Introduction

Bienvenue sur notre page dédiée à la tension électrique, un pilier fondamental de l'électronique. Chez siliquarzt, nous nous engageons à vous faire comprendre son utilisation essentielle dans tous les circuits électroniques. Plongez dans un cours complet, conçu pour être clair et accessible, et découvrez comment cette force invisible alimente le monde qui nous entoure.

Vous vous demandez comment mesurer correctement la tension dans un circuit électronique et surtout, comment interpréter ces chiffres ? C'est une question fréquente, et notre mission est de vous donner les connaissances nécessaires. Grâce à ce guide, vous apprendrez les techniques de mesure précises et développerez votre capacité à analyser les données pour un dépannage efficace de vos circuits.

Notre approche unique réside dans la simplicité. Nous avons conçu ce cours complet sur la tension électrique pour être facilement compréhensible, même pour les débutants. Oubliez le jargon complexe ; nous vous proposons des explications claires et des exemples pratiques pour que vous maîtrisiez rapidement les concepts essentiels. siliquarzt, c'est l'assurance d'un apprentissage sans prise de tête.

La tension électrique est l’une des grandeurs fondamentales de l’électricité et de l’électronique. Avec l’intensité du courant, la résistance et la puissance, elle permet de comprendre le fonctionnement d’un circuit, d’effectuer des mesures et surtout de diagnostiquer une panne électronique. Dans un circuit, la tension représente une différence de potentiel électrique entre deux points. Cette différence de potentiel peut provoquer le déplacement des charges électriques lorsqu’un chemin conducteur existe.

Pour le technicien en électronique, savoir mesurer et interpréter une tension est indispensable. Une tension absente, trop faible, trop élevée ou instable permet souvent de localiser rapidement l’origine d'un dysfonctionnement.

1. Définition de la tension électrique

La tension électrique correspond à la différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit.

Elle est généralement représentée par la lettre :

U

Son unité est le volt, dont le symbole est :

V

On peut écrire :

U = 5 V

Cela signifie qu’il existe une différence de potentiel de 5 volts entre les deux points considérés.

Une tension n’existe donc pas « en un point » de manière absolue : elle est toujours définie entre deux points. En électronique, on utilise très souvent la masse GND comme point de référence.

2. Analogie avec un circuit hydraulique

Pour comprendre simplement la tension, on peut comparer un circuit électrique à un circuit hydraulique.

Dans un réseau d’eau :

• la pression pousse l’eau ;
• le débit indique la quantité d’eau qui circule ;
• les restrictions des tuyaux s’opposent à son passage.

Dans un circuit électrique :

• la tension joue un rôle comparable à une différence de pression ;
• l’intensité représente le débit de charges électriques ;
• la résistance s’oppose au passage du courant.

Cette analogie est utile pour débuter, mais elle possède ses limites : une tension électrique est précisément une différence d’énergie potentielle électrique par unité de charge.

3. Origine physique de la tension

Une source électrique fournit de l’énergie aux charges électriques et crée une différence de potentiel entre ses bornes.

Une pile, par exemple, utilise des réactions chimiques pour maintenir cette différence de potentiel.

Une alimentation de laboratoire transforme l’énergie provenant du secteur afin de fournir une tension adaptée au circuit électronique.

Un générateur peut également produire une tension par conversion d’énergie mécanique en énergie électrique.

Ainsi, différentes technologies peuvent produire une tension :

• piles et batteries ;
• alimentations électriques ;
• générateurs ;
• alternateurs ;
• cellules photovoltaïques ;
• convertisseurs DC/DC ;
• régulateurs de tension.

4. Le volt

L’unité officielle de la tension est le volt (V).Dans le domaine électronique, on rencontre également des sous-multiples et multiples. Voir le tableau ci contre.

Exemples :

500 mV = 0,5 V

3 300 mV = 3,3 V

12 V = 12 000 mV

Les millivolts sont particulièrement importants en électronique, notamment pour l’analyse de faibles signaux ou de petites chutes de tension.

