Aller au contenu
Seconde · Physique-chimie · Ondes et signaux · Chapitre 17

Signaux et capteurs

Fiche de cours5 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026
Télécharger la fiche (PDF)Exercices et contrôles

1Le circuit électrique : intensité et tension

Définition. Un circuit est une chaîne fermée de dipôles (deux bornes) reliés par des fils. Le générateur fournit l’énergie, les autres dipôles sont des récepteurs. Un nœud est un point où se rejoignent au moins trois fils ; une maille est un chemin fermé du circuit. Pour compter les mailles, on ne retient que les boucles élémentaires (qui n’entourent aucune autre branche) : la loi des mailles du contour extérieur se déduit des leurs.

Définition. L’intensité II du courant, en ampères (A{\mathrm{A}}), se mesure avec un ampèremètre en série. La tension UU aux bornes d’un dipôle, en volts (V{\mathrm{V}}), se mesure avec un voltmètre en dérivation. On représente II par une flèche sur le fil et UU par une flèche à côté du dipôle : de sens opposé à II pour un récepteur (convention récepteur), vers la borne ++ pour le générateur.

Notation. Par convention, à l’extérieur du générateur, le courant circule de la borne ++ vers la borne −- ; les électrons, eux, se déplacent en sens inverse. 1 mA=1×10−3 A{1\,\mathrm{mA}}={1\times10^{-3}\,\mathrm{A}} ; 1 kΩ=1×103 Ω{1\,\mathrm{k\Omega}}={1\times10^{3}\,\mathrm{\Omega}} ; 1 MΩ=1×106 Ω{1\,\mathrm{M\Omega}}={1\times10^{6}\,\mathrm{\Omega}}.

2Loi des nœuds et loi des mailles

Propriété — loi des nœuds. En un nœud, la somme des intensités des courants qui arrivent est égale à la somme des intensités de ceux qui en repartent. Sur la figure 1, au nœud A : I=I1+I2I=I_1+I_2.

Propriété — loi des mailles. En parcourant une maille dans un sens choisi, la somme des tensions dont la flèche est dans le sens du parcours est égale à la somme de celles dont la flèche est en sens contraire. Sur la figure 1 : UG=UR+U1U_G=U_R+U_1 (maille de gauche) et U1=U2U_1=U_2 (maille de droite). Deux dipôles en série sont traversés par le même courant ; deux dipôles en dérivation sont soumis à la même tension.

Figure 1 — Circuit à deux mailles : A et B sont les deux nœuds, D1\mathrm{D}_1 et D2\mathrm{D}_2 sont en dérivation

3Caractéristique d’un dipôle et loi d’Ohm

Définition. La caractéristique d’un dipôle est la courbe U=f(I)U=f(I), obtenue en relevant plusieurs couples (I ;U)(I\,;U). Un conducteur ohmique (ou dipôle ohmique) a une caractéristique qui est une droite passant par l’origine : il obéit à la loi d’Ohm

U=R I(U en V, I en A, R en ohms, Ω),U=R\,I\qquad (U\ \text{en ${\mathrm{V}}$},\ I\ \text{en ${\mathrm{A}}$},\ R\ \text{en ohms},\ {\mathrm{\Omega}}),

la résistance RR étant le coefficient directeur de cette droite : R=UIR=\dfrac{U}{I}.

Remarque. Une lampe ou une diode ne sont pas des dipôles ohmiques : leur caractéristique n’est pas une droite, la loi d’Ohm ne s’y applique pas.

4Point de fonctionnement

Définition. Lorsqu’un générateur et un récepteur sont seuls dans un circuit, ils sont parcourus par le même courant (ils sont en série) et soumis à la même tension (loi des mailles). Le couple (I ;U)(I\,;U) appartient donc aux deux caractéristiques : c’est le point de fonctionnement, lu à l’intersection des deux courbes.

Méthode — le déterminer. tracer les deux caractéristiques dans le même repère, puis lire les coordonnées du point d’intersection.

