Un circuit en série est un circuit dans lequel les composants sont reliés bout à bout de sorte qu’il n’existe qu’un seul chemin pour le courant. Le même courant traverse chaque élément, et la tension de la source se répartit entre les éléments proportionnellement à leurs résistances.
Learning objectives
- Calculer la résistance équivalente de résistances en série.
- Expliquer pourquoi le même courant traverse chaque élément en série.
- Calculer la tension aux bornes de chaque élément et vérifier leur somme.
- Reconnaître l’effet d’un circuit ouvert dans un chemin série.
Progressive explanation
Start with the plain-language idea, then move into the engineering detail. Each level stands on its own, so you can stop at the depth you need.
Beginner The core idea
Le courant est le même partout dans la boucle. Ce qui change, c’est la tension : chaque composant utilise une partie de la tension de la source, les résistances plus grandes en prenant une part plus importante. Additionnez les tensions de chaque composant et vous retrouvez la tension de la source.
Intermediate How it behaves in a circuit
Une propriété utile : la résistance totale d’une association en série est toujours supérieure à la plus grande résistance individuelle. Les composants réels ont des tolérances, donc la répartition calculée est nominale ; les tensions mesurées peuvent légèrement différer. Si un élément s’ouvre, le courant tombe à zéro et la tension totale de la source apparaît aux bornes du point ouvert, ce qui permet de localiser la coupure au voltmètre.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
À haute fréquence, l’impédance de chaque élément est complexe et la division de tension devient une relation de phaseurs. La résonance série se produit lorsque les réactances inductive et capacitive s’annulent, ce qui donne une impédance minimale et un fort courant à la fréquence de résonance. Dans les enroulements de machines, des groupes de bobines en série et en parallèle sont combinés pour obtenir la tension et le courant requis, et le couplage magnétique entre bobines fait que la simple addition des résistances ne décrit pas tout le comportement.
Formulas and variables
Units of measurement
| Quantity | Symbol | Unit |
|---|---|---|
| Résistance | R | ohm (Ω) |
| Courant | I | ampère (A) |
| Tension | V | volt (V) |
| Puissance | P | watt (W) |
Worked examples
Trois résistances en série
Problem. Une source de 12 V alimente 10 Ω, 22 Ω et 68 Ω en série. Calculer le courant et la tension aux bornes de chaque résistance.
Solution. R_eq = 10 + 22 + 68 = 100 Ω. I = 12/100 = 0,120 A. Tensions : V₁ = 0,120 × 10 = 1,20 V, V₂ = 0,120 × 22 = 2,64 V, V₃ = 0,120 × 68 = 8,16 V. Vérification : 1,20 + 2,64 + 8,16 = 12,00 V.
Circuit série avec des kilo-ohms
Problem. Une alimentation de 12 V est branchée sur 1,0 kΩ, 2,0 kΩ et 3,0 kΩ en série. Calculer le courant et la tension aux bornes de la résistance de 3,0 kΩ.
Solution. R_eq = 1,0 + 2,0 + 3,0 = 6,0 kΩ. I = 12/6 000 = 2,0 mA. V = I × R = 2,0 mA × 3,0 kΩ = 6,0 V. Les autres chutes valent 2,0 V et 4,0 V, pour un total de 12 V.
Practical applications
- Division de tension et réglage de référence
- Limitation du courant d’une chaîne de LED
- Boutons d’arrêt et interrupteurs de sécurité en série
- Chaînes d’accumulateurs en série
Automotive applications
Les connexions en série apparaissent dans les circuits d’interrupteurs et de capteurs : un contacteur de feux stop et un fusible sont en série avec la lampe, et l’un ou l’autre peut couper le circuit. Une coupure arrête le courant, et un voltmètre permet de la localiser en mesurant aux bornes de chaque élément alors que le circuit devrait être alimenté. Les chaînes de batteries sont aussi en série : les tensions s’additionnent et l’élément le plus faible limite la chaîne.
Industrial applications
Les circuits de commande industriels placent souvent les arrêts d’urgence, les interrupteurs de fin de course et les relais de sécurité en série afin que l’un d’eux puisse couper la bobine du contacteur. C’est un montage à sécurité positive : un contact ouvert supprime l’ordre de marche. Pour les hautes tensions, les dispositifs mis en série exigent une graduation de tension, car des fuites ou des capacités inégales peuvent soumettre un dispositif à une tension excessive.
Measurement procedure
- Mesurer le courant en tout point du chemin série ; il doit être identique partout dans la précision de l’appareil.
- Mesurer la tension aux bornes de chaque élément et les additionner ; la somme doit égaler la tension de la source dans une simple boucle série.
- Pour trouver un élément ouvert, mesurer la tension à ses bornes avec le circuit alimenté ; l’élément qui présente toute la tension de la source est probablement ouvert.
- Mettre le circuit hors tension avant de mesurer la résistance, et isoler les éléments pour que les chemins parallèles ne faussent pas la lecture.
Common mistakes
- Additionner les chutes de tension comme si la tension était la même aux bornes de chaque élément.
- Attendre un courant différent dans différentes parties d’un chemin série.
- Oublier qu’un circuit ouvert dans un chemin série arrête le courant partout.
- Additionner des résistances en parallèle alors qu’elles sont en réalité reliées bout à bout en série.
Safety considerations
- Un circuit en série n’est pas plus sûr parce qu’il n’a qu’un chemin ; tous les éléments peuvent être à un potentiel élevé par rapport à la terre.
- Lorsqu’un élément série s’ouvre, toute la tension de la source peut apparaître aux bornes de la coupure, ce qui constitue un danger d’électrocution.
- Isoler et vérifier l’absence de tension avant toute intervention, même si un interrupteur semble ouvert.