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Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent

Posté par
Lolilol
02-12-11 à 23:13

Si une âme charitable a du temps pour m'aider ou m'expliquer car je suis bloquée...
Même si vous savez répondre qu'à 1 ou 2 questions, je suis preneuse!

Voici l'exercice :

Un poste radio possède un filtre sélectif permettant de choisir et d'écouter une radio. Nous allons en étudier le principe avec le circuit suivant :

(Voir en bas)

Le signal reçu par l'antenne après amplification est modélisé par le générateur de Thévenin équivalent suivant: une source idéale de tension telle que e(t)=Ecos(t) et une résistance r en série.

1. En utilisant les modèles équivalents des dipôles à très basse et très haute fréquences, montrez que ce circuit correspond bien à un filtre passe-bande, c'est à dire que u(t) n'a pas de valeur non négligeable que sur une certaine plage de pulsations.

2. On posera notamment 0²=1/LC, Q=(L0)/r et x=/0. Déterminer u(t) en régime sinusoïdal permanent en fonction de x, Q, E. Expliquez en quelques lignes pourquoi il faut préciser le régime dans lequel on se place.

3. Pour quelle pulsation que l'on notera r, l'amplitude de u(t) est-elle maximale? Que vaut justement cette dernière à cette pulsation, ainsi que le déphasage par rapport à e(t)?

4. Définissez la bande-passante et déterminez-la. Quelle est sa "largeur" (c'est à dire la différence entre les deux pulsations limites de la bande passante)?

5. Une radio modulée en FM n'est pas une source de tension si simple que celle qui a servi à l'étude de ce circuit: elle est définie par une fréquence centrale fc (par exemple 87.8MHz pour France Inter sur Paris) et par tout une bande de fréquence autour de cette fréquence centrale notée fc et qui vaut environ 0.1MHz. Si on considère que le circuit ne capte que les fréquences comprises dans la bande-passante, quel doit être Q pour que l'on capte bien France Inter? D'après vous, que se passe t-il si Q est trop grand? Trop petit? Sachant que L=10-4H et que la pulsation propre 0 doit être de l'ordre de grandeur d'une pulsation centrale de radio, donnez l'ordre de grandeur de la résistance r.

Merci d'avance

Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 09:03

Bonjour,
En BF, C est un circuit ouvert. Lw tend vers 0
En HF, L est un circuit ouvert. 1/Cw tend vers 0

Posté par
JED
filtre passe bande 03-12-11 à 12:11

Bonjour,

Les excellentes remarques de sanantonio devraient vous permettre de répondre au 1.

Pour la 2 exprimez u en fonction de e (en complexes) en utilisant une relation type "diviseur de tension".

A vous lire. JED.

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 13:15

Merci beaucoup pour vos réponses.

Quand l'amplitude u(t) est maximale, ça signifie quoi? Enfin qu'est ce qu'on doit faire sur notre formule u(t)?

Posté par
JED
filtre passe bande 03-12-11 à 16:22

Bonjour,

A partir de l'expression de u en fonction de e en complexes passez aux modules.

Donc vous aurez U en fonction de E,Q et x.

Sauf erreur, pour x = 1    U sera maximale et égale à E.

u(t) et e(t) seront en phase.

A vérifier et à vous lire.  JED.

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 17:28

Pour la question 1, je fais le modèle équivalent de tous les dipôles et je fais tendre Lw vers 0 puis en dans un second temps 1/Cw vers 0? Je ne suis pas sûre d'avoir bien compris :/

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 17:37

Je pensais qu'on avait fini avec la 1.
1: 0. L0 et 1/C. L//C 0
2:. L et 1/C0. L//C 0 aussi.
L'impédance L//C ne tend donc pas vers 0 qu'à des fréquences intermédiaires.

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 17:46

Pour la suite, 'impédance L//C vaut
Z=\frac{\frac{jLw}{jCw}}{jLw+\frac{1}{jCw}}=\frac{jLw}{1-LCw²}

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 17:48

aaah d'accord ok c'est bon j'ai compris

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 17:49

Oui l'impédance j'ai trouvé ça aussi. Mais pour la suite je rajoute l'impédance de la résistance r aussi non? Pour trouver u(t)?

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 18:00

Comme JED te l'a dit, c'est un diviseur de tension: u=\frac{Z}{Z+R}e

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 19:03

J'ai développé l'expression : [z/(z+r)] avec Z=jlw/1-LCw² et r dans l'expression U=(Z/Z+r)e puis, j'ai posé U=U0cos(wt+) = U0ejwt   et d'après l'énoncé e(t)=Ecos(wt) = Eejwt. J'ai tout remplacé, à la fin  ça me fait une expression de U0 assez énorme. Est-ce correct?
Après je fais le module de U0 et son argument puis je les intègre dans l'expression : U(t)=U0cos(wt+)  pour avoir U(t)

Je fais fausse route?

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 19:05

Le soucis c'est que je vois plus comment je pourrais avoir U(t) en fonction de x, Q et E.

Posté par
JED
filtre passe bande 03-12-11 à 19:20

Bonsoir,

Gardez u = f(e)

Dans f vous aurez r ,L,C et w.
Introduisez LC, Q et x.

Vous obtiendrez u =g(e) en complexes. g contiendra x et Q.
Voilà pour la question 2.
                                       JED.

