Entrainement#

Etude fréquentielle#

Antirésonance

On considère un dipôle RLC série alimenté par une tension sinusoïdale. On s’intéresse à la tension u aux borne de l’ensemble L+C en régime sinusoïdal forcé.

  1. Déterminer l’amplitude complexe de u puis son amplitude réelle. En déduire la valeur maximale de l’amplitude réelle \(u_{\max}\).

  2. Montrer que l’amplitude s’annule pour une pulsation qu’on déterminera. On parle d’antirésonance.

  3. On définit la bande coupée comme la bande de fréquence pour laquelle l’amplitude réelle \(u_m(\omega)\) soit telle que \(u_m(\omega) \leq \frac{u_{\max}}{\sqrt{2}}\). Préciser sa largeur.

Point utile pour cet exercice

  • \(\Longrightarrow\) Etude d’un circuit en RSF

  • \(\Longrightarrow\) Résonance et bande passante

Eléments de réponse (sans justification)

\(\underline{u} = \frac{1-x^2}{1 - x^2 + j \frac{x}{Q}}E\) avec \(x = \frac{\omega}{\omega_0}\), \(\omega_0 = \sqrt{\frac{1}{LC}}\) et \(Q = \frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}}\).

L’amplitude de u est maximale aux fréquences extrêmes et s’annule à la pulsation propre. La largeur de la bande coupée est \(\frac{\omega_0}{Q}\).

Etude d’une réponse#

Détection

On considère un circuit constitué d’une résistance R en série avec un condensateur C. L’ensemble est reliée à une source de tension \(e(t)\) fournissant une tension: \(e(t) = e_m \sin \omega_1 t \sin \omega_2 t\) avec \(\omega_1 = 1.01 \omega_2 = \frac{50}{RC}\).

Déterminer la tension aux bornes du condensateur en régime forcé. Simplifier l’expression par approximation en utilisant les ordres de grandeurs des pulsations mises en jeu.

Point utile pour cet exercice

  • \(\Longrightarrow\) Etude d’un circuit en RSF

  • \(\Longrightarrow\) Réponse d’un filtre linéaire

  • \(\Longrightarrow\) Manipulation des complexes

Eléments de réponse (sans justification)

  • \(u(t) = \frac{e_m}{2}\left ( \frac{1}{\sqrt{1 + 100.5^2}} \cos (2.01 \omega_2 t - arctan(100.5)) - \frac{1}{\sqrt{1 + 0.5^2}} \cos (0.01 \omega_2 t - arctan(0.5))\right )\)

  • \(u(t) \approx \frac{e_m}{2} \cos(0.01 \omega_2 t)\)

Etude de circuits#

Circuits couplées

On considère le circuit ci-dessous. Les deux bobines sont sous influence mutuelle, c’est-à-dire qu’à la tension habituelle d’une bobine s’ajoute pour la bobine du circuit \(\alpha (\alpha \in \{1,2\})\), une tension \(M \frac{\rm{d}i_{\beta}}{\rm{dt}}\) avec \(\beta \in \{2,1\}\)

On supposera de plus que les composants sont égaux deux à deux. Déterminer en régime sinusoïdal forcé les représentations complexes des courants circulant dans chaque circuit puis les charges aux armatures des condensateurs.

../_images/td_circuit_couplee.jpg

Point utile pour cet exercice

  • \(\Longrightarrow\) Etude d’un circuit en RSF

  • \(\Longrightarrow\) Manipulation des complexes

Eléments de réponse (sans justification)

\(\underline{i_1} = \frac{\left (\frac{1}{jC \omega} + R + jL\omega \right) E}{{\left (\frac{1}{jC \omega} + R + jL\omega \right)}^2 - {(jM\omega)}^2}\)

\(\underline{i_1} = \frac{jM\omega E}{{\left (\frac{1}{jC \omega} + R + jL\omega \right)}^2 - {(jM\omega)}^2}\)

Les charges s’obtiennent en divisant par \(j \omega\): s’entrainer à simplifier ces diverses expressions.

Adaptation d’impédance

On considère le circuit ci-dessous. On veut que le dipôle composé des composants L, C variables et \(R_u\) fixée soit équivalent à une résistance pure \(R_g\) fixée.

../_images/td_adaptation.jpg
  1. Déterminer suivant les valeurs relatives de \(R_u\) et \(R_g\) le circuit permettant cette réalisation et les valeurs de L et C à choisir.

  2. Déterminer dans les conditions précédentes la puissance instantanée puis la puissance moyenne reçue par le dipôle équivalent.

Point utile pour cet exercice

  • \(\Longrightarrow\) Etude d’un circuit en RSF

  • \(\Longrightarrow\) Manipulation des complexes

  • \(\Longrightarrow\) Impédances usuelles

Eléments de réponse (sans justification)

  • Circuit 1 si \(R_u > R_g\). Il faut que \(L = \frac{R_u}{\omega}\sqrt{\frac{R_g}{R_u - R_g}}\) et \(C = \frac{1}{\omega R_g}\sqrt{\frac{R_g}{R_u - R_g}}\)

  • Circuit 2 si \(R_u < R_g\). Il faut que \(L = \frac{R_g}{\omega}\sqrt{\frac{R_u}{R_g - R_u}}\) et \(C = \frac{1}{\omega R_u}\sqrt{\frac{R_u}{R_g - R_u}}\)

Dans les deux cas, la puissance moyenne reçue est \(\frac{E^2}{8 R_g}\)

Système actif.#

Exercice

On considère le circuit ci-dessous. L’amplificateur linéaire intégré est supposé idéal fonctionnant en régime linéaire. Dans ces conditions, les courants entrant aux bornes + et - de l’amplificateur linéaire intégré sont nuls et la différence de potentiel \(\epsilon = V_+ - V_- = 0\).

../_images/td_syst_actif.png
  1. Déterminer par une étude rapide les comportements haute et basse fréquence du système pour la tension s.

  2. Déterminer la tension s en régime sinusoïdal forcé et faire son étude fréquentielle (amplitude réelle et déphasage avec l’entrée). On pensera à vérifier la cohérence avec l’étude rapide précédente et à mettre la représentation complexe de s sous forme canonique.

Point utile pour cet exercice

  • \(\Longrightarrow\) Etude d’un circuit en RSF

  • \(\Longrightarrow\) Manipulation des complexes

  • \(\Longrightarrow\) Amplificateur linéaire intégré

Eléments de réponse (sans justification)

  • s et nulle à haute et basse fréquence.

  • \(\underline{s} = \frac{-\frac{\underline{e}}{2}}{1 j Q (x - \frac{1}{x})}\) avec \(x = \frac{\omega}{\omega_0}\), \(\omega_0 = \frac{\sqrt{2}}{RC}\) et \(Q = \frac{1}{\sqrt{2}}\). Il faut ensuite passer en réel pour répondre à la question.