Les théories

Depuis des siècles, plusieurs physiciens et électriciens ont mis en place différents principes, théories et théorèmes dans ce domaine fascinant et complexe. Grâce aux contributions historiques de pionniers comme William Gilbert, Benjamin Franklin et James Watt, l'électricité et l'électronique reposent aujourd'hui sur des théories et des lois qui permettent d'analyser, de modéliser et de diagnostiquer le fonctionnement global des systèmes électriques et électroniques.

Qu'est-ce qu'une théorie ?

Une théorie, une loi en électricité ou en électronique est une modélisation mathématique du comportement des électrons dans :

• la matière,
• un matériau particulier,
• plusieurs couches superposées de différents matériaux, ou
• un circuit électrique complexe.

Ainsi, les bases de l'électronique comprennent l'ensemble des connaissances qui permettent de développer une base solide pour décomposer et comprendre le fonctionnement global des circuits électriques et électroniques. Elles permettent d'analyser et de comprendre le fonctionnement individuel des composants électroniques, ainsi que de diagnostiquer les pannes en cas de besoin.

Les lois de l'unicité des tensions et des courants

Dans un circuit électrique, la tension et l’intensité du courant varient selon le type de branchement : en série ou en dérivation. Ainsi, on distingue principalement deux lois : la loi d’unicité de l’intensité et la loi d’unicité de la tension. Dans la suite de ce cours, nous allons découvrir ce que disent ces deux lois d'unicité. Vos premières lois que vous allez découvrir avec Electro & Robot.

L’unicité de la tension

Lorsque deux dipôles ou plus sont branchés en dérivation, la tension aux bornes de chaque dérivation est la même. Ci-dessous, un exemple est détaillé pour mieux comprendre cette loi :

Ce qui donne : $$U_{AB}=U_{R1}=U_{R2}=U_{R3}$$

et pour les courant⁽¹⁾ :$$I_{tot}=I_1+I_2+I_3$$

L’unicité de l’intensité

Lorsque plusieurs composants électriques sont branchés en série sur une même branche, l'intensité qui parcourt l'un est exactement la même que celle qui parcourt les autres. Ci-dessous, un exemple est détaillé pour mieux comprendre cette loi :

Ce qui donne pour les courants : $$I_1=I_2=I_3 =I$$

et pour les tensions⁽²⁾ :$$U_{AB}=U_{R1}+U_{R2}+U_{R3}$$

La loi d'additivité

En électricité, la loi d’additivité est une troisième loi fondamentale qui décrit la relation entre les tensions ou les intensités du courant électrique dans un circuit, selon le type de branchement. Nous vous avons déjà présenté cette loi indirectement dans les deux montages précédents en vous écrivant la relation entre les intensités pour le montage en dérivation (1) et la relation des tensions pour le montage en série (2). Ainsi :

• Dans un circuit en série, la tension aux bornes de la source d'alimentation est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun des autres composants le constituant.

$$U_{AB}=U_{R1}+U_{R2}+U_{R3}$$

• Dans un circuit en dérivation, l'intensité du courant dans la maille, appelée aussi ranche, est égale à la somme des intensités des courants qui circulent dans chaque composant le constituant.

$$I_{tot}=I_1+I_2+I_3$$

Quelles sont les plus connues ?

Dans l'électronique moderne, nous pouvons citer les lois et les théories suivantes :

• Lois de Kirchhoff : la loi des mailles et la loi des nœuds nous permettent de calculer les différentes valeurs de tensions et de courants dans notre circuit électrique.
• La loi d'Ohm : la loi qui nous démontre la relation entre la résistance de la matière, l'intensité du courant électrique et la différence de potentiel (la tension électrique).
• Théorème de Millman : le théorème qui nous permet de calculer la tension à un nœud par rapport au reste des branches connectées à ce point.
• Théorème de superposition : ce théorème nous simplifie le calcul de la différence de potentiel aux bornes d'un dipôle à partir de la décomposition de notre circuit électrique en plusieurs sous-circuits alimentés à chaque fois par une seule source d'énergie.
• Théorèmes de Norton et de Thévenin : ces deux théorèmes permettent de modéliser n'importe quel circuit simple ou complexe par une source idéale de courant ou de tension associée à une charge résistive en série ou en dérivation.