L'ensemble des composants électroniques peut être divisé en deux grandes catégories, l'une étant les composants actifs et l'autre les composants passifs. Les composants passifs comprennent la résistance (R), le condensateur (C) et l'inductance (L). Ce sont les trois composants les plus utilisés dans les circuits électroniques et vous les trouverez dans presque tous les circuits d'application. Ces trois composants ensemble dans différentes combinaisons formeront les circuits RC, RL et RLC et ils ont de nombreuses applications comme des circuits de filtrage, des selfs de tube, des multivibrateurs etc. Donc dans ce tutoriel, nous allons apprendre les bases de ces circuits, la théorie derrière eux et comment les utiliser dans nos circuits.
Avant de passer aux sujets principaux, comprenons ce que fait un R, L et C dans un circuit.
Résistance: Les résistances sont désignées par la lettre «R». Une résistance est un élément qui dissipe l'énergie principalement sous forme de chaleur. Il aura une chute de tension à travers lui qui reste fixe pour une valeur fixe de courant qui le traverse.
Condensateur: Les condensateurs sont désignés par la lettre «C». Un condensateur est un élément qui stocke de l'énergie (temporairement) sous forme de champ électrique. Le condensateur résiste aux changements de tension. Il existe de nombreux types de condensateurs, parmi lesquels le condensateur céramique et les condensateurs électrolytiques sont principalement utilisés. Ils chargent dans un sens et déchargent dans le sens opposé
Inductance: Les inductances sont désignées par la lettre «L». Un inducteur est également similaire à un condensateur, il stocke également de l'énergie mais est stocké sous forme de champ magnétique. Les inducteurs résistent aux changements de courant. Les inducteurs sont normalement un fil bobiné et sont rarement utilisés par rapport aux deux premiers composants.
Lorsque ces résistances, condensateurs et inductances sont assemblés, nous pouvons former des circuits tels que des circuits RC, RL et RLC qui présentent des réponses dépendant du temps et de la fréquence qui seront utiles dans de nombreuses applications CA, comme mentionné déjà. Un circuit RC / RL / RLC peut être utilisé comme filtre, oscillateur et bien plus encore, il n'est pas possible de couvrir tous les aspects de ce tutoriel, nous en apprendrons donc le comportement de base dans ce tutoriel.
Principe de base des circuits RC / RL et RLC:
Avant de commencer avec chaque sujet, comprenons comment une résistance, un condensateur et une inductance se comportent dans un circuit électronique. Aux fins de compréhension, considérons un circuit simple constitué d'un condensateur et d'une résistance en série avec une alimentation (5V). Dans ce cas, lorsque l'alimentation est connectée à la paire RC, la tension aux bornes de la résistance (Vr) augmente jusqu'à sa valeur maximale tandis que la tension aux bornes du condensateur (Vc) reste à zéro, puis lentement le condensateur commence à se charger et donc la tension aux bornes de la résistance diminuera et la tension aux bornes du condensateur augmentera jusqu'à ce que la tension de la résistance (Vr) ait atteint zéro et que la tension du condensateur (Vc) ait atteint sa valeur maximale. Le circuit et la forme d'onde peuvent être vus dans le GIF ci-dessous
Analysons la forme d'onde dans l'image ci-dessus pour comprendre ce qui se passe réellement dans le circuit. Une forme d'onde bien illustrée est montrée dans l'image ci-dessous.
Lorsque l'interrupteur est activé, la tension aux bornes de la résistance (onde rouge) atteint son maximum et la tension aux bornes du condensateur (onde bleue) reste à zéro. Ensuite, le condensateur se charge et Vr devient zéro et Vc devient maximum. De même, lorsque l'interrupteur est désactivé, le condensateur se décharge et par conséquent la tension négative apparaît aux bornes de la résistance et lorsque le condensateur se décharge, la tension du condensateur et de la résistance devient nulle comme indiqué ci-dessus.
La même chose peut être visualisée pour les inducteurs. Remplacez le condensateur par un inducteur et la forme d'onde sera simplement reflétée, c'est-à-dire que la tension aux bornes de la résistance (Vr) sera nulle lorsque l'interrupteur est allumé, car toute la tension apparaîtra aux bornes de l'inductance (Vl). Lorsque l'inductance charge la tension aux bornes (Vl), elle atteindra zéro et la tension aux bornes de la résistance (Vr) atteindra la tension maximale.
Circuit RC:
Le circuit RC (Resistor Capacitor Circuit) sera composé d'un condensateur et d'une résistance connectés en série ou en parallèle à une source de tension ou de courant. Ces types de circuits sont également appelés filtres RC ou réseaux RC car ils sont le plus couramment utilisés dans les applications de filtrage. Un circuit RC peut être utilisé pour fabriquer des filtres bruts tels que les filtres passe-bas, passe-haut et passe-bande. Un circuit RC de premier ordre sera composé d'une seule résistance et d'un seul condensateur et nous analyserons la même chose dans ce tutoriel
Pour comprendre le circuit RC, créons un circuit de base sur proteus et connectons la charge à travers l'oscilloscope pour analyser son comportement. Le circuit avec la forme d'onde est donné ci-dessous
Nous avons connecté une charge (ampoule) de résistance connue 1k Ohms en série avec un condensateur de 470uF pour former un circuit RC. Le circuit est alimenté par une batterie 12V et un interrupteur est utilisé pour fermer et ouvrir le circuit. La forme d'onde est mesurée à travers l'ampoule de charge et est affichée en jaune sur l'image ci-dessus.