5. Différence de potentiel

Prenons deux points A et B d’un circuit.

La tension entre A et B peut être exprimée par :

UAB = VA − VB

Si :

VA = 12 V

et :

VB = 5 V

alors :

UAB = 12 − 5 = 7 V

La tension entre les deux points est donc de :

7 V

Si l’on inverse les pointes de mesure :

UBA = 5 − 12 = −7 V

Le signe indique donc également la polarité de la mesure.

6. La référence de potentiel et la masse

Dans de nombreux circuits électroniques, un point est choisi comme référence :

0 V

Il est généralement appelé :

GND — Ground — Masse

Toutes les autres tensions du circuit peuvent alors être exprimées par rapport à cette référence.

Un circuit numérique peut par exemple comporter :

GND = 0 V

+1,2 V

+1,8 V

+3,3 V

+5 V

+12 V

Lors d’un diagnostic, le technicien place généralement la pointe noire du multimètre sur GND et utilise la pointe rouge pour contrôler les différentes lignes d’alimentation.

Attention toutefois : toutes les masses ne sont pas nécessairement équivalentes dans tous les appareils. Certains circuits possèdent des masses séparées, flottantes ou isolées.

7. Tension continue — DC

Une tension continue conserve normalement une polarité déterminée.

Elle est appelée :

DC — Direct Current

Même si DC signifie littéralement « courant continu », l’expression est couramment utilisée pour qualifier une alimentation ou une tension continue.

Exemples :

• pile : 1,5 V DC ;
• batterie lithium-ion : environ 3,6 à 3,7 V nominal par cellule selon sa technologie ;
• port USB : alimentation continue ;
• alimentation électronique : 3,3 V, 5 V, 12 V, etc.

Sur un multimètre, la tension continue est généralement indiquée par :

V⎓

Dans les circuits électroniques, une grande partie des mesures de diagnostic sont réalisées en tension continue.

8. Tension alternative — AC

Une tension alternative varie au cours du temps et change périodiquement de polarité.

Elle est appelée :

AC — Alternating Current

Une tension sinusoïdale peut être représentée par :

u(t) = Umax × sin(2πft)

avec :

• Umax = tension maximale ;
• f = fréquence en hertz ;
• t = temps.

Le réseau électrique européen fonctionne typiquement à :

230 V — 50 Hz

La valeur de 230 V correspond à une valeur efficace (RMS), et non à la valeur de crête.

Pour une sinusoïde :

Umax = Ueff × √2

Ainsi :

230 × 1,414 ≈ 325 V

La tension de crête du secteur 230 V est donc d’environ 325 V.

Cette distinction est extrêmement importante lors de l’étude et du dépannage des alimentations secteur.

9. Relation entre tension, courant et résistance

La relation fondamentale est donnée par la loi d’Ohm :

U = R × I

avec :

• U = tension en volts ;
• R = résistance en ohms ;
• I = intensité en ampères.

On peut également écrire :

I = U / R

et :

R = U / I

Exemple

Une résistance de :

1 000 Ω

est soumise à une tension de :

5 V

Le courant vaut :

I = 5 / 1 000

I = 0,005 A

soit :

5 mA

La tension, le courant et la résistance sont donc directement liés.

10. La chute de tension

Lorsqu’un courant traverse un composant possédant une résistance ou une impédance, une différence de potentiel apparaît à ses bornes.

On parle de chute de tension.

Pour une résistance :

UR = R × I

Exemple :

R = 100 Ω

I = 20 mA = 0,020 A

Donc :

UR = 100 × 0,020

UR = 2 V

La chute de tension aux bornes de la résistance est de 2 V.

La mesure des chutes de tension est une technique particulièrement efficace en dépannage électronique.

11. Tension dans un circuit en série

Dans un circuit en série, le courant est identique dans tous les composants.

