Situation problème
Le neveu de TAMO lui pose cette question, comment procéder pour prélever dans un circuit avec une tension de 15 V une tension de 5 V?
Aide-le à répondre à cette question

Un dipôle est un composant électronique possédant deux pôles ou bornes.

Exemples : les lampes, les générateurs, les piles, les diodes, les DEL, les résistances, les moteurs…

Si I est l’intensité de courant qui entre par une borne et sort par l'autre, et U la tension entre ces deux bornes, on définit la «caractéristique du dipôle» comme la relation qui relie \(I\) et \(U\).
Contrairement au dipôle actif, un dipôle passif est tout dipôle dont la caractéristique passe par l'origine (\(I = 0\), \(U = 0\)) c’est-à-dire qu’en l'absence de courant, les deux bornes sont au même potentiel.
Ce type de dipôle ne peut pas fournir d'énergie électrique, mais seulement en consommer.

Exemple le conducteur ohmique est donc un dipôle linéaire passif.

Un dipôle est commandé lorsque la grandeur la caractérisant dépend de la grandeur d'un autre composant ou d'un circuit.
On distinguera les dipôles commandés manuellement et le dipôle commandés électriquement.

I Les dipôles commandés manuellement : Le rhéostat

Un rhéostat est un résistor dont la résistance est réglable manuellement.
Il est muni d’un curseur qui permet de le commandé manuellement c'est-à-dire de partager sa résistance en deux fractions ou de diviser la tension qui le traverse.
En effet, \(U = RI \Rightarrow \) \(I = \frac{U}{R}\)
Soit \({U_2} = {R_2}I = \frac{{{R_2}}}{R}U\) \( = \frac{{{R_2}}}{{{R_1} + {R_2}}}U\)
Les rhéostats sont utilisés pour le réglage de puissance des moteurs à courant continu, les postes de soudage ou les générateurs électriques.

II Les dipôles commandés électriquement

II.1 Le relais électromagnétique

Un relais électromagnétique est un composant électronique constitué d'un électroaimant servant à ouvrir ou a fermé un contact mécanique.
C’est un appareil de commutation car il fonctionne pour isoler ou changer l'état d'un circuit électrique.
Le principe de fonctionnement des relais à 4 broches est le suivant :
• Lorsque la bobine n'est pas alimenté le contact reste ouvert;
• Lorsque la bobine est alimentée le contact se ferme.
La bobine peut être excité avec des tensions continues (5V; 9V ou 12V) et les contacts connectés aux tensions alternatives (220V-50Hz).
Les relais permettent de commander un courant de forte intensité avec un courant de faible intensité protégeant ainsi les systèmes de commande.
Le relais électromagnétique peut servir d'interface de puissance pour la commande :
• des lampes ;
• des moteurs ;
• des sonneries...

II.2 La varistance

Une varistance VDR (Voltage Dependant Resistor) est une résistance dont la valeur varie en fonction de la tension appliquée à ses bornes.

Les varistances sont composées d'oxydes métalliques (oxydes de zinc ZnO pour les dernières générations, le carbure de silicium (SiC) pour les versions antérieurement)
Elle a sa caractérise intensité tension non linéaire et est utilisée aujourd'hui principalement pour faire des parafoudres.
En effet, lorsque la tension à ses bornes diminue la résistance augmente et inversement.
Elle est utilisée
• Pour stabilisation de la tension ;
• L’écrêtage ;
• L’absorption des phénomènes transitoire ;
• La protection de moteur ;
• L’utilisation en parafoudre.

II.3 La diode à jonction

Une diode à jonction est un composant électronique qui laisse passe le courant dans un seul sens.
Le sens passant du courant est dit direct, l'autre sens est dit inverse.
La diode est constitué d'un boitier généralement cylindrique et possédant deux électrodes appelées anode (A) et cathode (C).
Sur le boîtier, la cathode s'identifie par un trait verticale qui se trouvent de son côté.
Caractéristique courant-tension \(I = f( U )\) d’une diode
La caractéristique courant tension de la diode est la courbe qui traduit l'évolution de la tension \(U\) aux entre ses fonction de l'intensité \(I\) du courant qui la traverse.
• Zone \(OC\) : la diode est soumise à une tension (U) inférieure à la tension de seuil (Uo), mais aucun courant ni circule : c’est la zone de blocage direct.
• Zone \(CB\) : dans cette zone, un léger courant circule dans la diode : c’est la zone du coude.
• Zone \(BA\) : le courant devient de plus en plus important : c’est la zone de conduction ou Zone linéaire.
• Zone A : \(I \to \infty \) pour une faible variable de la tension, le courant croît fortement : c’est la zone de claquage directe.
• Zone OD : la diode ne conduite pas (\(Id \sim 0\)) : c’est la zone de blocage inverse.
• Zone DF : pour une petite variation de la tension, on a une grande variation du courant : c’est la zone de claquage inverse.
On rencontre différents types de diodes :
• Diodes de redressement.
• Diodes schottky.
• Diodes varicap.
• Diodes électroluminescentes.
• Photodiodes.
Il est rare qu’un montage électrique ne comporte pas une ou plusieurs diodes. Ils permettent de réaliser des montages tel que :
• Montage écreteurs.
• Les doubleurs de tension.
• Redressement.
Une diode soumise à une tension inverse se comporte comme une résistance très grande à condition que :
• La température ne soit pas excessive (claquage thermique)
• La tension ne soit pas excessive (claquage inverse) celui–ci est destructif si l’intensité n’est pas limité par un dispositif externe.
• Le champ électrique dans la jonction ne soit pas trop élevé (claquage par effet Zener).

II.4 Le transistor bipolaire

En électronique, Le transistor est l’une des plus grande découverte du 20 siècle car elle a permis à l'industrie des semi-conducteurs de se développer plus rapidement. Il est aussi à l'origine des produits connexes tels que : les microprocesseurs ou des circuits intégrés de manière générale et de certains dispositifs optoélectronique.

Un transistor est un composant électronique a semi-conducteur qui sert à amplifier le courant ou obtenir un courant quand il est commandé en tension.

Il s'agit d'un tripôle actif qui possède trois électrodes :
• La base (B) ;
• Le collecteur (C) ;
• L'émetteur (E).
Aspect physique d’un transistor bipolaire
Principe de fonctionnement d’un transistor bipolaire
Soit le schéma de la figure ci-dessous :
A partir du schéma ci-dessus on a les équations suivantes :
\(\left\{ \begin{array}{l} {I_C} = \beta {I_B}\\ {I_E} = {I_C} + {I_B}\\ {V_{CE}} = {V_{CB}} + {V_{BE}}
\end{array} \right.\)
\(\beta \) : gain en courant ou coefficient d'amplification
Le réseau de caractéristiques est l'ensemble de caractéristiques qui montre les variations de tensions et de courants du transistor les uns en fonctions des autres.
Nous avons donc dans ce réseau les caractéristiques suivantes :
• La caractéristique de sortie : \({I_C} = f({V_{CE}})\) ;
• La caractéristique de transfert en courant \({I_C} = f({I_B})\) ;
• La caractéristique d'entrée : \({I_B} = f({V_{BE}})\) ;
• La caractéristique de transfert en tension : \({V_{BE}} = f({V_{CE}})\).