Initialement, lorsque l'interrupteur est ouvert, la tension maximale (12 V) apparaît aux bornes de la charge de l'ampoule résistive (Vr) et la tension aux bornes du condensateur sera nulle. Lorsque l'interrupteur est fermé, la tension aux bornes de la résistance chutera à zéro, puis au fur et à mesure que le condensateur se charge, la tension reviendra au maximum comme indiqué dans le graphique.
Le temps nécessaire à la charge du condensateur est donné par les formules T = 5Ƭ, où «Ƭ» représente tou (constante de temps).
Calculons le temps nécessaire à notre condensateur pour se charger dans le circuit.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 seconde T = 5Ƭ = (5 * 0,47) T = 2,35 secondes.
Nous avons calculé que le temps nécessaire au condensateur pour se recharger sera de 2,35 secondes, la même chose peut également être vérifiée à partir du graphique ci-dessus. Le temps mis par Vr pour atteindre de 0 V à 12 V est égal au temps nécessaire au condensateur pour se charger de 0 V à la tension maximale. Le graphique est illustré à l'aide des curseurs dans l'image ci-dessous.
De même, nous pouvons également calculer la tension aux bornes du condensateur à un moment donné et le courant traversant le condensateur à tout moment en utilisant les formules ci-dessous
V (t) = V B (1 - e -t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Où, V B est la tension de la batterie et I o est le courant de sortie du circuit. La valeur de t est le temps (en secondes) auquel la valeur de tension ou de courant du condensateur doit être calculée.
Circuit RL:
Le circuit RL (circuit d' inductance de résistance) sera composé d'un inducteur et d'une résistance à nouveau connectés en série ou en parallèle. Un circuit RL série sera piloté par une source de tension et un circuit RL parallèle sera piloté par une source de courant. Les circuits RL sont couramment utilisés comme filtres passifs, un circuit RL de premier ordre avec un seul inducteur et un condensateur est illustré ci-dessous
De même, dans un circuit RL, nous devons remplacer le condensateur par un inducteur. L'ampoule est supposée agir comme une charge résistive pure et la résistance de l'ampoule est réglée à une valeur connue de 100 ohms.
Lorsque le circuit est ouvert, la tension aux bornes de la charge résistive sera maximale et lorsque l'interrupteur est fermé, la tension de la batterie est partagée entre l'inductance et la charge résistive. L'inducteur se charge rapidement et, par conséquent, une chute de tension soudaine sera ressentie par la charge résistive R.
Le temps nécessaire à l'inducteur pour se recharger peut être calculé en utilisant la formule T = 5Ƭ, où «“ »représente tou (constante de temps).
Calculons le temps nécessaire à notre inducteur pour se recharger dans le circuit. Ici, nous avons utilisé une inductance de valeur 1mH et la résistance de valeur 100 Ohms
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 secondes T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u secondes.
De même, nous pouvons également calculer la tension aux bornes de l'inducteur à un moment donné et le courant traversant l'inducteur à tout moment en utilisant les formules ci-dessous
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e -tR / L)
Où, V B est la tension de la batterie et I o est le courant de sortie du circuit. La valeur de t est le temps (en secondes) auquel la valeur de tension ou de courant de l'inducteur doit être calculée.
Circuit RLC:
Un circuit RLC comme son nom l'indique sera composé d'une résistance, d'un condensateur et d'un inducteur connectés en série ou en parallèle. Le circuit forme un circuit oscillateur qui est très couramment utilisé dans les récepteurs radio et les téléviseurs. Il est également très couramment utilisé comme circuits amortisseurs dans les applications analogiques. La propriété de résonance d'un circuit RLC de premier ordre est discutée ci-dessous
Le circuit RLC est également appelé circuit de résonance série, circuit oscillant ou circuit accordé. Ces circuits ont la capacité de fournir un signal de fréquence de résonance comme indiqué dans l'image ci-dessous
Ici, nous avons un condensateur C1 de 100u et un inducteur L1 de 10mH connectés en série étain via un interrupteur. Étant donné que le fil qui connecte le C et le L aura une certaine résistance interne, on suppose qu'une petite quantité de résistance est présente en raison du fil.
Au départ, nous gardons l'interrupteur 2 ouvert et fermons l'interrupteur 1 pour charger le condensateur à partir de la source de batterie (9V). Ensuite, une fois le condensateur chargé, l'interrupteur 1 est ouvert puis l'interrupteur 2 est fermé.
Dès que l'interrupteur est fermé, la charge stockée dans le condensateur se déplacera vers l'inductance et la chargera. Une fois que le condensateur est complètement déchargé, l'inducteur commencera à se décharger dans le condensateur de cette façon, les charges vont et viennent entre l'inductance et le condensateur. Mais comme il y aura une certaine perte de charges pendant ce processus, la charge totale diminuera progressivement jusqu'à ce qu'elle atteigne zéro, comme indiqué dans le graphique ci-dessus.
Applications:
Les résistances, inductances et condensateurs peuvent être des composants normaux et simples, mais lorsqu'ils sont combinés pour se rassembler pour former des circuits tels que les circuits RC / RL et RLC, ils présentent un comportement complexe qui le rend adapté à une large gamme d'applications. Peu d'entre eux sont répertoriés ci-dessous
- Systèmes de communication
- Traitement de signal
- Grossissement tension / courant
- Émetteurs d'ondes radio
- Amplificateurs RF
- Circuit LC résonnant
- Circuits de mélodies variables
- Circuits oscillateurs
- Circuits de filtrage