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Caractéristiques courant-tension

Programmes : GCSE (I–V characteristics), 2de, Sek I, A-level, IB B.5

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Objectif

Mesurer les caractéristiques courant-tension d’une résistance, d’une ampoule à filament et d’une diode, et comparer leurs formes.

Le montage

Une seule source de 3 V alimente trois branches par les bus « + » (à gauche) et « − » (à droite) ; chaque branche comporte un ampèremètre et un voltmètre aux bornes du composant. En haut, une résistance de 100 Ω ; au milieu, une ampoule de 6 V / 3 W ; en bas, une diode avec une résistance de protection de 100 Ω.

Protocole

  1. Faites varier la tension de la source de 0 à 6 V par pas de 1 V.
  2. À chaque pas, notez les couples « tension — intensité » pour les trois composants.
  3. Tracez les trois graphiques \(I(U)\).
  4. Branchez la diode dans l’autre sens : intervertissez les fiches des deux câbles sur ses bornes — anode et cathode — et refaites les mesures.
Résultat attendu

À 3 V : la résistance — environ 2,78 V et 28 mA ; l’ampoule — environ 2,74 V et 314 mA ; la diode — environ 0,61 V et 22 mA (une vraie diode au silicium a une tension un peu plus élevée à cette intensité, environ 0,7 V). Le graphique de la résistance est une droite. La courbe de l’ampoule s’incurve : le filament chauffe et sa résistance augmente — environ 12 Ω à 6 V. La diode ne conduit presque pas en dessous de 0,5 V ; au-delà, l’intensité augmente brusquement, tandis que la tension à ses bornes reste d’environ 0,6–0,7 V. Avec la diode inversée, l’intensité dans la diode est nulle.

Questions

  1. Pourquoi la résistance de l’ampoule augmente-t-elle avec la tension ?
  2. Pourquoi une résistance est-elle branchée en série avec la diode ?
Réponses
  1. Le courant chauffe le filament, et la résistance du tungstène augmente avec la température : plus la tension est élevée, plus le filament est chaud. À 3 V, l’ampoule a une résistance de 2,74 V / 314 mA ≈ 8,7 Ω, à 6 V d’environ 12 Ω, et un filament froid n’a qu’environ un quinzième de sa résistance à plein éclat.
  2. Au-delà d’environ 0,6 V, l’intensité dans la diode augmente très fortement, et la diode elle-même ne la limite presque pas. La résistance de 100 Ω prend le reste de la tension et fixe l’intensité, environ 22 mA à 3 V ; sans elle, seules la résistance interne de 0,5 Ω de la source, l’ampèremètre et les câbles limiteraient l’intensité, qui atteindrait plusieurs ampères et détruirait une vraie diode.