La tension

Définitions

Je vous donnerai 4 définitions que j'ai entendu ça et la:
- Pour la définition de la tension, je ne vous la donne pas, vous la verrez plus tard
- Pour la définition de la tension, je ne vous la redonne pas, vous l'avez déjà vue
- La tension c'est ce que mesure le voltmètre
- La tension c'est la circulation du vecteur champ électrique

La meilleure définition c'est la dernière, mais il faut savoir ce qu'est un champ électrique, un vecteur et connaître l'opérateur "circulation" pour un vecteur. Il faut aussi savoir ce qu'est un vecteur. Bon, on ne définira pas vraiment la tension. C'est un peu comme une pression qui pousserait les électrons à aller voir ailleurs, mais c'est une mauvaise image.

L'unité de mesure est le volt (merci Mr Volta) et son abréviation est V.

En fait la tension d'un point n'existe pas vraiment c'est toujours la tension d'un point par rapport à un autre ou encore la différence de tension ente deux points. Si on dit que la tension du secteur est de 230V, c'est la mesure de la tension d'un fil de la prise par rapport à l'autre ou la différence de tension entre les deux trous. Et si on dit que la phase est à 230V, c'est un raccourci pour dire "la tension de la phase par rapport au sol".

Déjà que l'on ne définit pas la tension, on utilise en plus pour noyer la bête des synonymes: tension entre deux points, différence de potentiel, potentiel d'un point (par rapport à un autre). Tout cela est équivalent.

Dans un fil, il n'y a pas de tension (la loi d'Ohm nous le dit). On aura des tensions aux bornes des composants, de l'alimentation, entre deux points. Comme c'est une différence, les tensions ont un sens, comme pour les courants. Les tensions peuvent être négatives ou positives. On préférera souvent dessiner les sens pour que les tensions soient positives. La tension se représenta sur les schémas par une flèche entre les deux points. Est dessiné ci-dessous la tension du point A par rapport au point B, la tension entre A et B, la tension du point A moins la tension du point B (trois expressions équivalentes):

Souvent, on utilise la lettre U ou V pour désigner une tension. Si la tension est continue, on emploie en général une lettre majuscule, et pour une tension variable, on utilise soit u ou v en minuscule soit u(t) pour insister sur le fait que cette tension dépend du temps.

Dans l'exemple ci dessus, on emploie souvent V_R pour indiquer "la tension aux bornes de la résistance". Si on repère la tension par les points A et B, on écrira V_A-V_B ou V_AB

Une tension continue est une tension qui est toujours dans le même sens et qui devrait avoir une valeur constante. Comme les tensions qui nous intéressent sont limités dans le temps, on parle quand même de tension continue pour des tensions dont la valeur varie. Mais dans ce cas, la variation ne porte pas d'information.

Une tension alternative est une tension qui est tantôt positive, tantôt négative. Si la forme de cette variation est sinusoïdale, on parlera de tension sinusoïdale. C'est par exemple le cas de la tension aux bornes d'une prise. On parle aussi de tension en dents de scie ou de tension triangulaire si la tension croit linéairement (ou presque) pendant un certain temps et décroît linéairement (ou presque) pendant un deuxième temps et cela se répète. On parle de tension carrée si la tension prend deux valeurs alternativement. On parle quand même de tension carrée si les temps sont différents (et même que les deux côtés du carré n'ont pas les mêmes unités). On ne parle pas de tension rectangulaire. On parle aussi d'une impulsion de tension si cette dernière est quasi nulle en général et présente une montée brusque et un retour brusque à 0.

Mesurer une tension avec un voltmètre

Avec un multimètre, il faut bien entendu mettre le commutateur rotatif sur "V". Si on veut mesurer une tension continue (en fait on mesure la tension moyenne sur un temps d'environ 1s), il faut se mettre sur continu c'est à dire valider les lettres DC (Direct Courant = courant continu) ou symbole (représente la référence en pointillés et le signal continu en trait fort). Pour mesurer de l'alternatif (on mesure une tension efficace), il faut se mettre sur alternatif c'est à dire valider les lettres AC (Alternatif Courant) ou symbole (représente un signal sinusoïdal).

Pour mesurer une tension d'un point A par rapport au point B, il suffit de mettre le cordon noir du voltmètre sur le point B et sa borne rouge sur le point A. Il n'est pas besoin de modifier le circuit. En principe cela pose peu de problèmes. Pour les schémas, un voltmètre est un appareil de mesure et le dessin est un rond avec un V majuscule dedans (unité de mesure). On dessinera par exemple:

Loi des mailles

Une maille est un chemin fermé contenant des nœuds et des composants ou des fils. Si on parcours le nœuds dans un sens donné et que l'on ajoute les différentes tensions, on trouve 0V (la somme est la tension d'un point par rapport au même point):

La loi des maille dit: (V_A-V_C) +(V_B-V_A) +(V_C-V_B) = 0. Mais ici V_B-V_A et V_C-V_B sont tous deux négatifs. On préférera n'utiliser que des tensions positives et on va "inverser" ces deux dernières valeurs:

Et on écrira V_AC = V_BC + V_AB. En utilisant V_CC pour l'alimentation, V_LED pour la tension aux bornes de la led et V_R pour la résistance, on dessinera:

Et on écrira V_CC = V_LED + V_R

0V, GND et Masse

En général, on choisit le pôle moins de l'alimentation comme une référence pour les tensions et au leu de dire "la tension de ce point par rapport à la référence", on dit simplement "la tension de ce point". La référence est donc le 0V.

GND vient de ground, terre en français. C'est une équipotentielle (l'ensemble des fils au même potentiel) qui doit être reliée à la terre. C'est la troisième borne des prises de courant. Masse indique une surface de cuivre plus importante ou le boîtier métallique. Bien souvent, on n'a ni terre ni masse sur un montage mais si on en avait une, on la relirait certainement au 0V. Par abus de langage on emploie indifféremment 0V, GND et Masse pour désigner le potentiel le plus bas de la carte Arduino.

Dans le monde Arduino, sauf très rares exceptions, si on a des alimentations, des cartes, des servos... on relie ensemble toutes les broches GND.

V_CC et V_DD

Dans les expressions V_CC ou V_DD, doubler la lettre C ou D indique "la tension d'alimentation. C'est la tension positive. On devrait employer V_CC si on a des transistors bipolaires et V_DD si on a des transistors FET canal N. Maintenant c'est un peu compliqué et on emploie Aussi bien V_CC ou V_DD pour désigner notre 5V (ou 3,3V avec certaines cartes).

Pour aller plus loin

Quand la tension est variable, on utilise V_crête pour la tension instantanée maximale, V_{crête à crête} pour la différence de tension entre la tension instantanée maximale et la tension instantanée minimale, V_moy pour la tension moyenne, V_eff pour la tension efficace. La tension efficace est la valeur d'une tension continue qui dissipe la même puissance dans une résistance. Pour les tensions sinusoïdales pures c'est cette tension qui est donnée. Nous ne l'emploierons quasiment que dans ce cas. Dans ce cas on a V_crête=√2.V_eff. Pour le secteur qui est en 230V (efficace!), cela donne:

Vous avez peut être entendu le gros mot de 380V ou de 220V/380V. à partir de 1996, le 220V/380V à été remplacé par le 230V/400V. Le premier chiffre est la tension efficace d'une phase, le deuxième chiffre indique la tension entre deux phases si on a du triphasé.

Pour les signaux d'une Uno, on a soit du 5V soit du 0V. Et on n'utilise pas la tension crête à crête ni la tension efficace. Et on parlera plutôt de tension maximale au lieu de tension crête.