Figure 2 — Point de fonctionnement : I=100 mAI={100\,\mathrm{mA}}, U=4,0 VU={4{,}0\,\mathrm{V}}

5Capteurs résistifs et microcontrôleur

Définition. Un capteur transforme une grandeur physique (température, éclairement, déformation) en une grandeur électrique. Dans un capteur résistif, c’est la résistance qui varie : thermistance CTN (sa résistance diminue quand la température augmente), photorésistance LDR (sa résistance diminue quand l’éclairement augmente), jauge de déformation.

Méthode — courbe d’étalonnage. la courbe R=f(grandeur mesureˊe)R=f(\text{grandeur mesurée}), fournie par le constructeur, s’utilise dans les deux sens : connaissant la grandeur, on lit RR ; connaissant RR (mesurée à l’ohmmètre), on lit la grandeur. Elle n’est en général pas une droite : il n’y a pas de proportionnalité.

Propriété — pont diviseur de tension. Un microcontrôleur ne mesure que des tensions. On associe donc le capteur de résistance RcapR_{\text{cap}} à un conducteur ohmique R0R_0 en série, sous une tension d’alimentation UalimU_{\text{alim}} ; la tension mesurée aux bornes de R0R_0 vaut

U=Ualim×R0R0+RcapsoitRcap=R0×Ualim−UU.U=U_{\text{alim}}\times\frac{R_0}{R_0+R_{\text{cap}}}\qquad\text{soit}\qquad R_{\text{cap}}=R_0\times\frac{U_{\text{alim}}-U}{U}.

6Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Lire un schéma normalisé, y placer un ampèremètre (en série) et un voltmètre (en dérivation), convertir les unités.
  • Repérer les nœuds et les mailles, appliquer les deux lois pour trouver une intensité ou une tension inconnue.
  • Reconnaître un dipôle ohmique sur sa caractéristique et utiliser U=R IU=R\,I dans les trois sens.
  • Déterminer graphiquement un point de fonctionnement.
  • Exploiter la courbe d’étalonnage d’un capteur résistif et la relation du pont diviseur de tension.

7Exemples types

Exemplelois des nœuds et des mailles

Sur la figure 1, on mesure UG=12,0 VU_G={12{,}0\,\mathrm{V}}, UR=4,5 VU_R={4{,}5\,\mathrm{V}}, I=250 mAI={250\,\mathrm{mA}} et I1=150 mAI_1={150\,\mathrm{mA}}. Loi des mailles : U1=UG−UR=12,0−4,5=7,5 VU_1=U_G-U_R=12{,}0-4{,}5={7{,}5\,\mathrm{V}}, et U2=U1=7,5 VU_2=U_1={7{,}5\,\mathrm{V}}. Loi des nœuds : I2=I−I1=250−150=100 mAI_2=I-I_1=250-150={100\,\mathrm{mA}}.

Exempleloi d’Ohm

Aux bornes d’un conducteur ohmique on mesure U=7,2 VU={7{,}2\,\mathrm{V}} et I=24 mA=0,024 AI={24\,\mathrm{mA}}={0{,}024\,\mathrm{A}}. Sa résistance vaut R=UI=7,20,024=300 ΩR=\dfrac{U}{I}=\dfrac{7{,}2}{0{,}024}={300\,\mathrm{\Omega}}. Sous 9,0 V{9{,}0\,\mathrm{V}}, le même conducteur serait traversé par I=9,0300=0,030 A=30 mAI=\dfrac{9{,}0}{300}={0{,}030\,\mathrm{A}}={30\,\mathrm{mA}}.

Exemplepont diviseur avec une CTN

Avec Ualim=5,00 VU_{\text{alim}}={5{,}00\,\mathrm{V}}, R0=10,0 kΩR_0={10{,}0\,\mathrm{k\Omega}} et une CTN de Rcap=15,0 kΩR_{\text{cap}}={15{,}0\,\mathrm{k\Omega}} : U=5,00×10,010,0+15,0=2,00 VU=5{,}00\times\dfrac{10{,}0}{10{,}0+15{,}0}={2{,}00\,\mathrm{V}}. Inversement, si le microcontrôleur mesure U=2,00 VU={2{,}00\,\mathrm{V}}, alors Rcap=10,0×5,00−2,002,00=15,0 kΩR_{\text{cap}}=10{,}0\times\dfrac{5{,}00-2{,}00}{2{,}00}={15{,}0\,\mathrm{k\Omega}}, et la courbe d’étalonnage donne la température correspondante.

