Formes de représentation
Les relations peuvent être représentées de différentes manières, et chaque forme de représentation a ses avantages et ses inconvénients. En cas de difficulté de compréhension, changer de forme de représentation peut aider. Simulez par exemple un circuit que vous ne comprenez pas, ou tracez simplement une courbe difficile en fonction du temps donnée sous forme de formule.
La relation entre la tension et le courant dans une résistance ohmique avec R = 1 Ω sert d’exemple pour différentes formes de représentation en électrotechnique. Toutes les formes de représentation décrivent exactement la même chose, simplement à un autre niveau.
Formule mathématique
La formule indique la relation mathématique pour le calcul. On a U = R ∙ I. La formule permet de reconnaître le type de relation entre la tension et le courant. Elle suit l’équation de droite y = m ∙ x + b avec y = U, x = I, m = R et b = 0 V. L’équation de droite décrit un système linéaire. La tension et le courant sont donc linéaires dans une résistance.
Graphique
Dans la représentation de la tension en fonction du courant, la valeur de la résistance R détermine la pente m entre la tension et le courant. Le type de relation – l’équation de droite – est immédiatement visible dans cette représentation. Vous pouvez par exemple lire directement sur le graphique que le courant vaut IR = 2 A pour UR = 2 V, sans avoir à calculer.
La tension et le courant peuvent aussi être représentés en fonction du temps. La formule U = R ∙ I ne dépend pas du temps (elle ne contient pas de paramètre t) ; les évolutions temporelles de la tension et du courant ont donc la même forme. Un courant constant de I = 5 A produit dans la résistance une tension constante de U = R ∙ I = 1 Ω ∙ 5 A = 5 V.
Une tension sinusoïdale entraîne un courant sinusoïdal.
Les évolutions temporelles aident à se faire une idée de la façon dont, par exemple, la tension alternative et le courant alternatif sont liés dans les composants. Une représentation graphique peut être vue comme la visualisation d’une relation mathématique.
Schéma électrique
Le schéma électrique représente tous les composants, les sources et les conducteurs de liaison. Le schéma de la résistance ohmique se compose de la résistance, de ses fils de connexion ainsi que des repères et sens de la tension et du courant. Indiquer le sens de la tension et du courant n’est raisonnablement possible que dans cette représentation. Le signe dans les calculs découle alors de votre définition des sens, les tensions et les courants devenant positifs ou négatifs. Un schéma électrique est surtout utile lorsque plusieurs composants sont connectés.
Dans le schéma, on peut reconnaître des structures de circuits connues, comme les diviseurs de tension. Cela permet souvent de simplifier les calculs du circuit. Dans cette représentation, vous pouvez par exemple reconnaître un montage en parallèle et en conclure directement que les tensions aux bornes des composants en parallèle sont égales, sans avoir à calculer. Le schéma permet à un ingénieur expérimenté de reconnaître la fonction d’un circuit sans devoir le calculer. Les nouveaux circuits sont généralement d’abord dessinés sous forme de schéma.
Modèle de simulation
Un modèle de simulation reproduit le schéma dans un outil de simulation. La simulation permet de déterminer d’un clic les courants et les tensions dans tous les composants, sans avoir à les calculer. Pour cela, l’ordinateur évalue toutes les équations de mailles et de nœuds et calcule la relation entre la tension et le courant dans les composants (par exemple U = R ∙ I).
Les modifications d’un circuit peuvent être facilement essayées en simulation, car l’effet de la modification sur le comportement du circuit est immédiatement visible d’un clic. La simulation est la forme de représentation la plus puissante, car elle réunit dans un seul outil le schéma, les résultats des calculs et l’affichage graphique de l’évolution des grandeurs électriques.
Le circuit réel
Toutes les formes de description précédentes sont de nature théorique. Elles se sont imposées parce qu’elles sont utiles pour analyser et concevoir des circuits. Vous pouvez et devez aussi réaliser des circuits réels. Pour cela, vous reliez les sources et les composants par des fils ou par des pistes sur un circuit imprimé. La tension et le courant sont déterminés par des mesures, par exemple avec un multimètre. Le fonctionnement d’un circuit n’est prouvé qu’une fois qu’il a été réalisé et testé. Travailler sur le circuit réel est nettement plus difficile que travailler en simulation, mais c’est indispensable pour résoudre des problèmes pratiques.
Les examens classiques ne travaillent qu’avec les trois premières formes de représentation. C’est pourquoi les deux dernières, les plus importantes pour votre future activité, sont malheureusement sous-représentées dans l’enseignement et ne sont pas au centre de votre préparation aux examens.