La tension est un sujet simple en apparence, mais extrêmement complexe. Ces 7 faits pourraient vous surprendre !
En surface, la tension est un sujet simple, mais extrêmement complexe, avec des milliers de scénarios impliquant les forces invisibles du flux électronique autour de nous. Voici sept faits que vous devriez connaître sur la tension.
1. La tension n’est pas une quantité unique, mais une différence entre deux valeurs distinctes.
Il est assez facile de demander : « Quelle est la tension à ce point dans le circuit ? » En effet, si quelqu’un pose une telle question, vous pourriez supposer qu’il s’agit par rapport à la terre principale ou au côté négatif de la batterie ou de l’alimentation. Mais le concept lui-même est très important : nous ne pouvons pas simplement avoir une tension à un certain point dans un circuit.
Les défaillances proviennent toujours d’une mauvaise quantité de courant à un endroit dans un circuit. Peut-être qu’un fil cassé signifie zéro courant. Ou un problème de surchauffe provoque trop de courant. Si nous souhaitons localiser le problème, nous devons pouvoir distinguer entre les termes « tension à un point dans un circuit » (encore une fois, avec la référence à la terre/neutre supposée) et le terme « tension à travers un appareil dans le circuit ».
L’essentiel est de savoir où le fil COM noir du multimètre doit être placé.
Figure 1. Deux sondes de test sont essentielles pour mesurer la tension, contrairement aux mesures de pression, où la tension est souvent assimilée.
2. La tension est présente en permanence partout.
Lorsque vous vous promenez dans votre maison, vous ne pensez pas souvent à la tension étant présente dans et autour de chaque objet, mais c’est vrai. Il existe des industries entières consacrées à résoudre le problème de l’électricité statique, qui peut placer de fortes tensions sur des objets aléatoires, attendant juste un contact pour générer une étincelle rapide et se décharger.
Cela est souvent inoffensif, mais voici trois endroits où cela pose problème : un enfant glissant sur un toboggan en plastique, une pompe à essence avec des vapeurs inflammables qui vous entourent, et un circuit informatique sensible et non protégé. Le toboggan est le plus fréquemment ressenti, mais la pompe à essence et le circuit peuvent être bien plus dangereux et coûteux. Rappelez-vous simplement que vous avez toujours de la tension. L’air a de la tension, et chaque objet a de la tension. Lorsque cela est nécessaire, comprenez comment toucher correctement un objet qui vous ramènera à la même tension que les environs (ou vous mettre à la terre) avant de provoquer accidentellement une étincelle au mauvais endroit.
3. La tension est liée au courant, mais ne dépend pas du courant.
La loi d’Ohm relie tension, courant et résistance dans une relation linéaire. Avec la résistance d’une charge maintenue constante, la tension et le courant sont directement liés ; doublez la tension, et vous doublerez le courant. Cependant, vous pouvez avoir de la tension sans avoir de courant dans le circuit, et la loi d’Ohm semble alors se briser. Ce fait est le plus évident dans les circuits ouverts, où la résistance presque infinie est multipliée par le courant zéro, et la tension devrait également être zéro. Pourtant, nous mesurons la tension à travers le circuit ouvert et nous verrons une valeur finie.
En présence d’un circuit ouvert, nous mesurons en fait la « tension potentielle », pas la tension tombée par l’énergie dissipée dans une charge.
Figure 2. Cette batterie, qui représente un circuit « ouvert » simple, a certainement encore une tension mais aucun courant.
4. Les voltmètres ne peuvent pas toujours afficher la tension exacte.
Les voltmètres numériques sont limités par un taux de rafraîchissement, donc chaque petit pic ou chute de tension ne sera ni mesuré ni affiché. Les compteurs analogiques, bien qu’ils n’aient pas un taux de rafraîchissement, prennent du temps pour réagir aux changements, donc ils ne pourront pas montrer les variations rapides de tension. Pensez plutôt à eux comme montrant la « tension moyenne » au cours de la dernière seconde.
La plupart du temps, cette moyenne roulante est tout à fait acceptable. Mais si vous devez vraiment mesurer des signaux à grande vitesse, l’instrument de choix serait un oscilloscope, affichant des profils d’onde avec une précision temporelle allant jusqu’à des milliards d’échantillons par seconde !
