Un diviseur de tension est un circuit de deux ou plusieurs résistances en série aux bornes d’une source, où la tension aux bornes d’une résistance est une fraction fixe de la tension de la source. Pour deux résistances, V_sortie = V_entrée × R₂ / (R₁ + R₂), où V_sortie est prise aux bornes de R₂.
Learning objectives
- Appliquer la formule du diviseur de tension à deux résistances.
- Calculer le courant du diviseur et la puissance dissipée dans chaque résistance.
- Expliquer comment une charge branchée modifie la tension de sortie.
- Choisir des valeurs de résistances adaptées à une charge et à une précision données.
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
Les diviseurs sont courants dans les circuits de capteurs, les réglages de référence et la mise à l’échelle de signaux. Mais un diviseur n’est pas une alimentation : si on branche une charge à sa sortie, elle appelle du courant et modifie la division. Cet effet de charge est l’une des limites pratiques les plus importantes d’un diviseur simple.
Intermediate How it behaves in a circuit
Lorsqu’une charge R_L est branchée aux bornes de R₂, la résistance inférieure effective devient R₂ || R_L, et V_sortie = V_entrée × (R₂ || R_L)/(R₁ + R₂ || R_L). Cette valeur est toujours inférieure à celle à vide. Pour une charge donnée, un diviseur à résistances plus faibles est plus « raide » mais appelle plus de courant et dissipe plus de puissance.
Advanced Limits, assumptions, engineering detail
Les diviseurs sont souvent suivis d’un amplificateur tampon pour isoler la charge, ou remplacés par un régulateur lorsque le courant de charge varie. En mesure haute tension, le diviseur doit être conçu avec des lignes de fuite, des distances d’isolement et des tensions nominales de résistances adaptées, et la résistance d’entrée du voltmètre fait partie du diviseur. Les diviseurs capacitifs servent aux mesures alternatives et impulsionnelles, où le rapport dépend des capacités.
Formulas and variables
Units of measurement
| Quantity | Symbol | Unit |
|---|---|---|
| Tension | V | volt (V) |
| Résistance | R | ohm (Ω) |
| Courant | I | ampère (A) |
| Puissance | P | watt (W) |
Worked examples
Sortie d’un diviseur à vide
Problem. Une alimentation de 12 V alimente R₁ = 10 kΩ en série avec R₂ = 4,7 kΩ, la sortie étant prise aux bornes de R₂. Calculer V_sortie.
Solution. V_sortie = 12 × 4,7/(10 + 4,7) = 12 × 4,7/14,7 = 56,4/14,7 ≈ 3,84 V.
Effet du branchement d’une charge
Problem. Une alimentation de 9,0 V alimente R₁ = 1,0 kΩ et R₂ = 2,0 kΩ. Calculer V_sortie à vide puis avec une charge de 10 kΩ aux bornes de R₂.
Solution. À vide : V_sortie = 9,0 × 2,0/3,0 = 6,0 V. En charge : R₂ || R_L = (2,0 × 10)/(2,0 + 10) = 20/12 ≈ 1,667 kΩ. V_sortie = 9,0 × 1,667/(1,0 + 1,667) = 9,0 × 1,667/2,667 ≈ 5,63 V.
Practical applications
- Mise à l’échelle de signaux de capteurs
- Tensions de référence et de polarisation
- Surveillance de tension de batterie
- Réseaux de rétroaction réglables
Automotive applications
Les diviseurs de tension apparaissent dans les circuits de capteurs et les entrées de calculateurs : une thermistance ou un potentiomètre forme un bras du diviseur, et le calculateur mesure la tension obtenue. Une masse défectueuse ou un chemin parallèle inattendu modifie le rapport du diviseur et produit une lecture de capteur plausible mais fausse. Les techniciens comparent la tension mesurée à la valeur attendue du diviseur et contrôlent les alimentations de référence et de masse avant de condamner le capteur.
Industrial applications
La mesure industrielle utilise des diviseurs pour ramener des tensions élevées dans la plage d’entrée des appareils, des entrées analogiques d’automates et des systèmes d’acquisition. Le conditionnement de signal ajoute souvent un tampon et un filtrage, car un diviseur nu a une impédance de sortie relativement élevée et est sensible au bruit et à la capacité du câble. Pour les mesures haute tension liées à la sécurité, l’isolation et les tensions nominales des résistances font partie de la conception.
Measurement procedure
- La résistance d’entrée du voltmètre se place en parallèle avec la résistance inférieure et abaisse la tension mesurée.
- Utiliser un appareil à haute impédance, ou tenir compte de sa résistance lorsque les résistances du diviseur ont des valeurs comparables.
- Mesurer ensemble la tension d’entrée et la tension de sortie, car l’entrée peut chuter en charge.
- Contrôler les deux résistances et la connexion de masse : une résistance supérieure ouverte donne une sortie nulle, une résistance inférieure ouverte donne toute l’entrée.
Common mistakes
- Ignorer la charge et utiliser la formule à vide pour une sortie chargée.
- Permuter R₁ et R₂ alors que la sortie est attendue aux bornes de l’autre résistance.
- Vouloir alimenter une charge avec un diviseur au lieu d’un régulateur ou d’un tampon.
- Choisir des résistances si élevées que la résistance de l’appareil ou de la charge domine le résultat.
Safety considerations
- Un diviseur n’assure pas l’isolation par rapport à l’entrée ; tout le réseau peut être à un potentiel dangereux.
- Vérifier la tension nominale des résistances, surtout dans les diviseurs haute tension.
- Tenir compte de la dissipation de chaque résistance ; une résistance sous-dimensionnée peut surchauffer même dans un diviseur à faible courant.