Bobine de relais et diode de roue libre
La bobine continue après la coupure
Un relais utilise une bobine magnétique pour déplacer des contacts. Une diode de roue libre offre un chemin au courant après l’ouverture de l’interrupteur de commande. Observe l’énergie magnétique diminuer plutôt que disparaître instantanément.
TABLE D’EXPÉRIENCES
Modifie les réglages du circuit, prédis les mesures puis vérifie un défi. Ce sont des modèles pédagogiques ; chaque leçon explique leurs hypothèses.
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Pourquoi cela fonctionne
Bobine stabilisée représentée par résistance R et inductance L. Relâcher échantillonne sa décroissance dans une diode idéale 0.7 V toujours présente ; le laboratoire reste alimenté. Aucun mode sans protection, mouvement, rebond ou temps réel de relâchement n’est simulé.
Vs est l’alimentation de bobine, R la résistance d’enroulement, L l’inductance, I le courant et t le temps après ouverture. Vsw est la tension du nœud de l’interrupteur par rapport à 0 V ; D indique la diode. mH vaut un millième de henry, ms un millième de seconde et µJ un millionième de joule d’énergie. Avant relâchement I0 = Vs/R. La formule utilise exp, décroissance exponentielle, et max pour éviter un courant négatif. Tant que le courant circule Vsw = Vs + 0.7 V ; à zéro Vsw = Vs.
Difficulté
Construis · Construis le circuit
Alimente à 5 V avec résistance d’enroulement 100 Ω et inductance 100 mH. Garde la bobine alimentée : lis 50 mA et 125 µJ.
Besoin d’un indice ?
Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH → I = 50 mA; E = 125 µJ
Explore · Explore la limite
Avec les mêmes 5 V, 100 Ω et 100 mH, relâche la bobine et mesure 1 ms après coupure. Lis environ 13.969 mA et 5.7 V au nœud de l’interrupteur.
Besoin d’un indice ?
Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 1 ms → I ≈ 13.969 mA; Vsw = 5.7 V
Résous · Relève le défi
Garde 5 V, 100 Ω et 100 mH ; mesure la bobine relâchée à 3 ms. Atteins un courant nul et une énergie stockée nulle.
Besoin d’un indice ?
Vs = 5 V; R = 100 Ω; L = 100 mH; t = 3 ms → I = 0 mA; E = 0 µJ
Lectures complémentaires et fiches de circuits
La bobine continue après la coupure
L’interrupteur s’ouvre, mais le courant ne peut pas s’arrêter instantanément. Le champ magnétique libère son énergie et pousse le courant dans une nouvelle boucle : enroulement et diode. L’orientation de la diode bloque le courant d’alimentation normal et permet cette décroissance.
I0 = Vs/R; I(t) = max((I0 + 0.7/R) × exp(−Rt/L) − 0.7/R, 0); E = ½LI²
L’énergie initiale E = ½LI² se dissipe dans l’enroulement et la diode. La chute fixe de la diode ajoute une tension opposée au courant. Le modèle arrête la décroissance lorsque le courant atteint zéro.
Une règle utile
Avec 5 V, 100 Ω et 100 mH, le courant atteint zéro vers 2.097 ms. La chute fixe de 0.7 V de la diode donne un temps fini ; une exponentielle pure approcherait zéro indéfiniment.
Au-delà du modèle
Un chemin de roue libre à faible tension limite les contraintes, mais maintient la circulation du courant. De vrais contacts peuvent se relâcher plus tard qu’avec un écrêtage plus élevé ; le modèle électrique ne prédit pas leur délai.
Un piège à éviter
Le relâchement part d’une bobine déjà stabilisée, pas d’une bobine brièvement alimentée. Un courant calculé nul ne mesure pas quand de vrais contacts ont bougé.
Seule l’inductance double ; alimentation, résistance et instant 1 ms restent fixes. Le courant restant…
- est plus grand
- reste identique
- devient immédiatement nul
Pour aller plus loin
Le courant initial Vs/R reste identique, mais une inductance plus grande ralentit la décroissance : il reste plus de courant au même instant.
Construis le circuit
Utilise 5 V, 100 Ω et 100 mH avec bobine alimentée. Les 50 mA stables stockent 125 µJ ; l’interrupteur idéal fermé est à 0 V.
I = 50 mA; Vsw = 0 V; E = 125 µJ
Explore la limite
Garde ces valeurs, relâche la bobine et choisis 1 ms. Lis environ 13.969 mA, 5.7 V au nœud et 9.757 µJ encore stockés.
I ≈ 13.969 mA; Vsw = 5.7 V; E ≈ 9.757 µJ
Change une grandeur
À 5 V et 100 Ω, compare 100 mH et 200 mH à 1 ms après relâchement. Le courant initial reste identique, mais la plus grande inductance stocke plus d’énergie et conserve plus de courant.