Source de tension idéale

Une source de tension fournit une tension fixe à sa sortie. Une prise murale en est un exemple. La tension à cette prise est toujours de 230 V, quel que soit le récepteur branché. Des récepteurs comme un sèche-cheveux tirent beaucoup de puissance de la prise. Un chargeur de téléphone en tire nettement moins. Comme la tension est toujours la même, une grande puissance nécessite un courant élevé.

Une source de tension idéale a une tension de sortie indépendante du courant qui sort de la source.

Modélisation

Dans un schéma électrique, une source de tension est dessinée comme un cercle traversé d’un trait vertical. À côté de ce symbole, il faut toujours indiquer une flèche pour le sens de la tension de la source ainsi qu’un repère. La source possède deux bornes, au-dessus et au-dessous du cercle, auxquelles d’autres composants peuvent être raccordés.

Les composants reçoivent généralement un indice dans leur repère, afin de pouvoir distinguer plusieurs composants du même type. On a alors par exemple R₁, R₂, R₃, etc.

Dans ce tutoriel, l’indice 0 est utilisé pour les sources ; c’est pourquoi la variable U₀ désigne la valeur de la tension de la source. Le modèle d’une pile de 9 V aurait donc une tension U₀ = 9 V.

Au-dessus et au-dessous de la source se trouvent des potentiels électriques différents. La source de tension contient des charges séparées. Pour la pile de 9 V, le potentiel au-dessus de la source φ_o est supérieur de U₀ = φ_o – φ_u = 9 V au potentiel au-dessous de la source φ_u. Souvent, le potentiel au-dessous de la source est défini comme le plus bas potentiel du circuit, c’est-à-dire comme masse avec φ_u = 0 V. La source de tension garantit seulement qu’une tension existe entre ses bornes ; elle ne définit pas le niveau absolu des potentiels à ses bornes.

Dans un exemple, une résistance R = 9 Ω est branchée comme récepteur sur cette source de tension idéale U₀ = 9 V. On représente ce circuit simple dans un schéma de la manière suivante : la source de tension est reliée à la résistance par des conducteurs.

Pour la résistance, on a alors :

Simulation

Si l’on branche une résistance R = 1 Ω, la tension aux bornes de la résistance reste U_R = 9 V, car la tension de la source est indépendante de la charge. Mais le courant vaut maintenant :

Le courant qui sort de la source dépend donc de la charge.

On peut se représenter une source de tension idéale comme un réservoir infini de charges séparées, qui ne se vide jamais. Les charges positives du compartiment supérieur traversent le récepteur pour aller dans le compartiment inférieur vide.

Les sources de tension sont par exemple la prise, une pile ou les alimentations de laboratoire des travaux pratiques.