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Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique

Posté par
pedroduterter
11-02-16 à 18:44

Bonsoir,

J'ai besoin d'aide pour un DM à rendre qui traite d'un circuit équivalent à un quartz piézoélectrique. Je ne sais pas comment procéder pour la première question et j'aurais besoin d'un peu d'aide. J'avais essayé de calculer l'impédance complexe du circuit mais je n'aboutis à rien et je ne suis pas sur que cela soit nécessaire.

La première question est : Calculer les pulsations pour lesquelles le courant dans le circuit principal est infini ou nul

Merci d'avance pour votre aide

Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique

***Image recadrée***

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 11-02-16 à 19:18

Bonsoir,
Ton idée de calculer l'impédance complexe est excellente.
Ensuite : que se passe-t-il si le module de l'impédance complexe tend vers zéro ?
Que se passe-t-il si le module de l'impédance complexe tend vers l'infini ?

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 16-02-16 à 19:13

Bonsoir,
Lorsque je calcule l'impédance complexe je trouve (L/C)/(jLW+1/jCW) + 1/jC'W donc en simplifiant j(LCW+LCW^2 -1)/C-LC^2W^2

après j'ai fais la loi de pouillet pour trouver le courant complexe et en calculant le module je trouve E(C-LC^2W^2)/LCW+LCW^2 -1

Donc du coup après je ne sais pas comment faire

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 16-02-16 à 19:35

Bonsoir,
A priori, si tu obtiens une expression du module du complexe associé à l'intensité de la forme :

I=\frac{A(\omega)}{B(\omega)}
I = 0 si A()=0 avec B()0 ;
I pour B()=0 avec A()0
Evidemment, en pratique, l'intensité ne peut pas tendre vers l'infinie : la résistance d'une bobine n'est jamais nulle et les générateurs de tension usuels ont une résistance interne non nulle.

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 11:25

Logiquement je pense que je devrais trouver \frac{1}{\sqrt{LC}} et pour le deuxième \frac{1}{\sqrt{LC'}}
Pour le premier je trouve bien ça mais pas pour le deuxième
Si vous pouviez m'aider

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 11:37

Bonjour
Tu aurais dû suivre mes conseils du 11/2 à 19h18...

\underline{Z}=\frac{1}{jC'\omega}+\frac{jL\omega\cdot\frac{1}{jC\omega}}{jL\omega+\frac{1}{jC\omega}}=\frac{1}{jC'\omega}+\frac{jL\omega}{1-LC\omega^{2}}=j\left[\frac{L\omega}{1-LC\omega^{2}}-\frac{1}{C'\omega}\right]
 \\  
 \\ 
 \\ |\underline{Z}|=Z=\frac{LC'\omega^{2}-1}{C'\omega\left(1-LC\omega^{2}\right)}

Ton corrigé a raison !

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 11:40

Je l'avais suivi mais je n'arrivais malheureusement pas au résultat merci de ton aide en tout cas.

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 11:44

oubli mon message précédent, j'ai oublié un terme à la dernière ligne ; voici le rectificatif ; ton corrigé à tord...
\underline{Z}=\frac{1}{jC'\omega}+\frac{jL\omega\cdot\frac{1}{jC\omega}}{jL\omega+\frac{1}{jC\omega}}=\frac{1}{jC'\omega}+\frac{jL\omega}{1-LC\omega^{2}}=j\left[\frac{L\omega}{1-LC\omega^{2}}-\frac{1}{C'\omega}\right]
 \\  
 \\ 
 \\ |\underline{Z}|=Z=\frac{LC'\omega^{2}-1+LC\omega^{2}}{C'\omega\left(1-LC\omega^{2}\right)}
 \\

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 11:57

Merci. Je n'ai pas de corrigés. C'était juste une déduction des questions qui suivent dans mon exercice. Merci à toi en tout cas

Posté par
J-P
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 12:06

Z = 1/(jwC') + (jwL/(jwC))/(jwL + 1/(jwC))

Z = 1/(jwC') + jwL/(1-w²LC)

Z = [(1-w²LC) - w²LC']/[jwC(1-w²LC)]

Z = [1-w²L(C+C')]/[jwC(1-w²LC)]

Et donc Z = 0 si 1-w²L(C+C') = 0, donc pour w = RacineCarrée[1/(L(C+C'))]
et Z --> oo si wC(1-w²LC) = 0, donc pour w = 0 ou w = RacineCarrée[1/(LC)]

Quant au courant dans le "circuit principal", il dépend évidemment aussi du reste du circuit ... sauf pour w = 0 rad/s ou w = RacineCarrée[1/(LC)] pour lesquels i = 0

Sauf distraction.  

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 13:35

En écrivant l'impédance complexe en fonction de ces valeurs je trouve
[1-(W^2/Wo^2)]/jC'W(1-(W^2/Wi^2))

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 13:39

Ce qui fait \frac{-j}{C'W}\frac{1-\frac{W^2}{Wo^2}}{1-\frac{W^2}{Wi^2}}

Posté par
J-P
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 13:49

Corriger ma réponse ainsi :

Z = [1-w²L(C+C')]/[jwC'(1-w²LC)]

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 14:06

C'était fait merci

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 17-02-16 à 14:46

Ensuite il faut que je calcule la variation d'impédance lorsque la fréquence varie légèrement. Pour w=wi l'impédance du quartz est très faible. J'ai essayé de calculer dZ/dw mais celà ne m'aide pas. On me dit également d'exprimer le module de deltaZ/deltaF

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 14:02

Bonjour,
Sans énoncé complet, difficile de t'aider. Il s'agit peut-être d'effectuer un développement limité de Taylor au voisinage de la pulsation étudiée (wi ???). Ce type de développement passe par le calcul d'une dérivée.

