Maîtriser les Schémas de Circuits de Résistances : Guide Expert Séries, Parallèles et Mixtes

À propos des schémas de circuits de résistances : les résistances sont l'un des composants électroniques les plus critiques. Composants passifs, elles limitent le courant, fournissent une chute de tension spécifique et agissent comme charges électriques.

On peut configurer les résistances de différentes façons pour atteindre ces objectifs. Trois configurations principales : résistances en série, en parallèle, et combinaisons série-parallèle.

Cet article couvre les trois types avec schémas explicatifs. Commençons !

1. Résistances en Série

Les résistances en série ont deux ou plusieurs résistances connectées bout à bout, avec la même tension aux bornes de l'ensemble.

Comment connecter des résistances en série

Schéma de connexion série

Connecter les extrémités de chaque résistance à une source de tension, en supposant une résistance de fil négligeable. En série, si l'une a R1, l'autre R2. La résistance totale est la somme des valeurs individuelles ; on utilise la loi d'Ohm pour calculer.

Loi d'Ohm dans les circuits série

La loi d'Ohm : le courant est directement proportionnel à la tension entre deux points d'un conducteur. Ici, les résistances.

Dans le schéma ci-dessous, circuit série simple avec R1 et R2.

Circuit série simple

Selon la loi d'Ohm : V = I × R

V = I × R_t

Où R_t est la résistance équivalente. La tension source (V) aux bornes du circuit résistif equals la tension. Les résistances en série ont la même chute de potentiel. On peut utiliser la loi d'Ohm pour la trouver.

Courant et puissance en série

Circuit résistances en série

En série, le courant total (I) est identique dans toutes les résistances. Le courant traversant R1 equals celui traversant R2. Le courant de sortie equals celui fourni par la batterie. Si on ajoute des résistances, le courant diminue. Les résistances partagent le courant malgré leurs différences de valeurs.

I_t = I₁ = I₂

I = V / R_t

Puissance : P = V × I

En série, la différence de potentiel appliquée equals la somme des tensions individuelles aux bornes de chaque résistance.

P = V_total × I_total

Résistance équivalente en série

La résistance équivalente est la résistance qu'une résistance unique aurait pour produire le même effet global que l'ensemble des résistances.

Calcul résistance équivalente série

En série simple, résistance totale = somme des valeurs individuelles. Les résistances ont la même chute de potentiel. Exemple :

R_total = R1 + R2 + R3

R_t = 5 Ω + 10 Ω + 5 Ω = 20 Ω

Application exemple : Limitation de courant LED

Schéma de limitation de courant LED

Les LED ont des courants nominaux différents ; chacune a besoin d'un courant ≤ à sa valeur nominale. Sinon, elles grillent si le courant est trop fort. Danger : dommages composants, voire incendie ! Une résistance en série protège le circuit. Elle limite la chute de tension maximale aux bornes de la LED, la maintenant dans ses conditions de fonctionnement sûres !

2. Résistances en Parallèle

En parallèle, une extrémité de toutes les résistances est connectée par un fil commun. L'autre extrémité aussi.

Comment connecter en parallèle

Schéma résistances en parallèle

Exemple simple : circuit avec connexion parallèle. Différent de la série car les extrémités ne sont pas connectées à la source, elles partagent un point commun. Résistance des fils négligeable.

Loi d'Ohm en parallèle

On utilise la loi d'Ohm pour trouver le courant individuel traversant chaque résistance en parallèle, car la chute de potentiel est égale aux bornes de chacune. Si la tension de sortie est constante, I = V / R.

Courant et puissance en parallèle

En parallèle, la chute de tension aux bornes des branches parallèles est la même. Le courant total equals la somme des courants individuels. Si on ajoute des résistances, la résistance globale diminue.

Répartition du courant en parallèle

Le courant total se divise entre chaque résistance.

I_t = I₁ + I₂

Puissance totale dissipée : P = V × I. I = courant total en ampères, V = tension aux bornes de chaque résistance en parallèle. Les résistances les plus fortes reçoivent le moins de courant, les plus faibles le plus.

P = V × I = (I₁ + I₂) × V

Pour chaque résistance : I₁ = V / R₁, I₂ = V / R₂

Résistance équivalente en parallèle

Schéma explicatif résistance équivalente

Pour calculer la résistance équivalente, il faut comprendre la règle des nœuds selon la loi des mailles de Kirchhoff. La résistance totale en parallèle est l'inverse de la somme des inverses des résistances. Pour deux résistances :

Puisque le courant se divise au nœud (règle des nœuds) : I = I₁ + I₂

V = I₁R₁ et I₁R₁ = I₂R₂

I = I₁ + I₂ = V/R₁ + V/R₂ = V(1/R₁ + 1/R₂) = V/R_eq

1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂

R_eq = [1/R₁ + 1/R₂]⁻¹

3. Combinaison Série-Parallèle

Dans une combinaison, certaines résistances sont en série, d'autres en parallèle.

Ce sont des circuits plus complexes. Le concept central pour trouver la résistance est de transformer l'ensemble en circuit série équivalent, en appliquant la compréhension de la résistance équivalente en parallèle au circuit combiné complet.

Comment combiner série et parallèle

Circuit combinaison résistances

C'est simple : connecter R2 et R3 en parallèle, créer un nœud. Ajouter R1 à ce nœud. Connecter les fils à une source. Résistance totale = somme des valeurs ; loi d'Ohm pour calculs.

Courant et puissance en combinaison

Le courant total = somme des courants individuels, idem pour la puissance. Si plusieurs résistances sont en parallèle, elles partagent une tension de sortie commune (résistance interne négligeable). La tension aux bornes de chaque résistance est moindre qu'en série.

Résistances en série et parallèle

Avec combinaisons série-parallèle, il faut utiliser divisions de tension et courant variées. Ce sont des connexions complexes.

Utiliser la forme combinée de la loi d'Ohm : I = V / R_total.

Les résistances connectées partagent le courant.

Puissance totale = même qu'en série, mais chaque résistance dissipe moins de courant et tension.

P = V × I = (V_source / R_total) × I

Résistance équivalente en série-parallèle

Circuit combinaison série-parallèle

La résistance équivalente dépend des valeurs et des connexions. La résistance totale se trouve par la loi d'Ohm.

D'abord : R_total = R_eq(série) + R_{eq(parallèle)}

R_{eq parallèle} = R_eq₂₃ = (1/R2 + 1/R3)⁻¹ = (1/10 + 1/10)⁻¹ = 5 Ω

R2 et R3 (parallèle) sont maintenant en série avec R1.

R_total = 5 Ω + 5 Ω = 10 Ω.

Combiner série et parallèle permet de contrôler les courants tout en limitant la chute de tension aux bornes d'une charge électrique.

Application exemple : Circuit de Réfrigérateur

Schéma de circuit de réfrigérateur

Dans les circuits de réfrigérateur, on trouve des combinaisons de résistances. Quand la porte s'ouvre, l'ampoule faiblit. C'est parce que le moteur tire un fort courant. L'ampoule reçoit peu de puissance et s'assombrit car R1 subit d'énormes chutes de tension. Les combinaisons de résistances limitent le courant maximal traversant le circuit tout en fournissant des réductions de potentiel spécifiques aux charges.

Résumé

Nous avons couvert les trois types les plus courants de schémas de circuits de résistances. Vous avez maintenant une meilleure compréhension des types de connexions et de leur fonctionnement.

Vous pouvez maintenant concevoir vos propres circuits de résistances ! Pour toute question, contactez-nous.