2. Was ist ein Potentiometer?

Le potentiomètre en trois points

Étape 1 : Point de départ résistance électrique

L'électrotechnique connaît une multitude de composants qui peuvent former ensemble un circuit électronique. L'un des composants passifs les plus connus est la résistance électrique, avec laquelle presque tous les élèves ont fait connaissance en cours de physique. Dès 1821, Georg Simon Ohm a formulé la loi d'Ohm, qui stipule que la résistance électrique (R) d'un matériau est le quotient de la tension électrique (U) et du courant électrique (I). L'Ohm est utilisé comme unité au niveau international. Dans les schémas électriques, on utilise un rectangle pour la résistance, qui dispose d'une connexion de part et d'autre. D'une manière générale, on peut considérer la résistance électrique comme une sorte de frein pour le courant électrique. Son mode d'action peut être expliqué très clairement avec l'analogie du tuyau d'eau :

Si l'on pousse de l'eau à travers un tuyau à une certaine pression, une certaine quantité d'eau s'écoule par unité de temps. Si l'on augmente la pression, une plus grande quantité d'eau s'écoule, et inversement, si l'on diminue le diamètre du tuyau, l'eau s'écoule moins.

Dans ce modèle, la pression correspond à la tension électrique, la quantité d'eau correspond au courant et le tube lui-même (sa longueur et son diamètre), représente la résistance.

Étape 2 : Application du montage potentiométrique (diviseur de tension)

Il existe des cas d'application dans lesquels on veut réduire une tension électrique d'un certain facteur constant. Pour ce faire, il suffit de connecter deux résistances, appelées ici R1 et R2, en série. La tension d'entrée Ue est appliquée aux bornes des deux résistances et la tension de sortie (plus faible) Ua est prélevée aux bornes de la résistance R2. Le schéma suivant montre le circuit correspondant :

Principe du diviseur de tension

Ce type de diviseur de tension est également appelé circuit potentiométrique. Nous avons donc déjà notre premier effet d'annonce :

Un potentiomètre doit avoir quelque chose à voir avec un diviseur de tension !

Il manque cependant encore une propriété importante à notre diviseur de tension, car les valeurs des deux résistances, et donc le rapport de division, sont fixes ! Or, avec un potentiomètre, on peut tourner un axe ou déplacer un bouton pour effectuer une modification. Voyons donc ce qui se passe ensuite.

Étape 3 : l'utilisation de potentiomètre comme diviseur de tension réglable

Parfois, on souhaite également pouvoir modifier le rapport de division d'un diviseur de tension. Il faut alors manipuler la valeur d'au moins une, mais de préférence des deux résistances. En pratique, la résistance est munie d'une troisième connexion reliée à une partie coulissante. Ce contact coulissant, appelé curseur, divise la piste de résistance en deux résistances partielles. La somme de ces deux résistances correspond toujours à la valeur de la résistance totale. L'image suivante illustre le principe :

Structure de principe d'un potentiomètre en couches

Si le curseur se trouve au milieu, les résistances partielles ont la même valeur. Si le curseur se trouve sur un quart de la longueur de la piste, une résistance a 25% de la résistance totale et l'autre 75%. Grâce au curseur sur la piste de résistance, une modification constante du rapport de résistance est donc possible. Nous en arrivons ainsi à notre deuxième effet "Eureka", qui nous amène à la conclusion suivante :

Un potentiomètre est un diviseur de tension variable composé de deux résistances.

De par sa construction, le potentiomètre est donc constitué d'un montage en série de deux résistances variables dont la somme présente une valeur toujours constante. Ces connaissances nous ont permis de comprendre ce qu'est réellement un potentiomètre. C'est un diviseur de tension réglable. Mais ce composant peut faire encore plus ! Si l'on ne connecte que le curseur et l'une des deux bornes, on obtient une résistance réglable. Ainsi, on peut toujours utiliser des potentiomètres lorsqu'il s'agit de faire varier en continu une tension ou une valeur de résistance.