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 17:49

Voici la question :
Pour w=wi, l'impédance du quartz n'est pas nulle, mais très faible. On fait osciller le quartz à la fréquence Fi. Calculer la variation d'impédance lorsque la fréquence varie légèrement, la tension d'alimentation restant constante.

Aide : calculer [dZ/dw]w=wi puis exprimer \left|\Delta Z/\Delta F \right|
Montrer que \Delta \left|Z \right|/\Delta F=4\Pi L(\frac{C}{C'}+1)^2

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 17:50

wi étant la pulsation pour laquelle le courant dans le circuit principal est infini

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 18:42

C'est donc bien ce que j'avais "deviné" !
Développement  de Taylor limité à l'ordre 1 au voisinage de  =i :

Z(\omega)=Z(\omega_{i})+\left(\omega-\omega_{i}\right)\left(\frac{dZ}{d\omega}\right)_{\omega_{i}}
  La dérivée de Z par rapport à est calculée pour le cas particulier : =i

\frac{Z(\omega)-Z(\omega_{i})}{\omega-\omega_{i}}=\left(\frac{dZ}{d\omega}\right)_{\omega_{i}}


\frac{\Delta Z}{\Delta\omega}=\frac{\Delta Z}{2\pi\cdot\Delta F}=\left(\frac{dZ}{d\omega}\right)_{\omega_{i}}

J'ai vérifié : on obtient bien le résultat proposé.

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 19:42

Merci. Est ce que tu peux détaillé la suite car je ne vois pas ce qu'il faut faire.

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 19:48

*détailler

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 20:08

Il n'y a pas de suite : toute la difficulté consiste à calculer la dérivée :
voici ce que j'ai obtenu :

\text{avec : \ensuremath{|\underline{Z}|=Z=\frac{L(C+C')\omega^{2}-1}{C'\omega\left(1-LC\omega^{2}\right)}\quad;\quad\frac{dZ}{d\omega}=\frac{L^{2}\omega^{4}\left(C^{2}+CC'\right)+L\omega^{2}\left(C'-2C)+1\right)}{C'\omega^{2}\left(1-LC\omega^{2}\right)^{2}}}}
Dans le cas particulier :

\omega_{i}=\frac{1}{\sqrt{L\left(C+C'\right)}}
Cette dérivée vaut :

\boxed{\left(\frac{dZ}{d\omega}\right)_{\omega_{i}}=\frac{2L\left(C+C'\right)^{2}}{C'^{2}}}
Tu n'as plus qu'à refaire ces calculs et conclure !

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 20:41

Merci c'est bon j'ai compris

Posté par
pedroduterter
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 23:29

J'ai une question sur un exercice différent qui est sur une adaptation d'impédance.
J'ai calculé la puissance d'un circuit constitué d'un generateur de tension sinusoidale de resistance interne r qui alimente une résistance variable R.
Je trouve que la puissance reçue par R est la suivante : P=tex]E^2\frac{R}{(R+r)^2}[/tex]
J'ai trouvé que Pour R=r la puissance fournie par le générateur est maximale

On dit qu'il y a adaptation d'impédance donc si R=r. Si ceci n'est pas vérifiée on intercale un dipole adaptateur (constitué d'éléments passifs) entre le générateur et la résistance de charge R.
L'impédance d'entrée Ze complexe est égale à : \frac{Ru^2LWj+RuL^2W^2}{Ru^2+(LW)^2}-\frac{j}{CW}
Donc pour que Rg=Ze il faut que L=\frac{Ru}{W}\sqrt{\frac{Rg}{Ru-Rg}}
et C=\frac{1}{W\sqrt{Rg(Ru-Rg)}}

La dernière question est de calculer la puissance transférée à la charge Ru et de comparer avec la valeur transféré directement sans quadripôle adaptateur et conclure.
J'ai dit que P=\frac{Ru}{(Ru+Ze complexe)^2}*Ue complexe^2
et que Un récepteur reçoit la puissance max si son impédance est le conjugué de l'impédance du générateur de Thevenin qui l'alimente mais je ne vois pas quoi faire en plus. Si vous pouviez m'aider merci d'avance

Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique

Posté par
vanoise
re : Circuit équivalent à un quartz piezoelectrique 18-02-16 à 23:52

En présence de l'adaptateur, le résultat s'obtient sans calcul sachant que la puissance moyenne (ou active) consommée par L et par C est nulle.
Le générateur fournie la même puissance que s'il était reliée à une résistance égale à sa résistance interne Rg puisque l'ensemble {Ru, quadripôle adaptateur} est vu du générateur comme une résistance Rg.  Le circuit est équivalent, vue du générateur, à une fem Eg alimentant une résistance 2Rg. Le générateur est parcourue par un courant d'intensité efficace I = E/(2Rg). Il fournie donc la puissance moyenne :
P=E.I=\frac{E^{2}}{2Rg} ; 50% de cette puissance est consommée par effet Joule par le générateur. La puissance restante (50%) est transmise à la résistance Ru puisque le quadripôle adaptateur n'en consomme pas en moyenne. (les lettres E et I désignent les valeurs efficaces). Donc : Pu=E2/(4Rg)
Sans dipôle adaptateur : loi de Pouilet : I = E/(Ru+Rg) puis loi de Joule : Pu=Ru.I2.
P=Ru.I^{2}=E^{2}\frac{Ru}{\left(Ru+Rg\right)^{2}}
Formule utilisée dès le début.



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