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Niveau maths sup
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etude d'un filtre du 2nd ordre à AO

Posté par
pioute
22-08-08 à 18:30

encore un ptit exercice que j'ai fait et sur lequel j'aimerais avoir vos avis d'experts
voila l'énoncé :
L'AO est idéal et fonctionne en régime linéaire. La tension d'entrée est sinusoïdale, de pulsation , et sa valeur efficace est constante.
1) Déterminer qualitativement la nature du filtre
2) Exprimer la fonction de transfert H(j) en fonction de , R, C1 et C2.
3) Quelle est la fréquence de résonance f0 et le facteur de qualité Q de ce filtre.

Données : R = 5000, C1 = 0,3F; C2 = 0,3nF

Voila ce que j'ai fait:
1) pour les basses fréquences, tend vers 0 donc le condensateur C1 se comporte comme un interrupteur ouvert, donc le gain tend vers 0
et pour les hautes fréquences je vois pas trop parce que C1 va se comporter comme un fil mais apres je ne sais pas...

2) En utilisant le théorème de Millman au noeud entre C1 et ttes les résistances, et en l'utilisant aussi au noeud entre R et C2 je trouve :
H = vs/ve = -jRC1/(1-R2C1C22+3jRC2)

3) pour la fréquence de résonance, j'ai calculé le gain (donc la norme de H) et j'ai dérivé l'expression obtenue. J'ai résolu l'équation et j'ai trouvé :
= 1/[R.(C1C2)]
ça me parait homogène et cohérent mais le calcul a été relativement long (sans trop de difficultés tt de même) dc je sais pas s'il y a une technique plus rapide...
la fréquence de résonance est donc : f0 = /2 = 3355 Hz

et enfin pour le facteur de qualité :
j'ai remplacé 0 dans l'expression du gain pour obtenir Gmax et j'ai cherché tel que
H() = Gmax / 2
là j'ai encore un ptit calcul ac une équation 2nd degré, je ne garde que les solutions positives et je trouve = 3/RC1
donc Q = 0/ = (C1/C2)/3 = 10.5

Vous pensez quoi de ce raisonnement et des résultats?
Merci d'avance

Posté par
J-P
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 22-08-08 à 19:41

Citation :
Vous pensez quoi de ce raisonnement et des résultats?


Pour avoir envie de commencer à lire, il faudrait avoir le schéma. C'est moins fatiguant que d'essayer de l'imaginer.

Posté par
pioute
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 22-08-08 à 20:57

oups... autant pour moi! je l'avais scanné mais j'ai oublié de l'attacher! désolé! le voila :

etude d\'un filtre du 2nd ordre à AO

Posté par
pioute
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 13:05

Posté par
J-P
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 13:52

Ce ne peut pas être correct.

L'entrée est sur la patte + de l'ampli, le - que tu as dans l'expression de H est donc bien suspect

- En très basse fréquence, on doit avoit H = 0 (car l'impédance de C1 est très élevée)
Il faut donc un w en facteur au numérateur de H (et il n'y est pas dans ton expression)

- En très haute fréquence, C1 se comporte comme en court circuit et donc Ve se retrouve sur l'entrée + de l'ampli qui est alors en configuration suiveur.
Donc en très hautes fréquence, H = 1
Dans lim(w-> oo) H(w) = 1 et ce n'est pas le cas dans ton expression de H.

Sauf erreur, j'ai trouvé :

H = Vs/Ve = jwC1(R1+R2+jwR1R2C2)/(1 - w²R1R2C1C2 + jw(R1C1+R2C1))
---

A partir de cette expression:
w = 0 donne H = 0
w --> oo donne H = jwC1(jwR1R2C2)/(-w²R1R2C1C2) = 1
-----

Résonance pour 1 - w²R1R2C1C2 = 0, soit w = racinecarrée(1/(R1R2C1C2))

A la résonance : Vs/Ve =  jwC1(R1+R2+jwR1R2C2)/(jw(R1C1+R2C1))
Vs/Ve =  (R1+R2+jwR1R2C2)/(R1+R2)
Vs/Ve =  (R1+R2+j.racine(R1R2C2/C1))/(R1+R2)
-----

Je n'ai rien vérifié.  