Pièges
  • Brancher l’ampèremètre en dérivation ou le voltmètre en série : l’ampèremètre se place dans le circuit, le voltmètre à côté du dipôle.
  • Appliquer U=R IU=R\,I à une lampe ou à une diode : la loi d’Ohm ne vaut que pour un conducteur ohmique.
  • Oublier de convertir les milliampères en ampères (ou les kilohms en ohms) avant d’appliquer U=R IU=R\,I.
  • Croire qu’une CTN suit une loi de proportionnalité : sa courbe d’étalonnage n’est pas une droite.
  • Reporter une tension d’une maille à l’autre sans vérifier que les deux dipôles sont bien en dérivation.
← Lentilles minces convergentes et modèle de l’œil

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

PDF

Les bases : circuit, lois des nœ uds et des mailles, loi d’Ohm, caractéristiques

5 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 1 h 30calculatrice autorisée

  1. Le circuit d’une lampe de véloDifficulté 1 sur 3
  2. Unités et sous-multiplesDifficulté 1 sur 3
  3. Lois des nœ uds et des maillesDifficulté 1 sur 3
  4. La loi d’Ohm dans les trois sensDifficulté 1 sur 3
  5. Deux dipôles, deux caractéristiquesDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

PDF

Application : caractéristiques, point de fonctionnement, capteurs résistifs, microcontrôleur

4 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Le point de fonctionnement d’une lampe de pocheDifficulté 2 sur 3
  2. Un thermomètre électronique à thermistanceDifficulté 2 sur 3
  3. L’allumage automatique d’un éclairage publicDifficulté 2 sur 3
  4. Une station météo pilotée par microcontrôleurDifficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

PDF

Circuit électrique, lois des nœ uds et des mailles, loi d’Ohm, capteur résistif

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions à choix multiples5 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Deux dipôles au banc d’essai4 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Les feux arrière d’une remorque6 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. L’alarme de température d’un réfrigérateur5 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

PDF

Caractéristiques, point de fonctionnement, photorésistance et microcontrôleur

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours et automatismes4 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Le phare d’une trottinette8 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Le capteur de luminosité d’un smartphone8 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

PDF

Diode, résistance équivalente, incertitudes, jauge de contrainte

5 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. La diode électroluminescente et sa droite de chargeDifficulté 3 sur 3
  2. Deux conducteurs ohmiques n’en font qu’unDifficulté 3 sur 3
  3. Dix fois la même mesureDifficulté 3 sur 3
  4. Le pèse-personne électroniqueDifficulté 3 sur 3
  5. Problème ouvert : une guirlande de vingt DELDifficulté 3 sur 3
6

Devoir bilan

PDF

Signaux et capteurs ; mouvement, forces, son et lumière

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Automatismes4 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Le sondeur d’un bateau de pêche5 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. La lampe frontale d’un spéléologue6 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Lumière sous l’eau5 ptsDifficulté 2 sur 3

Seconde · Physique-chimie : les 17 chapitres

  1. Corps purs et mélanges
  2. Solutions aqueuses
  3. De l’atome à l’élément chimique
  4. Cortège électronique et tableau périodique
  5. Vers des entités plus stables : ions et molécules
  6. Quantité de matière : la mole
  7. Transformations physiques
  8. Transformations chimiques
  9. Synthèse d’une espèce chimique
  10. Transformations nucléaires
  11. Décrire un mouvement
  12. Modéliser une action : forces
  13. Principe d’inertie
  14. Émission et perception d’un son
  15. Lumière : propagation, spectres et réfraction
  16. Lentilles minces convergentes et modèle de l’œil
  17. Signaux et capteurs