La tension du générateur se répartit entre les différents composants.

Selon la loi des mailles de Kirchhoff :

Ugénérateur = U1 + U2 + U3 + ...

Exemple :

Une alimentation fournit :

12 V

Deux composants présentent respectivement :

5 V

et :

7 V

Alors :

12 V = 5 V + 7 V

La somme des chutes de tension correspond à la tension fournie par la source, en tenant compte des polarités.

12. Tension dans un circuit parallèle

Dans un montage parallèle, les différentes branches reliées aux mêmes deux nœuds possèdent la même tension.

Si trois composants sont directement connectés en parallèle sur une alimentation de 5 V :

U1 = U2 = U3 = 5 V

En revanche, le courant total se répartit entre les différentes branches.

Cette propriété est fondamentale dans les cartes électroniques où plusieurs circuits peuvent être alimentés par un même rail.

13. Le diviseur de tension

Le diviseur de tension est un montage constitué généralement de deux résistances en série.

Il permet d’obtenir une tension inférieure à la tension d’entrée.

La formule idéale, en l’absence de charge significative, est :

Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)

Exemple

Vin = 12 V

R1 = 10 kΩ

R2 = 10 kΩ

Donc :

Vout = 12 × 10 / (10 + 10)

Vout = 6 V

Le diviseur de tension est très utilisé pour :

• créer des tensions de référence ;
• polariser des transistors ;
• adapter des niveaux ;
• mesurer une tension avec un convertisseur analogique-numérique ;
• réaliser des circuits de détection.

Il ne doit toutefois pas être considéré comme un substitut universel à un régulateur de tension, car sa tension de sortie dépend de la charge.

14. Mesurer une tension avec un multimètre

La tension se mesure avec un voltmètre ou un multimètre numérique.

Contrairement à une mesure de courant, la mesure de tension s’effectue en parallèle entre deux points.

Procédure générale

1. Brancher le cordon noir sur COM.
2. Brancher le cordon rouge sur l’entrée V/Ω appropriée.
3. Sélectionner V⎓ pour une tension continue.
4. Sélectionner V~ pour une tension alternative.
5. Choisir un calibre adapté si le multimètre n'est pas automatique.
6. Placer les deux pointes entre les points à mesurer.
7. Lire la valeur affichée.

En électronique DC, la pointe noire est souvent placée sur la masse et la pointe rouge sur le point de test.

15. Erreur de polarité

En tension continue, si les pointes du multimètre sont inversées, un multimètre numérique affiche généralement une valeur négative.

Exemple :

Mesure correcte :

+5,00 V

Pointes inversées :

−5,00 V

Cela ne signifie pas nécessairement que le circuit présente une panne. Le signe négatif indique simplement que la polarité mesurée est opposée à celle définie par le branchement des pointes.

16. Résistance interne du voltmètre

Un voltmètre idéal posséderait une résistance d’entrée infinie afin de ne prélever aucun courant.

En pratique, les multimètres numériques possèdent généralement une résistance d’entrée élevée, souvent de l’ordre de plusieurs mégohms.

Cette caractéristique limite l’influence de l’appareil de mesure sur le circuit.

Cependant, dans certains circuits à haute impédance, la présence du multimètre peut encore modifier légèrement la tension observée.

Il faut donc toujours tenir compte de l’influence de l’instrument de mesure.

17. Mesurer une tension à l’oscilloscope

Le multimètre indique principalement une valeur numérique.

L’oscilloscope permet d’observer l’évolution de la tension dans le temps.

Il permet notamment d'analyser :

• la forme du signal ;
• son amplitude ;
• sa fréquence ;
• son rapport cyclique ;
• ses parasites ;
• son ondulation ;
• ses transitoires ;
• sa stabilité.

Une alimentation peut par exemple afficher 5,00 V au multimètre tout en présentant une ondulation ou des parasites importants visibles à l’oscilloscope.

Le multimètre et l’oscilloscope sont donc complémentaires.

