth​

Trouver Rth avec toutes les sources éteintes

Remplacez les sources de tension par des courts-circuits et les sources de courant par des circuits ouverts, puis regardez le circuit depuis a–b.

R1 ∥ R2 = 8·3/(8+3) = 2,182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,182 + 10 = 12,18 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAIs​1,5 ABab+−Vth​

Trouver Vth, la tension à vide

Avec a–b ouverts, le seul chemin pour Iₛ passe par R₃ vers le nœud A. Trouvez V_A par superposition de V₁ et Iₛ, puis ajoutez la chute de tension dans R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 2,727 + 1,5·2,182 = 6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 6 + 1,5·10 = 21 V
IN​1,724 ARth​12,18 Ωab

Équivalent de Norton

Une source de Norton est le même circuit vu comme une source de courant en parallèle avec R_th. Son courant est le courant de court-circuit en a–b.

IN = Vth/Rth = 21/12,18 = 1,724 A
11.Circuits à ampli op

Réponse: Rf = 40 kΩ

Règles de l’ampli op idéal : avec une contre-réaction, l’ampli op règle sa sortie pour que ses deux entrées soient au même potentiel (V₋ = V₊), et aucun courant n’entre dans les entrées. La loi des nœuds à l’entrée inverseuse avec ces deux faits donne la sortie.

Gain d’un amplificateur non inverseur

V₋ = V₊ = Vin, et le courant de R₁ traverse aussi Rf, donc Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (21 − 1)·2 = 40 kΩ

Réponse

Rf = 40 kΩ
12.Circuits à ampli op

Réponse: Vout = −1,702 V

Règles de l’ampli op idéal : avec une contre-réaction, l’ampli op règle sa sortie pour que ses deux entrées soient au même potentiel (V₋ = V₊), et aucun courant n’entre dans les entrées. La loi des nœuds à l’entrée inverseuse avec ces deux faits donne la sortie.

Courant d’entrée et pente de la rampe

Des kΩ multipliés par des µF donnent des millisecondes.

RC = 1 kΩ · 0,47 µF = 0,47 ms
pente de la rampe = −Vin/(RC) = −0,4/0,47 = −0,8511 V/ms

Sortie à l’instant donné

La valeur idéale est comprise dans ±Vsat, donc l’intégrateur n’est pas encore saturé.

Vout = −Vin·t/(RC) = −0,4·2/0,47 = −1,702 V

Réponse

Vout = −1,702 V
13.Transitoires RC et RL

Réponse: vL = 0,2273 V

Régimes transitoires du premier ordre : dans un circuit avec un condensateur ou une bobine, chaque tension et chaque courant passe exponentiellement de sa valeur initiale à sa valeur finale : x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, avec τ = RC ou τ = L/R. Après environ 5τ, le circuit est stabilisé.

Constante de temps et courant final

Longtemps après la fermeture, la bobine se comporte comme un court-circuit, donc le courant final est fixé par R seule.

τ = L/R = 22 mH / 68 Ω = 0,3235 ms
i(∞) = Vs/R = 5/68 = 0,07353 A

Tension aux bornes de la bobine

À t = 0, toute la tension d’alimentation apparaît aux bornes de la bobine ; elle décroît ensuite jusqu’à zéro.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 5·e−1/0,3235 = 0,2273 V

Réponse

vL = 0,2273 V
14.Transitoires RC et RL

Réponse: vC = 0,1932 V

Régimes transitoires du premier ordre : dans un circuit avec un condensateur ou une bobine, chaque tension et chaque courant passe exponentiellement de sa valeur initiale à sa valeur finale : x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, avec τ = RC ou τ = L/R. Après environ 5τ, le circuit est stabilisé.

Tension initiale du condensateur

En régime permanent, le condensateur est un circuit ouvert, donc R₁ et R₂ forment un diviseur de tension. La tension du condensateur ne peut pas varier brusquement à l’ouverture de l’interrupteur.

vC(0) = 6·1/(2,2 + 1) = 1,875 V

Constante de temps après l’ouverture de l’interrupteur

τ = R2·C = 1·22 = 22 ms

Décharge

vC(t) = 1,875·e−50/22 = 0,1932 V

Réponse

vC = 0,1932 V

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