Les générateurs de tension, courant et formes du signal

Dans la série articles théorique pour néophytes, nous allons voir ici ce que sont les générateurs de tension, de courant, et les différentes formes du signal. Oui, mais on n’aime pas la théorie ! me direz vous. Et bien c’est bien dommage ! En changeant la valeur d’un condensateur dans l’article comment sonne un condensateur, nous avons vu qu’on change la quantité de graves qui passent. Ainsi nous avons modifié la fréquence à partir de laquelle le filtre laisse passer les fréquences graves.

C’est un peu ce que vous faîtes lorsque vous touchez les potards de votre ampli de guitare, vous changez les caractéristiques du filtre dans l’ampli (dans le préampli pour être plus exact). Vous voulez savoir comment ça se passe là dedans? C’est pas très compliqué en fait. Il faut juste comprendre quelques fondamentaux.

Et dans cette série d’articles théoriques je vais essayer d’être le plus clair et concis, c’est promis ! Je vous invite donc à continuer la lecture. 🙂

Ici nous allons comme je le disais plus haut nous intéresser aux générateurs de tension et courant et à la forme du signal qu’ils génèrent.

Étant donné que ces éléments fournissent de l’énergie au circuit, on les appellent des éléments actifs.

On les oppose aux éléments passifs qui reçoivent et consomment cette énergie en la transformant sous une autre forme (chaleur, son, lumière), et que nous traiterons ailleurs.

1 Générateurs idéaux

Un générateur idéal produit un signal constant, indépendamment de ce qu’on va brancher à ses bornes.

C’est donc un cas de figure idéal et non réel.

1.1 Générateur de tension idéal

Ce générateur impose la valeur de la tension à ses bornes, quelque soit le courant qui le traverse. Voici son symbole et sa courbe caractéristique :

J’ai représenté sur le symbole du générateur la tension e que le générateur impose, la tension U à ses bornes, et le courant i qui passe. On voit sur la caractéristique que U=e quelque soit i.

On appelle aussi e la force électromotrice.

1.2 Générateur de courant idéal

Ce générateur impose la valeur du courant qui le traverse, quelque soit la tension à ses bornes. Voici son symbole et sa courbe caractéristique :

J’ai représenté sur le symbole du générateur la tension U à ses bornes, le courant i qui passe et le courant i₀ que le générateur impose. On voit sur la caractéristique que i=i₀ quelque soit U.

1.3 Dans le cas réel

Dans le cas réel que fait-on ? on doit prendre en compte la résistance interne du générateur. Mais souvent celle-ci sera négligeable devant les résistances présentes dans le circuit et l’approximation d’un générateur idéal est largement suffisante. Dans d’autres cas il faudra prendre en cas cette résistance interne.

2 Formes du signal de la source

Pour fonctionner, certains composants nécessitent une tension qui ne varie pas avec le temps. D’autres une tension qui varie avec le temps, de manière periodique (c’est-à-dire avec un motif qui se répète à l’infini).

En fonction de la forme du signal que l’on veut, on doit choisir le générateur adéquat.

Les formes les plus connues sont la fonction constante et sinusoïdale. Parfois on peut avoir besoin d’un signal carré ou triangulaire.

2.1 Tension constante

En pratique, on pourra trouver le symbole du générateur de tension déjà vu plus haut, ou celui représenté ci-dessous. J’ai également représenté l’évolution de la tension à ses bornes en fonction du temps.

Sa tension ou force électromotrice est égale à E. On a donc U=E tout le temps. Et je pense vous l’aurez compris, puisque c’est vrai tout le temps, U n’évolue pas avec le temps et reste comme ça tout droit.

2.2 Tension alternative

On peut trouver des générateurs qui délivrent un signal sinusoïdal, triangulaire, carré suivant nos besoins.

Le symbole d’un générateur de tension sinusoïdal et sa forme avec le temps sont les suivants :

Au dessus du symbole, on note V₀ qui correspond à l’amplitude de la sinusoïde, c’est-à-dire sa valeur maximale.

La sinusoïde c’est la courbe en forme de vague que l’on voit à droite. La tension fait un va et vient entre -V₀ et V₀.

Ce signal est dit périodique : il se répète à l’infini. Le plus petit motif que l’on peut trouver s’appelle la période. Je l’ai appelé T et noté en rouge sur le graphique.

Il y a enfin une autre valeur à prendre en compte, c’est la phase, que j’ai noté φ. Elle nous renseigne sur la position du maximum de la sinusoïde par rapport à t=0. Je l’ai reporté également sur le graphique.

La phase est importante. Par exemple, si vous enregistrez votre ampli guitare avec deux micros, il faudra faire attention que les deux signaux soient en phase sinon les deux signaux vont pouvoir s’annuler, au lieu de s’ajouter. Ceci s’arrange facilement au niveau du mixage à condition de connaître ce phénomène.

En résumé, une sinusoïde a 3 paramètres indépendants : l’amplitude V₀, la période T (liée à la fréquence f) et la phase φ.

Mathématiquement, on met le signal sous la forme U(t) = V₀ sin(ωt+φ)

Mais, je vois un symbole dont on n’a pas parlé ??

 Tout à fait : ω c’est la pulsation. Oui, comme la « pulsation » du métronome.

En fait c’est tout à fait ça qui se passe. Le métronome c’est un signal périodique. Lorsqu’on le met à 60 à la noire, on le met à 60 BPM (beat per minut = coup par minute). Si on est à 60 coups par minutes, on a 60 coups en 60 secondes, on a donc 1 coup par seconde. Dire qu’on a 1 coup par seconde c’est la fréquence. Et la période, c’est raisonner à l’inverse : entre 2 coups s’écoule 1 sec.

Si on se place a 120 BPM, la fréquence est de 2 coups par seconde, et entre deux coups ont passé 1/2 seconde. Donc la période vaut 1/2 seconde. Oui ?

Par conséquent, nous avons la relation entre fréquence et période : f=1/T ou T=1/f

Et la pulsation dans tout ça ?

La pulsation c’est la fréquence, multipliée par une constante qui vaut exactement 2π, qui mathématiquement correspond à un angle de 360º. La pulsation, c’est donc une fréquence angulaire.

La période T se mesure en secondes (s), la fréquence f en coups par seconde c’est à dire en Hertz (Hz) et la pulsation ou fréquence angulaire en radian par seconde (rad/s).

2.3 D’autres formes d’onde

Finalement, je vous montre les formes d’ondes que j’ai commenté plus haut, c’est-à dire la fonction carrée et la fonction triangulaire. J’ai trouvé cette figure sur Wikipédia. En plus apparaît la fonction dents de scie parce qu’elle fait penser à une scie !

Cette illustration est intéressante, car on voit que les 4 fonctions ont la même période.

Conclusion

Voilà pour un aperçu général sur les générateurs et les formes du signal. Ce cours est utile pour comprendre les symboles des générateurs dans les circuit et leur rôle.

De plus, la fonction sinusoïdale est souvent celle que j’utilise pour simuler le signal de la guitare. Elle revient donc souvent dans ces articles.

Les autres fonctions sont très utilisées en musique électronique, citons par exemple le synthétiseur analogique de la marque Moog des années 60 qui utilise des oscillateurs capables de générer ce type de signal.

Cet article vous a plu ? Vous a t’il semblé suffisamment simple et clair ? N’hésitez pas à le commenter dans les commentaires, merci !!