18. Valeur moyenne, efficace et crête

Pour les signaux variables, plusieurs valeurs doivent être distinguées.

Valeur de crête

C'est la valeur maximale atteinte par le signal :

Umax

Valeur crête-à-crête

Elle représente l’écart entre la valeur maximale et la valeur minimale :

Upp = Umax − Umin

Pour une sinusoïde symétrique :

Upp = 2 × Umax

Valeur efficace

La valeur efficace ou RMS représente la valeur d’une tension continue qui produirait le même effet thermique dans une résistance.

Pour une sinusoïde :

Ueff = Umax / √2

Cette relation particulière ne doit pas être appliquée automatiquement à toutes les formes d’onde.

19. Tension nominale et tension réelle

La tension indiquée sur un appareil est souvent une tension nominale.

La tension réellement mesurée peut légèrement différer.

Une alimentation annoncée à :

12 V

peut par exemple présenter une valeur légèrement supérieure ou inférieure selon :

• sa tolérance ;
• sa charge ;
• sa température ;
• sa régulation ;
• son état de fonctionnement.

Il faut donc connaître les tolérances prévues par le constructeur avant de conclure qu’une tension est anormale.

20. Régulation de tension

Les circuits électroniques nécessitent souvent des tensions très précises.

Des régulateurs permettent de transformer une tension en une autre tout en maintenant la sortie dans une plage déterminée.

On rencontre notamment :

• régulateurs linéaires ;
• LDO ;
• convertisseurs Buck ;
• convertisseurs Boost ;
• convertisseurs Buck-Boost ;
• alimentations à découpage.

Exemple :

19 V → 5 V

puis :

5 V → 3,3 V

puis éventuellement :

3,3 V → 1,8 V

ou d'autres tensions nécessaires aux différents circuits.

21. La tension dans une carte électronique

Une carte électronique moderne peut comporter de nombreuses lignes d’alimentation.

Exemples :

12 V

5 V

3,3 V

1,8 V

1,2 V

1,0 V

Chaque ligne alimente une partie spécifique du circuit.

Une seule tension absente peut empêcher l’ensemble du système de fonctionner.

C’est pourquoi le contrôle des rails d’alimentation constitue souvent l’une des premières étapes d’un diagnostic.

22. Utilisation de la tension pour le diagnostic

Lorsqu’un appareil électronique ne fonctionne plus, il est utile de suivre méthodiquement le chemin de l’énergie.

On peut contrôler successivement :

Source → Protection → Filtrage → Conversion → Régulation → Charge

À chaque étape, on vérifie :

• présence de la tension ;
• valeur correcte ;
• polarité ;
• stabilité ;
• chute de tension éventuelle ;
• ondulation ;
• comportement sous charge.

Cette méthode permet de déterminer à partir de quel étage la tension devient anormale.

23. Exemple de diagnostic

Supposons qu’une carte doive recevoir 12 V.

Mesures :

Entrée : 12,1 V

Après fusible : 12,1 V

Après circuit de protection : 12,0 V

Entrée du régulateur 5 V : 12,0 V

Sortie du régulateur : 0 V

Les mesures montrent que l’alimentation arrive correctement jusqu’au régulateur.

La recherche doit alors se concentrer autour de cet étage :

• régulateur défectueux ;
• absence du signal d’activation ;
• court-circuit sur la sortie ;
• composant périphérique défectueux ;
• protection déclenchée.

Une série de mesures de tension permet donc de réduire progressivement la zone de recherche.

24. Tension trop faible

Une tension inférieure à la valeur attendue peut avoir plusieurs causes :

• alimentation surchargée ;
• résistance anormale dans une connexion ;
• mauvais contact ;
• condensateur défectueux ;
• régulateur défaillant ;
• transistor ou MOSFET défectueux ;
• consommation excessive ;
• court-circuit partiel ;
• piste ou connecteur endommagé.

