IUFM Aix Marseille 1/3
TP n°5 : Régimes transitoires, circuits RL et RLC
Sujets abordés : Régimes transitoires, Diodes (Principe général).
Logiciel utilisé : Orcad Spice
1 Circuit RL alimenté en tension
1.1 Forme d’ondes de base
On considère le circuit suivant :
0 GENE
PARAMETERS:
R = 10 L = 1U V
TD = 0 TF = 0 PW = 1u PER = 2u V1 = 0
TR = 0 V2 = 10
R1 {R}
VL
L1 {L}
Prédéterminer les chronogrammes des tensions et courant pour les valeurs de 1, 10 et 100 ΩΩΩΩ de la résistance.
Vérifier par une analyse paramétrique. Noter que le courant dans une inductance (non couplée) ne subit pas de brusque variation.
Simuler, comme dans le cas du circuit RC pour différentes valeurs de la résistance, de la tension d’alimentation etc… Analyser les résultats.
1.2 Application : la diode de roue libre
En électronique, se pose souvent le problème, d’alimenter un circuit consommant beaucoup de courant (quelques ampères) ou fonctionnant sous une tension importante (15 ou 50 V, par exemple) à partir d’un signal de commande fonctionnant en basse tension (5 V par exemple) et ne pouvant fournir que quelques mA.
1.3 Cas d’une charge résistive
On réalise alors une « interface de puissance » au moyen d’un interrupteur commandé (généralement un transistor), comme indiqué ci- après.
CDE
R1 10
0 0
SORTIE
0
+ -
+
- Sbreak S1
0
V1 15Vdc
V2 TD = 0
TF = 0 PW = 1 PER = 2 V1 = 0
TR = 0 V2 = 5
Le signal de commande est V2 (signal 0 V pour ne pas alimenter la charge, et 5 V pour l’alimenter), la charge est matérialisée par la résistance R1, la tension V1 étant la source de puissance.
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L’interrupteur commandé se fermera lorsque le signal de commande sera à 5 V, permettant ainsi d’alimenter R1. Il s’agit du composant « Sbreak » de la bibliothèque « breakout ».
Prédéterminer les tensions « CDE » et « SORTIE », ainsi que le courant dans R1.
Vérifier par la simulation.
On notera que le courant n’a pas tout à fait la valeur attendue : en effet le composant Sbreak se comporte, entre les bornes « SORTIE » et la masse, comme une résistance de 1 MΩ à l’état bloqué, et comme une résistance de 1 Ω à l’étant passant.
1.4 Cas d’une charge inductive
La charge à alimenter est souvent un moteur ou un relais dont le comportement est très inductif. Le modèle ci-après, une inductance en série avec une résistance, est donc mieux approprié :
V2 TD = 0
TF = 0 PW = 10m PER = 2 V1 = 0
TR = 0 V2 = 5
V1
15Vdc SORTIE
+ -
+
- Sbreak S1
0 CDE
0 0
L1 10m
0
R1 10
Effectuer alors une simulation avec les paramètres indiqués, et observer dans un premier temps le courant dans R1 et la tension CDE.
Ajouter ensuite la tension SORTIE. Que se passe t-il au moment où l’on va couper le courant dans la charge ?
La surtension générée détruirait l’interrupteur s’il était synthétisé par un transistor.
Pour observer le phénomène plus en détail, on se propose de modifier comme suit les paramètres du générateur, ainsi que ceux du profil de simulation :
V2 TD = 1n TF = 0 PW = 100n PER = 2 V1 = 5
TR = 0 V2 = 0
+ -
+
- Sbreak S1
0 0
0
L1 10m
CDE
R1 10
0
V1
15Vdc SORTIE
Effectuer la simulation et justifier la surtension obtenue (allure et valeur).
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Pour éviter cette surtension, on propose d’ajouter une « diode de roue libre » comme indiqué ci-après (la diode est issue de la bibliothèque « ediode » :
0 0
V1
15Vdc D1
BA204
V2 TD = 0
TF = 0 PW = 10m PER = 2 V1 = 0
TR = 0 V2 = 5
SORTIE
+ -
+
- Sbreak S1
0 R1
10 L1
10m
CDE
0
Réaliser la simulation, visualiser les tensions et courants aux différents endroits et justifier la forme des courbes.
2 Circuit RLC
Considérons le circuit suivant :
L1 {L}
0
ENTREE SORTIE
PARAMETERS:
R = 10 L = 10u
C1 2.533n 0
R1 {R}
V1 TD = 0
TF = 0 PW = 1 PER = 2 V1 = 0
TR = 0 V2 = 10
Effectuer une analyse paramétriques avec les valeurs de 10 Ω, 125,6 Ω et 1000 Ω pour R1. Vérifier que l’on obtient bien les courbes attendues.
Reprendre l’analyse pour une résistance de 10 Ω en faisant varie l’inductance pour des valeurs de 1, 5 et 10 µH. Justifier la forme de courbes.
Refaire une analyse avec les valeurs par défaut (supprimer l’analyse paramétrique) en attaquant par un signal carré. Quelle utilisation pourrait-on faire de ce circuit.
