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Imp´ edances complexes

Z= u i Z=R

ZC= 1 jCω ZL=jLω

Syst`eme lin´eaire du premier ordre. ´Etude fr´equentielle

Figure–Circuit RC.

Obtention de la fonction de transfertH=se : Passage de l’´equation diff´erentielle aux complexes.

s(1 +jRCω) =e Puis par simplification parexp(jωt) :

s0(1 +jRCω) =e0

H= 1

1 +jRCω

En utilisant directement la notation complexe et les imp´edances caract´eristiques.

H= ZC

ZC+ZR = 1 1 +jRCω (Et retour possible `a l’´equation diff´erentielle.)

Syst`eme lin´eaire du premier ordre. ´Etude fr´equentielle

Figure–Circuit RC.

Obtention de la fonction de transfertH=se : Passage de l’´equation diff´erentielle aux complexes.

s(1 +jRCω) =e Puis par simplification parexp(jωt) :

s0(1 +jRCω) =e0

H= 1

1 +jRCω

En utilisant directement la notation complexe et les imp´edances caract´eristiques.

H= ZC

ZC+ZR = 1 1 +jRCω (Et retour possible `a l’´equation diff´erentielle.)

Syst`eme lin´eaire du premier ordre. ´Etude fr´equentielle

H= 1

1 +jRCω = 1 1 +jωω

0

= 1

1 +jx

Figure–Diagramme de Bode du filtre passe bas du premier ordre.

GdB= 20 log(|H|) etϕ=arg(H)

Syst`eme lin´eaire du premier ordre. ´Etude fr´equentielle

Etude du comportement basse fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un interrupteur ouvert doncuR = 0 ets(t) =e(t). Par ´equivalent deH:Quandω→0,H'1 doncGdB'0 etϕ'0 Etude du comportement haute fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un fil donts(t) = 0.

De plus, le filtre se comporte comme un int´egrateur. Etude du comportement pourω=ω0.

H(ω0) = 1+j1 doncGdB' −10 log(2)' −3dBetϕ(ω0) =−π4

D’apr`es la d´efinition de la pulsation de coupure,ω0est la pulsation de coupure.

Syst`eme lin´eaire du premier ordre. ´Etude fr´equentielle

Etude du comportement basse fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un interrupteur ouvert doncuR = 0 ets(t) =e(t).

Par ´equivalent deH:Quandω→0,H'1 doncGdB'0 etϕ'0 Etude du comportement haute fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un fil donts(t) = 0.

De plus, le filtre se comporte comme un int´egrateur. Etude du comportement pourω=ω0.

H(ω0) = 1+j1 doncGdB' −10 log(2)' −3dBetϕ(ω0) =−π4

D’apr`es la d´efinition de la pulsation de coupure,ω0est la pulsation de coupure.

Syst`eme lin´eaire du premier ordre. ´Etude fr´equentielle

Etude du comportement basse fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un interrupteur ouvert doncuR = 0 ets(t) =e(t).

Par ´equivalent deH:Quandω→0,H'1 doncGdB'0 etϕ'0 Etude du comportement haute fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un fil donts(t) = 0.

De plus, le filtre se comporte comme un int´egrateur.

Etude du comportement pourω=ω0.

H(ω0) = 1+j1 doncGdB' −10 log(2)' −3dBetϕ(ω0) =−π4

D’apr`es la d´efinition de la pulsation de coupure,ω0est la pulsation de coupure.

Syst`eme lin´eaire du premier ordre. ´Etude fr´equentielle

Etude du comportement basse fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un interrupteur ouvert doncuR = 0 ets(t) =e(t).

Par ´equivalent deH:Quandω→0,H'1 doncGdB'0 etϕ'0 Etude du comportement haute fr´equence.

A priori :C´equivalent `a un fil donts(t) = 0.

De plus, le filtre se comporte comme un int´egrateur.

Etude du comportement pourω=ω0.

H(ω0) = 1+j1 doncGdB' −10 log(2)' −3dBetϕ(ω0) =−π4

D’apr`es la d´efinition de la pulsation de coupure,ω0est la pulsation de coupure.

Syst`eme lin´eaire du second ordre. Etude temporelle.

Plan

1 Lois fondamentales de l’´electrocin´etique.

2 Syst`eme lin´eaire du premier ordre.

3 Syst`eme lin´eaire du second ordre.

Etude temporelle.

R´egime sinuso¨ıdal forc´e et R´esonance.

Etude de la puissance en r´egime sinuso¨ıdal forc´e.

Etude fr´equentielle.

Analogie ´electrom´ecanique.

4 Conclusion.

Syst`eme lin´eaire du second ordre. Etude temporelle.

Figure–Circuit RLC s´erie.