Une mesure à vide peut être correcte alors que la tension s’effondre lorsque le circuit consomme du courant.

Il est donc parfois indispensable de réaliser une mesure sous charge.

25. Tension trop élevée

Une surtension peut être particulièrement dangereuse pour les composants.

Elle peut provenir de :

• régulation défectueuse ;
• boucle de rétroaction coupée ;
• référence de tension incorrecte ;
• mauvais composant ;
• alimentation inadaptée ;
• défaut d’un convertisseur.

Une tension excessive peut détruire très rapidement des circuits intégrés sensibles.

26. Tension instable

Une tension qui fluctue peut révéler :

• condensateurs dégradés ;
• mauvaise soudure ;
• mauvais contact ;
• alimentation à découpage instable ;
• surcharge intermittente ;
• protection cyclique ;
• problème de feedback ;
• composant défectueux sous certaines conditions.

Le multimètre peut montrer une variation, mais l’oscilloscope est généralement beaucoup plus efficace pour analyser ce type de défaut.

27. Ondulation — Ripple

Une tension continue réelle n’est pas toujours parfaitement constante.

Une petite composante alternative peut se superposer à la tension continue.

Cette variation est appelée :

Ripple — ondulation résiduelle

Par exemple, une alimentation peut fournir environ :

5 V DC

avec une petite ondulation périodique.

Une ondulation excessive peut provoquer :

• instabilité ;
• parasites ;
• erreurs numériques ;
• redémarrages ;
• bruit dans les circuits analogiques ;
• dysfonctionnements intermittents.

L’oscilloscope est l’instrument privilégié pour observer cette ondulation.

28. Masse et mesures dangereuses à l’oscilloscope

Il faut être particulièrement prudent avec la masse d’un oscilloscope de laboratoire.

Sur de nombreux oscilloscopes alimentés par le secteur, la masse de la sonde est reliée à la terre de protection.

La connecter sur un point incorrect d’un circuit relié au secteur peut provoquer un court-circuit dangereux, endommager l’appareil et exposer l'opérateur à une tension dangereuse.

Il ne faut jamais supposer qu’un point appelé « masse » dans un schéma peut être relié sans risque à la terre de l’oscilloscope.

29. Tension et puissance électrique

La puissance électrique est liée à la tension et au courant :

P = U × I

avec :

• P en watts ;
• U en volts ;
• I en ampères.

Exemple :

Une charge fonctionne sous :

12 V

et consomme :

2 A

Alors :

P = 12 × 2

P = 24 W

La puissance consommée est donc de :

24 watts

Pour une résistance, on peut également utiliser :

P = R × I²

ou :

P = U² / R

30. Énergie électrique et tension

La définition physique de la tension peut être exprimée par :

U = W / Q

avec :

• U = tension en volts ;
• W = énergie en joules ;
• Q = charge électrique en coulombs.

Ainsi :

1 volt = 1 joule par coulomb

Cette relation montre que la tension représente une différence d’énergie potentielle électrique par unité de charge.

31. Tension à vide et tension en charge

Une source peut présenter une tension correcte lorsqu’aucune charge n’est connectée.

C’est la tension à vide.

Lorsqu’une charge est connectée, la tension peut diminuer.

C’est la tension en charge.

Cette différence est importante pour diagnostiquer :

• batteries fatiguées ;
• alimentations défectueuses ;
• connecteurs résistifs ;
• câbles endommagés ;
• mauvais contacts.

Une batterie peut sembler correcte au multimètre à vide mais s’effondrer dès qu’un courant important est demandé.

32. Tensions fantômes

Les multimètres numériques ayant une forte impédance d’entrée peuvent parfois afficher une tension alors que la source possède une capacité extrêmement faible à fournir du courant.

Ces tensions peuvent être dues à :

• couplages capacitifs ;
• circuits flottants ;
• fuites ;
• inductions ;
• charges résiduelles.

