dimanche 9 juin 2013

Les générateurs

Les générateurs

Vous savez ce qu'est un générateur, mais ce que vous ne savez peut-être pas, c'est qu'il existe deux types de générateurs différents :
  • les générateurs de tension ;
  • les générateurs de courant.
Le générateur de tension
On parle aussi de source de tension. Son rôle est de créer une tension à ses bornes. C'est cette tension qui agira sur les charges d'un circuit et qui créera un courant dans tout le circuit. En général, on représente notre source de tension comme ceci :
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Figure a.1 − Symboles schématiques pour les sources de tension continue
Néanmoins, on peut parfois trouver un autre symbole pour les piles et les accumulateurs.
Le générateur de courant
Comme son nom l'indique, un générateur de courant crée un courant. Original, non ? On représente notre source de courant comme ceci :
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Figure a.2 − Symboles schématiques pour les sources de courant
Générateurs continus
En électronique, on travaille uniquement avec des tensions et des courants. Et pour commencer sur de bonnes bases, il faut absolument commencer par parler d'une distinction fondamentale : la différence entre continu et alternatif.
Certains générateurs peuvent fournir une tension ou un courant variables. C'est-à-dire que la valeur de la grandeur physique fournie n'est pas la même à un temps t=0 et un temps t=1,5s, par exemple. Une pile ne peut fournir qu'une tension constante tandis que le secteur électrique fournit une tension variable.
Tension continue
En continu, la tension fournie par le générateur garde une valeur constante. Elle ne varie pas au court du temps. C'est le cas le plus simple.
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Figure 7 − Tension continue
En fait, ce type de générateur fournit une tension constante et ce quel que soit le besoin du circuit en courant électrique. Par exemple, le générateur fournit une tension de 10V, eh bien si le montage a besoin de 1mA, le générateur fournira du 10V à 1mA. Maintenant, si le montage a besoin de 40A, le générateur fournira du 10V à 40A !
Courant continu
Pareil que pour la tension continue, mais là, quelle que soit la tension demandée, le courant reste identique.
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Figure 8 − Courant continu
Générateurs non continu
Les générateurs non continu, nous l'avons vu, sont des générateurs qui fournissent une grandeur physique qui a la faculté de varier au cours du temps. Il en existe deux types : les générateurs variables et les générateurs périodiques.
Signal quelconque
Un générateur variable fournit un courant et/ou de la tension qui varient au court du temps. On appelle cela des signaux électriques.
Voici un exemple de signal électrique dont la forme est arbitraire :
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Ici, c'est la tension qui varie, mais cela aurait très bien pu être le courant.
Générateurs périodiques
Ces générateurs fournissent des signaux qui varient au cours du temps, mais qui ont la particularité de se répéter cycliquement, c'est-à-dire qu'ils ont une forme de base qui se répète un certain nombre de fois par seconde. On appelle de tels signaux des signaux périodiques.
Voici un exemple :
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Propriétés
Ces signaux possèdent des caractéristiques importantes que n'ont pas les autres signaux et qu'il faut connaître à tout prix :
  • la fréquence ;
  • la période ;
  • l'amplitude crête et crête à crête ;
  • le rapport cyclique.
La période
Commençons judicieusement par la période.
La période est la forme du signal qui se répète au cours du temps. Pour la définir, il faut en fait partir d'un point du signal, parcourir ce signal jusqu'à retomber au même point, mais avec un temps de décalage. Plus précisément, ces points auront la même ordonnée mais une abscisse différente. L'espace de temps entre ces deux abscisses est ce qu'on appelle la durée de la période. On note souvent cette durée T et on l'appelle souvent période par abus de langage.
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La durée de la période correspond à : T = t2 - t1
La fréquence
  • La fréquence d'un signal est simplement le nombre de fois qu'un signal va se répéter par seconde.
  • L'unité de la fréquence est le hertz.
  • La fréquence d'un signal se note souvent f (simple, non ?).
  • Cette fréquence peut se calculer à partir de la durée de la période T. En effet, la fréquence vaut \frac {1} {T}.
L'amplitude crête
L'amplitude maximale est la valeur maximale atteinte par notre signal durant un cycle.
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L'amplitude crête à crête
Lorsque notre tension varie, elle varie entre une valeur maximum et une valeur minimum. La différence entre ces deux valeurs se nomme l'amplitude crête à crête.
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Le rapport cyclique
On remarque que, durant une période, le signal reste à sa valeur maximale pendant un certain temps. On appelle le rapport entre ce temps et la période le rapport cyclique.
Les formes connues de signaux
Il existe toute une panoplie de signaux périodiques (sinusoïdaux, créneaux, triangulaires, …), mais seule une partie d'entre eux ont un réel intérêt, car ce sont eux qui sont majoritairement employés.
On va donc se concentrer sur trois types de signaux :
  • les signaux sinusoïdaux ;
  • les signaux triangulaires ;
  • les signaux carrés.
Le signal sinusoïdal
Un signal dit sinusoïdal dessine une jolie vague que l'on appelle une sinusoïde. Voici à quoi cela ressemble :
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Le signal triangulaire
La forme de la période est ici un triangle :
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Le signal carré
Ce genre de signal est très utilisé, notamment pour synchroniser des circuits qui doivent communiquer entre eux :
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Ce signal peut donc prendre deux valeurs :
  • une valeur maximale ;
  • une valeur minimale.
Dans la réalité, le courant et la tension ne passent pas immédiatement de la valeur minimale à la valeur maximale. Il y a un certain temps de latence, nommé le temps de montée, durant lequel la tension et le courant vont progressivement passer de la valeur minimale à la valeur maximale.
De même, il y a aussi un temps de descente durant lequel la tension passe de sa valeur maximale à sa valeur minimale.
En dilatant le signal précédent, on obtient ceci :
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Pourquoi cela ne passe-t-il pas directement de la valeur maximale à la valeur minimale ?
La réponse est simple : chaque signal est une fonction du temps. En mathématiques, une fonction n'est définie que si elle n'est pas disjointe, c'est-à-dire qu'elle ne peut pas avoir deux points dont l'abscisse est la même.

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