Posté par
pioute
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 14:08

merci beaucoup J-P!
je vais revérifier mes calculs et je te tiens au courant de ce que je trouve!
merci encore!

Posté par
pioute
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 14:17

me revoila! je suis tout à fait d'accord ac toi J-P!
je viens de trouver mon erreur...
je vous ai donné le schéma qui correspondait à un autre exercice quasiment identique et effectivement je trouve comme vous!
Le schéma qui correspond à l'exercice que je pose dans ce post est le suivant
Donc les résultats que j'ai donnés plus haut correspondent en fait à ce schéma! Il se peut toujours qu'il y ait des erreurs!

Je suis vraiment désolé de cette erreur grossière!


etude d\'un filtre du 2nd ordre à AO

Posté par
J-P
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 15:46

Avec ce schéma :

En très basse fréquence, Vs/Ve = 0 (à cause de C1)
En très haute fréquence, Vs/Ve = 0 (à cause de C2)

Ce filtre est donc un filtre passe bande

Je trouve :

H(w) = vs/ve = -jwRC1/(1-w²R²C1C2 + 2jwRC2)

résonance pour 1-w²R²C1C2=0, soit Wo = (1/(R * racine(C1C2))
et à la résonance : H(wo) = - C1/(2.C2)

Toujours sans vérificarion.  

Posté par
pioute
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 16:25

Tu es vraiment un as J-P!
On a à peu près les mêmes résultats, à la différence près que moi j'ai un facteur 3 dans la partie imaginaire du dénominateur :
ton résultat : H(w) = vs/ve = -jwRC1/(1-w²R²C1C2 + 2jwRC2)
mon résultat : H(w) = vs/ve = -jwRC1/(1-w²R²C1C2 + 3jwRC2)
je vais donc revérifier mes calculs mais à la limite c'est un détail.

Je suis ok pour la fréquence de résonance!

Par contre il y a qqchose que je ne comprends pas pour l'analyse qualitative du filtre au début de l'exercice :
A tres basse fréquence, C1 va se comporter comme un interrupteur ouvert donc H=0
Mais à très haute fréquence, C1 et C2 vont se comporter comme des fils donc je ne vois pas pourquoi H=0...

Posté par
J-P
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 17:10

A trés haute fréquence, C2 se comporte comme un court-circuit.

L'opérationnel se trouve alors dans la situation d'un suiveur (puisque sortie et patte - au même potentiel) avec l'entrée + de l'opérationnel à la masse.

... Et un suiveur avec l'entrée + à la masse a sa sortie à 0.

Dans en haute fréquence, H = 0




Posté par
J-P
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 17:10

Lire:

Donc en haute fréquence, H = 0

Posté par
pioute
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 18:00

ok!
pour voir si j'ai bien compris, tu vas me dire si ce que je dis est juste :
comme l'AO fonctionne en régime linéaire, v+ = v- = 0 (car entrée+ reliée à la masse)
Donc le noeud entre R et C2 a un potentiel nul. Comme C2 se comporte comme un fil, le potentiel à la sortie de l'AO est nul.
D'où vs=0 et donc H=0.
C'est bien ça? ou alors je comprends vraiment rien en électricité ?

Posté par
J-P
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 18:07

Oui, c'est bon.

Posté par
pioute
re : etude d'un filtre du 2nd ordre à AO 23-08-08 à 18:47

Je suis désolé si en ce moment je poste "beaucoup" d'exercices mais là je passe en 2° année donc je ne veux surtout pas arriver avec des lacunes de 1° année, c'est pour ça que je pose pas mal de questions!
En tt cas, merci de votre aide J-P!



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