Il faut donc éviter la conclusion :

« Je mesure une tension, donc l’alimentation fonctionne correctement. »

Une tension doit toujours être interprétée en fonction du circuit et de sa capacité à fonctionner sous charge.

33. Erreurs fréquentes lors des mesures

Les erreurs classiques sont :

• sélectionner AC au lieu de DC ;
• utiliser le mauvais calibre ;
• utiliser une mauvaise référence de masse ;
• mesurer entre deux points incorrects ;
• confondre tension et courant ;
• placer le multimètre en mode ampèremètre directement aux bornes d’une alimentation ;
• oublier que la masse de l’oscilloscope peut être reliée à la terre ;
• considérer toute petite différence comme une panne sans vérifier les tolérances ;
• effectuer des mesures sur le secteur sans équipement, méthode et compétence adaptés.

34. Règles de sécurité

La mesure d’une tension doit toujours respecter les règles de sécurité.

Avant toute intervention :

• vérifier l’état du multimètre et des cordons ;
• sélectionner le mode approprié ;
• utiliser un appareil possédant une catégorie de mesure adaptée ;
• ne jamais toucher les parties conductrices des pointes ;
• éviter les courts-circuits avec les pointes de mesure ;
• respecter les procédures de travail sur les circuits reliés au secteur ;
• décharger de manière contrôlée les condensateurs lorsque nécessaire ;
• considérer qu’un condensateur peut rester chargé après la coupure de l’alimentation.

Une alimentation déconnectée du secteur n’est pas nécessairement immédiatement hors tension.

35. Méthode professionnelle de contrôle d’une alimentation

Pour rechercher une panne, une procédure méthodique peut être utilisée :

1. Identifier la référence 0 V.

2. Identifier la tension attendue.

3. Vérifier la tension d’entrée.

4. Suivre le rail d’alimentation sur le schéma ou la carte.

5. Mesurer avant et après les composants de protection.

6. Contrôler les entrées et sorties des régulateurs.

7. Vérifier les signaux d’activation lorsque le circuit en possède.

8. Rechercher une chute de tension anormale.

9. Contrôler la stabilité à l’oscilloscope si nécessaire.

10. Comparer les valeurs obtenues aux spécifications du constructeur.

Le principe fondamental est :

mesurer → comparer → localiser → confirmer.

36. Tableau récapitulatif

37. À retenir

La tension électrique est une différence de potentiel entre deux points.

Elle se mesure en volts (V) et toujours entre deux points du circuit.

Dans la majorité des circuits électroniques continus, les tensions sont mesurées par rapport à une référence appelée GND ou 0 V.

La tension peut être :

• continue ;
• alternative ;
• stable ;
• variable ;
• pulsée ;
• bruitée ou ondulée.

Le multimètre permet d’effectuer les contrôles de base tandis que l’oscilloscope permet d’observer le comportement de la tension dans le temps.

En dépannage, une tension ne doit jamais être interprétée isolément. Il faut connaître la valeur attendue, la référence utilisée, les conditions de charge et le fonctionnement de l’étage électronique concerné.

Conclusion

La maîtrise de la tension électrique constitue l’une des bases indispensables de l’électricité et de l’électronique. Comprendre la différence de potentiel, la polarité, les tensions continues et alternatives, les chutes de tension et les différents modes de mesure permet de comprendre beaucoup plus facilement le comportement d’un circuit.

Dans le dépannage électronique, la tension devient surtout un véritable outil de diagnostic. En suivant méthodiquement les différentes lignes d’alimentation d’une carte, le technicien peut déterminer l’endroit où une tension disparaît, chute, augmente anormalement ou devient instable.

La bonne méthode consiste donc à ne pas mesurer au hasard : il faut comprendre le circuit, déterminer la valeur attendue, choisir une référence correcte, effectuer la mesure puis interpréter le résultat. C’est cette démarche méthodique qui transforme une simple mesure de tension en une véritable technique de recherche de panne.