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 19:30

Z/(Z+R)=(jLw/(1-LCw²))/((jLw/(1-LCw²))+R)
=jLw/(jLw+R(1-LCw²))
=jLw/(jLw+R(1-w²/w0²))
=jLw/(jLw+R(1-x²))
=(jLw/R)/((jLw/R)+(1-x²))
=(jQw/w0)/((jQw/w0)+(1-x²))
=jQx/(jQx+1-x²)

Sauf erreur...

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 03-12-11 à 20:28

Merci beaucoup! Après ça je fais la technique que je vous ai dite précédemment?

"j'ai posé U=U0cos(wt+) = U0ejwt   et d'après l'énoncé e(t)=Ecos(wt) = Eejwt. J'ai tout remplacé, à la fin  ça me fait une expression de U0 assez énorme. Est-ce correct?
Après je fais le module de U0 et son argument puis je les intègre dans l'expression : U(t)=U0cos(wt+)  pour avoir U(t)
"

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 00:26

Enfaite c'est bon j'ai fini la question 3. J'en suis désormais à la 4.

On est actuellement entrain de commencer le cours sur l'acuité de la résonance, on a parlé vaguement de bande passante.. mais on ne l'a pas fini! Pouvez vous m'expliquer comment faire la question 4, comment on détermine la largeur?

Posté par
JED
filtre passe bande 04-12-11 à 09:35

Bonjour,

Avant de discuter de la bande passante pourriez vous donner le module de Z/(Z+r), voir sanantonio.

Ensuite, quels sont vos résultats concernant la question 3 ?

A vous lire. jed.

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 10:02

Bonjour tous les deux.
Excellente question ..... dont la réponse permettra de répondre à la question 4.

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 14:39

alors pour le module de Z/Z+R j'ai trouvé (je prends l'expression en fonction de Q,x et E):

|U0| = E[ Q²x²/1+x²(-2+x²+Q²) ]² + [(Qx-Qx3)/1+x²(-2+x²+Q²)]²

La racine prend toute l'expression à partir de Q

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 14:44

L'amplitude de U(t) vaut E  quand elle est maximale.

Si on remplace x par 1 dans toute l'expression de U(t), on a la fin : U(t) = Ecos(rt)

U(t) = e(t) car d'après l'énoncé e(t) = Ecos(t)

Et cela veut dire que U(t) et e(t) sont en phase non?

Si u(t) et e(t) sont en phase alors le déphasage = 0?

Posté par
JED
filtre passe bande 04-12-11 à 15:53

Bonjour,
L'amplitude maximale de u(t) est bien égale à E.

Ceci pour une pulsation wr = w0.

Alors u(t) et e(t) sont en phase (déphasage nul).

Question 4 : bande passante.

Sur la courbe U = f(w) vous recherchez les pulsations w1 et w2 telles que U = E /0,707?
.

La BP est égale à w2 - w1.

A vous lire. JED.

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 16:45

Sur la courbe U = f(w) vous recherchez les pulsations w1 et w2 telles que U = E /0,707.

Que voulez-vous dire par là?

Comment sait on que U = E/0.707? Je ne vois pas comment procéder, y a t-il des étapes?

Merci

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 17:10

N'est-ce pas plutôt U = 0.707 E?
C'est la définition de la bande passante à -3dB. (20log(2/2)20log(0.707)-3)

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 17:21

Mais comment utilise t-on U= 0.707 E? enfin on en fait quoi? x/

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 17:35

Au maximum, à w0, U/E=1 donc 20log(U/E)=0 dB
On cherche les 2 valeurs de w (1 de chaque côté de w0) telles que 20 log(U/E)=-3 dB.
Le calcul montre que ça consiste à cherche les valeurs de w telles que U/E=2/20.707.
C'est une définition. Donc un choix un peu arbitraire.
Tu as calculé U/E. Y'a plus qu'à y'aller.

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 18:22

Et donc à la fin j'aurais une valeur w1 et une valeur w2 puis j'aurais juste à faire w2 - w1 et ça me donnera la valeur de la bande passante?

La dimension de la bande passante c'est quoi? Hz?

Posté par
sanantonio312
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 18:28

une différence entre 2 fréquences, ça donne une fréquence.
Mais ici, les w sont des pulsations. Donc des Rd/s. A diviser par 2 pour obtenir de Hz

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 18:40

D'accord merci beaucoup.. je vais essayé de les calculer

Posté par
JED
filtre passe bande 04-12-11 à 19:37

Bonsoir,

Vous avez  U = A(x,Q)* E        modules

Pour x= 1  A=1    et U = E

Pour la bande passante vous écrirez  U = 0,707 E , merci sanantonio.

A(x,Q) = 0,707.................>  x1, x2.............> w1, w2..........> f1,f2


Bon courage.  JED.

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 20:12

Merci beaucoup !

Posté par
Lolilol
re : Difficulté Exercice Régime Sinusoïdale Permanent 04-12-11 à 20:13

Par contre d'où sort l'expression  U = A(x,Q)* E ?

Posté par
JED
filtre passe bande 04-12-11 à 21:20

Bonsoir,

A(x,Q) est le module de l'expression donnée par sanantonio le 3/12 à 19h30.

  Continuez. JED.



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