Loi d’Ohm et pont diviseur de tension
Modifiez la tension et les résistances et observez comment circule le courant et comment se répartit la tension. La couleur des fils indique leur potentiel.
La loi d’Ohm
La loi d’Ohm relie les trois grandeurs de base d’un circuit : la tension U (en volts), qui pousse les charges ; le courant I (en ampères), la quantité de charge qui passe par seconde ; et la résistance R (en ohms), qui s’oppose à leur passage.
U = R · I I = U / R R = U / I
Une analogie utile est l’eau dans un tuyau : la tension est la pression, le courant le débit et la résistance un rétrécissement. Avec plus de pression, il passe plus d’eau ; avec un tuyau plus étroit, moins. Sur la courbe courant-tension, une résistance est une droite de pente 1/R.
Puissance
L’énergie que la résistance transforme en chaleur chaque seconde est la puissance P = U · I = R · I², en watts. C’est pourquoi les résistances ont une puissance maximale : une résistance courante de 1/4 de watt grille si elle doit en dissiper davantage.
Le pont diviseur de tension
Avec deux résistances en série, le même courant les traverse et la tension de la pile se répartit proportionnellement à leur valeur. La tension aux bornes de R2 vaut :
Vout = Vin · R2 / (R1 + R2)
Le pont diviseur est partout : lecture de capteurs résistifs (lumière, température), adaptation de niveaux logiques de 5 V à 3,3 V ou polarisation d’un transistor. Attention : si vous branchez une charge en sortie, elle se retrouve en parallèle avec R2 et la tension chute ; c’est pourquoi un diviseur ne remplace pas une alimentation.
Questions fréquentes
Quelle résistance faut-il pour une LED ?
On applique la loi d’Ohm à la tension excédentaire : R = (Valim − VLED) / I. Pour une LED rouge (environ 2 V) à 20 mA sous 5 V, R = (5 − 2) / 0,02 = 150 Ω. Les LED bleues et blanches ont une chute d’environ 3 V : sous 5 V, environ 100 Ω suffisent. Si le résultat n’est pas une valeur normalisée, prenez la valeur supérieure.
Quelle puissance doit supporter la résistance ?
Calculez la puissance dissipée avec P = I² · R ou P = V² / R et choisissez une résistance qui supporte au moins le double. Dans l’exemple de la LED, P = 0,02² × 150 = 0,06 W : une résistance courante de 1/4 W suffit largement. Sous-dimensionnée, elle chauffe et peut griller ou changer de valeur.
Comment passer de 5 V à 3,3 V avec un pont diviseur ?
Avec Vout = Vin · R2 / (R1 + R2), il faut que R2 soit le double de R1 : par exemple, R1 = 10 kΩ et R2 = 20 kΩ donnent 3,33 V. Cela convient pour adapter un signal logique de 5 V à l’entrée d’un microcontrôleur en 3,3 V, mais pas pour alimenter un circuit : dès que la charge consomme du courant, la tension de sortie chute.
La loi d’Ohm est-elle toujours vérifiée ?
Seulement pour les matériaux dits ohmiques, comme les résistances et les fils métalliques à température constante. Une LED ou une diode ne la suit pas : le courant croît de façon exponentielle avec la tension. Une ampoule à filament non plus, car sa résistance augmente fortement en chauffant. On peut toutefois utiliser R = V / I en chaque point de fonctionnement.