Les éléments non linéaires sont utilisés dans divers types de circuits électriques. Ils jouent un rôle important, mais leur utilisation nécessite une préparation adéquate de l'ensemble du système. Que sont les éléments non linéaires d'un circuit électrique et en quoi diffèrent-ils des éléments linéaires ?
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Quels sont les éléments d’un circuit électrique non linéaire ?
Le terme « éléments non linéaires » d'un circuit électrique désigne les éléments qui ne respectent pas le principe de proportionnalité entre courant et tension. Autrement dit, la caractéristique courant-tension de ces éléments n'est pas linéaire. La relation non linéaire ainsi formée entre courant et tension dépend de nombreux facteurs.
Une caractéristique des éléments non linéaires d'un système donné est l'absence de résistance constante. Celle-ci varie en fonction de la valeur du courant et de la tension dans le circuit. Cette propriété signifie que les éléments non linéaires peuvent se comporter différemment selon les conditions de fonctionnement.
Les éléments non linéaires, dans le contexte des caractéristiques courant-tension, ne forment pas une ligne droite, mais peuvent prendre des formes très variées. Un équipement électrique spécifique ou modulaire est nécessaire pour effectuer des mesures appropriées.
Éléments non linéaires dans les équipements électriques (exemples)
Les éléments non linéaires sont utilisés dans de nombreux circuits électriques. La diode, présente dans de nombreux appareils, en est un exemple. Elle assure le passage du courant de manière unidirectionnelle, dans le sens de conduction. En revanche, dans le sens inverse, elle est totalement bloquée. La non-linéarité de la diode est liée à ce passage unidirectionnel, car le courant circulant dans le sens de conduction augmente brusquement jusqu'à atteindre un certain seuil de tension.
Le deuxième exemple d'élément non linéaire est le transistor. Ceci s'applique aux modèles bipolaires et unipolaires. Selon les spécificités du système, ils peuvent fonctionner comme commutateurs ou amplificateurs. L'analyse des caractéristiques courant-tension montre que, dans le cas des transistors, la situation est très complexe. Elle dépend de facteurs tels que la tension de base ou la tension de grille. Dans ce cas, la non-linéarité résulte d'une variation trop faible de la tension de commande et d'un changement de courant important en sortie.
Un élément non linéaire dans le circuit peut également être un thyristor, une varistance ou agir comme un diac ou un triac.
La différence entre les éléments linéaires et non linéaires des circuits électriques
Lorsqu'on parle de la différence entre les éléments linéaires et non linéaires dans les circuits électriques, on peut noter que la différence fondamentale est liée à la relation entre le courant et la tension.
Les éléments linéaires sont les composants des systèmes électriques qui satisfont à la loi d'Ohm. Dans ce cas, la tension et le courant sont caractérisés par leur proportionnalité. Par conséquent, la création d'une caractéristique de tension (IV) crée une droite. La relation entre tension et courant est linéaire, ce qui signifie qu'une augmentation d'une valeur de paramètre entraîne toujours une augmentation équivalente de l'autre valeur. Par conséquent, ces relations peuvent être décrites à l'aide d'équations différentielles linéaires. Dans le cas des éléments linéaires, on observe une superposition, ce qui signifie concrètement que les réponses générées aux signaux d'entrée du système peuvent être additionnées.
Dans le cas des éléments non linéaires, la relation entre courant et tension n'est pas observée, ce qui entraîne la formation d'une fonction non linéaire de la caractéristique courant-tension. La formation de cette fonction est influencée par de nombreux facteurs externes, tels que la température ou le niveau de courant/tension. Pour décrire ces relations, il est nécessaire d'utiliser des équations mathématiques non linéaires. De plus, la loi de superposition n'est pas appliquée. En pratique, cela signifie que les signaux d'entrée ne peuvent pas être additionnés. Les variations ne sont pas proportionnelles.
Application des éléments non linéaires dans les circuits électriques
Les éléments non linéaires sont présents dans des secteurs comme l'électronique . Sous forme de diodes, ils sont utilisés dans les alimentations d'ordinateurs et les chargeurs d'appareils mobiles. Sous forme de transistors, ils sont utilisés dans les microprocesseurs et les amplificateurs audio.
On trouve également des éléments non linéaires dans les régulateurs d'éclairage, permettant le contrôle des moteurs, et dans les multiprises où ils agissent comme protection contre les surtensions. Ce sont des éléments utilisés dans les horloges numériques et comme générateurs de signaux. On les retrouve également dans les cellules photoélectriques ou les appareils photo numériques.
Les câbles d'installation forment un circuit électrique, mais ne sont pas non linéaires en eux-mêmes. Cependant, pour fonctionner dans de tels systèmes, ils doivent être correctement adaptés afin que l'ensemble du circuit fonctionne correctement et sans défaillance. Les câbles et les fils doivent pouvoir transporter des courants pulsés et résister aux interférences électromagnétiques. Leur rôle est de minimiser les chutes de tension susceptibles de perturber le fonctionnement des composants individuels. Les circuits comportant au moins un élément non linéaire doivent se caractériser par une résistance élevée aux surtensions et une protection contre la surchauffe, quelle que soit la source de tension.