5. La véritable tension tombée à travers un composant ne peut pas être mesurée.
Lors de la mesure de la tension, une petite quantité de courant traverse le voltmètre de +V à COM. Lorsque vous essayez de mesurer la tension d’une borne ou d’une charge, il y a un peu d’électricité supplémentaire qui passe par le compteur, et en ce qui concerne le circuit, cela signifie que la résistance de la charge vient de baisser un peu. Ce n’est pas grand-chose, mais c’est suffisant pour changer le circuit.
La plupart du temps, ce petit changement est sans conséquence pour un électricien, et il n’est même pas digne de discussion. Mais existe-t-il des circuits dans lesquels cela pourrait être significatif ? Oui. Dans les circuits à haute résistance, comme les semi-conducteurs, la résistance des dispositifs peut être assez proche de celle du voltmètre (peut-être la résistance à l’état-off d’un MOSFET). Si la résistance équivalente de ce compteur est soudainement introduite, la résistance de la charge tombe à la moitié, et le courant à travers le circuit double ! Lorsque nous parlons de millions d’ohms de résistance, ce n’est toujours pas beaucoup de courant, mais les résultats affichés sur le compteur ne dépeindraient certainement pas la bonne image !
Figure 3. À gauche, nous voyons une mesure simple de tension d’une résistance en série. Mais à droite, le seul changement est qu’un autre voltmètre a été placé à travers l’autre résistance. Ce voltmètre fait une énorme différence !
6. Des arcs peuvent être produits même à partir de batteries basse tension.
Je suis très rarement électrisé par un outil de mesure. Mais la première fois que cela m’est arrivé (non sans coïncidence), c’était seulement quelques minutes avant que je comprenne vraiment comment fonctionne un multimètre d’isolement (méga-ohmmètre) !
Lorsque la tension DC produite par une batterie est convertie en AC par un onduleur, elle peut être envoyée à un transformateur comme n’importe quel autre signal AC. Cela peut très bien être un transformateur élévateur, convertissant les maigres 6-9 volts des batteries AA en plus de 500 voire 1000 volts. Et cela est certainement suffisant pour produire une tension d’arc visible et assez pour réveiller un jeune ingénieur curieux.
Heureusement, la puissance totale d’une étincelle provenant de quelques batteries AA est très faible, il est donc peu probable que cela soit dangereux. Cependant, cela vous enseigne à respecter les lois de l’électricité et à être très prudent sur la manière dont vous placez vos mains pour tenir les sondes du multimètre sur le dispositif.
7. La tension peut persister pendant des années.
Vous savez cela ; vous avez acheté des batteries au magasin qui ont une date d’expiration se situant dans des années dans le futur, peut-être même une décennie. Cependant, certains appareils peuvent stocker une quantité massive d’énergie. Si leur design est de haute qualité, il peut falloir plusieurs décennies pour que cette tension se dissipe finalement à travers la résistance du circuit, de l’air, ou des matériaux des appareils.
Un coupable notoire est les condensateurs. Si les grands condensateurs utilisés dans des dispositifs comme les variateurs de moteur et les anciens téléviseurs à tube cathodique sont stockés dans un environnement sec et modéré, et s’ils ne contiennent pas une sorte de résistance de dissipation lente, ils peuvent conserver de l’énergie pendant très longtemps.
Si vous tombez sur un grand condensateur, mesurer la tension à travers les bornes ne prend qu’un instant. S’il conserve une charge, vous pouvez connecter une résistance de haute valeur (comme 100k à 1M) à travers les bornes et regarder lentement se décharger jusqu’à ce que la tension disparaisse.
Figure 4. Pour s’assurer qu’un ancien condensateur est sûr, assurez-vous de mesurer la tension. S’il y en a, laissez le voltmètre connecté ou installez une résistance jusqu’à ce que la tension tombe à zéro.
Pour réussir en électronique, vous n’avez pas besoin de tout savoir sur l’électricité, vous devez juste être assez intelligent pour continuer à apprendre de vos erreurs.