Equation diff´erentielle

Etude de la charge du condensateur : d2s

dt2 + 2.λ.ω0.ds

dt +ω20s(t) =ω02E0

Forme de la solution homog`ene, r´egime transitoire : Selon la valeur du discriminant du polynˆone caract´eristique ∆ = 4.ω20.(λ2−1) = 4.ω02(4.Q12−1)

Forme de la solution en r´egime permanent constant : sR.P.(t) =K(cste) =E0par identification.

Forme de la solution g´en´erale :s(t) =sR.T.(t) +sR.P.

Deux conditions initiales pour d´eterminer les deux constantes d’int´egration :

Continuit´e de la tension aux bornes du condensateur

Syst`eme lin´eaire du second ordre. Etude temporelle.

Rappel sur les diff´erentes solutions de l’´equation homog`ene, i.e. diff´erents r´egimes transitoires : d2s

dt2 + 2.λ.ω0.ds

dt +ω20s(t) = 0

Selon la valeur du discriminant du polynˆone caract´eristique ∆ = 4.ω02.(λ2−1) = 4.ω02(4.Q12−1) Premier Cas. ∆>0. R´egime sous critique.

Deux racines r´eelles.x=−λω0±ω0.√ λ2−1.

sR.T.(t) =Aexp(x1.t) +Bexp(x2.t).

Deuxi`eme cas. ∆<0. R´egime pseudo p´eriodique.

Deux racines complexes conjugu´ees.x=−λω0±jω0.√ Le polynˆome caract´eristique admet une racine double r´eelleω0. sR.T.(t) = exp(−ω0.t)(At+B).

Deux conditions initialessur la solution globalepour d´eterminer les deux constantes d’int´egration :

Syst`eme lin´eaire du second ordre. Etude temporelle.

Figure–Divers r´egimes transitoires (d´echarge de C dans RLC s´erie).

Le r´egime critique est le r´egime qui permet de retour le plus rapide vers le r´egime permanent, i.e.

le r´egime transitoire est le plus rapidement amorti.

Syst`eme lin´eaire du second ordre. Etude temporelle.

Figure–Visualisation exp´erimentale des r´egimes transitoires (d´echarge de C dans RLC s´erie).

Syst`eme lin´eaire du second ordre. Etude temporelle.

Bilan ´energ´etique sur la charge : Bilan ´el´ementaire, pendantdt :

Ri2dt+d(1

2Cu2C) +d(1

2Li2) =E0idt Bilan global, pendant la charge :

Z

Lors de la charge, la moiti´e de l’´energie fournie par le g´en´erateur est dissip´ee par effet Joule dans la r´esistance et l’autre moiti´e est stock´ee dans le condensateur, la bobine n’apparaˆıt pas dans ce bilan.

Syst`eme lin´eaire du second ordre. Etude temporelle.

Figure–Etude ´energ´etique lors de la d´echarge, r´egime pseudo-p´eriodique.

Les oscillations du r´egimes pseudo-p´eriodiques sont li´es `a un transfert d’´energie du condensateur vers la bobine et r´eciproquement, la diminution de l’amplitude du signal ´etant due aux pertes dans la r´esistance lors des transferts d’´energie bobine↔condensateur.

Syst`eme lin´eaire du second ordre. egime sinuso¨ıdal forc´e et R´esonance.

Plan

1 Lois fondamentales de l’´electrocin´etique.

2 Syst`eme lin´eaire du premier ordre.

3 Syst`eme lin´eaire du second ordre.

Etude temporelle.

R´egime sinuso¨ıdal forc´e et R´esonance.

Etude de la puissance en r´egime sinuso¨ıdal forc´e.

Etude fr´equentielle.

Analogie ´electrom´ecanique.

4 Conclusion.

Syst`eme lin´eaire du second ordre. egime sinuso¨ıdal forc´e et R´esonance.

Etude du courant en r´egime sinuso¨ıdal forc´e dans le circuit RLC s´erie.

Etude de l’amplitude en fonction de la pulsation du g´en´erateur, recherche du maximum d’amplitude : r´esonance.

Figure–Etude de la r´esonance aux bornes de R.

i= 1

R+ 1 +jLω.e

Syst`eme lin´eaire du second ordre. egime sinuso¨ıdal forc´e et R´esonance.

Etude du courant en r´egime sinuso¨ıdal forc´e dans le circuit RLC s´erie.

Etude de l’amplitude en fonction de la pulsation du g´en´erateur, recherche du maximum d’amplitude : r´esonance.

Figure–Etude de la r´esonance aux bornes de R.

Syst`eme lin´eaire du second ordre. egime sinuso¨ıdal forc´e et R´esonance.

Etude du courant en r´egime sinuso¨ıdal forc´e dans le circuit RLC s´erie.

Etude de l’amplitude en fonction de la pulsation du g´en´erateur, recherche du maximum d’amplitude : r´esonance.

Figure–Etude de la r´esonance aux bornes de R pour divers facteur de qualit´e.

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