Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau école ingénieur
Partager :

Oscillateur amorti RLC

Posté par
Cal1978
10-12-17 à 13:14

Bonjour, voici un exercice sur les oscillateurs amortis. Je dois trouver l'expression de  i_1(t) ,  i_2(t)  et  i(t) . Je vais vous décrire au mieux le circuit électrique :
Un générateur d'intensité délivre une intensité I_0 .
Cette intensité va se séparer dans deux branches.
Dans l'une de ces deux branches il y a un condensateur de capacité C, et l'intensité qui passe par ce condensateur est noté i_1(t).
Dans l'autre branche il y a une bobine d'inductance L puis une résistance. L'intensité qui passe par cette branche est i_2(t).  
Les deux courants i_1(t) et  i_2(t) se réunissent ensuite dans un même fil et font une intensité i(t).
Le fil est ensuite relié à un interrupteur, relié lui-même au générateur d'intensité.

Mes recherches :
La loi des mailles dans la partie en dérivation nous donne :
u_C(t) = u_L(t) + u_R(t) qui sont respectivement les tensions aux bornes du condensateur, de la bobine, et de la résistance.
Soit en dérivant et en multipliant par C :
C.\frac{du_C(t)}{dt} = C.\frac{du_L(t)}{dt} + C.\frac{du_R(t)}{dt}
Soit i_1(t) = CL.\frac{di_2(t)}{dt} + CR.\frac{di_2(t)}{dt}  
et me voilà bloqué.... Merci pour vos aides !

***Un schéma du circuit serait apprécié ...***

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 13:15

Le condensateur est initialement déchargé.

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 14:10

Bonjour
Une méthode possible, peut-être pas encore à ton programme, consiste à étudier le circuit en régime sinusoïdal en utilisant les complexes associés puis à remarquer que multiplier un complexe par \left(j\omega\right)^{n} est équivalent à prendre la dérivée nième par rapport au temps de la grandeur instantanée correspondante. Sinon :

I=i_{1}+i_{2}

On écrit ensuite que la tension instantanée est commune à C et à {L,R} :

R.i_{2}+L\frac{di_{2}}{dt}=\frac{q}{C}

Soit en dérivant :

L\frac{d^{2}i_{2}}{dt^{2}}+R\frac{di_{2}}{dt}=\frac{i_{1}}{C}\quad soit\quad L\frac{d^{2}i_{2}}{dt^{2}}+R\frac{di_{2}}{dt}+\frac{i_{2}}{C}=\frac{I}{C}

Cela devrait t'aider pour continuer seul... Poste à nouveau tout de même si tu ne t'en sors pas !

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 14:44

Pour t'aider un peu, voici une simulation représentant en rouge la courbe i1(t) et en bleu la courbe i2(t). Fais bien attention en particulier au valeurs initiales et aux valeurs limites quand t tend vers l'infini. J'ai choisi pour le tracé des valeurs totalement arbitraires :
L=0,1H ; C=10µF ; R=20

Oscillateur amorti RLC

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 15:56

J'ai oublié une précision : le courant électromoteur fourni pour le générateur idéal de courant a pour valeur dans ma simulation :
I=1A.
J'ai aussi remarqué que l'énoncé note cette intensité Io plutôt que I... Mais impossible de corrigé les messages déjà envoyés...

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 17:08

Bonjour , c'est déjà très gentil à vous d'avoir répondu !
Cependant une petite incompréhension persiste :
Vous faites apparaître q(t) pour le dériver et ainsi faire apparaître une intensité. Pourquoi cette intensité est i_1(t) et pas une autre intensité du circuit ?

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 17:14

Ouch non c'est bon c'était évident.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 17:16

Merci beaucoup, je vais maintenant essayer de résoudre l'équation.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 17:24

Peut-on considérer le second membre nul. Je ne pense pas mais sinon ce serait terriblement long... il faudrait aussi trouver une solution particulière...

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 19:16

La solution générale est effectivement la somme de deux solutions :
1° : la solution particulière correspondant au régime permanent ; simplissime : il suffit de considérer toutes les dérivées comme nulles dans l'équation différentielles : i2p=Io
2° : la solution homogène i2h : solution de l'équation différentielle dans le cas où Io=0 (second membre de l'équation nul). Là : tu as trois types de solutions possibles selon les valeurs de R,L et C. Le cas que j'ai illustré précédemment correspond à une résistance suffisamment faible pour obtenir un régime pseudo-périodique. Cette étude est sûrement détaillée dans ton cours. Sinon, tu peux consulter la fiche n° 10 ici :

L'exemple étudié est un peu différent de celui qui t'intéresse mais l'adaptation est facile me semble-t-il.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 19:21

Dans mon cours il y a des pages et des pages pour trouver la solution particulière. C'est justement là ou les complexes interviennent.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 19:22

Ah mais mais le second membre dépend du temps.. ce qui n'est pas notre cas ici.. soit je vais surement trouver maintenant merci

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 19:37

Super !
Je te laisse travailler !
Pourrais-tu fournir les valeurs numériques de R,L,C et Io ?

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 20:10

Bien sur I_0 = 5A,  R=2 ohm ,  L=0,1 mH  et C= 1.10^-6 F

J'ai donc résolue l'équation en remplacant dans l'équation la solution admise i_2(t)
 \\  = Aexp(rt) ceavec r un nombre complexe, à priori. Ce qui me donne en développant une équation du second degré. On calcule le discriminant.
(Sachant que j'ai posé Q et Oméga(O) précédemment (facteur de qualité et pulsation) , je trouve que Q = 5 , ce qui est supèrieur à la valeur critique 0,5). Le discriminant est donc négatif.  

Il y a donc deux solutions complexes. La solution générale est une combinaison linéaire des deux solution + I_0.
Je dois maintenant déterminer les constantes...

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 20:37

Le hasard fait bien les choses : les valeurs numériques que j'ai choisies pour tracer les courbes correspondent aussi à Q=5... mais j'ai choisi Io=1A au lieu de 5A...

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 20:46

Donc ça voudrait dire que à l'instant t=0+ , i_2(t) = 0

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 20:47

i_2(t) = I_0 je voulais dire

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 20:51

Mais c'est possible que le condensateur reçoive une intensité supérieure à celle fournie par le générateur comme le montre le graphique ?

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 21:01

La courbe en bleu correspond à l'intensité du courant traversant la bobine.
La contrainte physique est i1+i2=Io
Lorsque l'intensité du courant dans la branche du condensateur est négative, l'intensité du courant à travers la bobine est supérieure à Io.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 21:26

Ok merci !

Encore des petites choses ! Avec quoi ou quel logiciel avez vous construit les courbes ?

Et secondo, à votre avis il existe une ou deux constantes à déterminer ? Il y en aurait deux selon mon cours, mais seulement une condition initiale..

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 10-12-17 à 21:33

Tu n'as pas bien observé les courbes...
De façon générale une inductance assure la continuité de l'intensité dans sa branche alors qu'un condensateur assure la continuité de la tension à ses bornes. Donc ici  :
à t=0+ : i2=0 ; i1=Io-i2=Io  ; u=0.
Je te laisse montrer qu'à la même date, la dérivée de i2 par rapport à t vaut zéro.
Je suppose qu' avant la fermeture de l'interrupteur le condensateur est déchargé et la bobine traversée par aucun courant.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 11-12-17 à 19:29

Ne faudrait-il pas montrer que q(t) à t=O+ est nul ducoup ?

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 11-12-17 à 19:51

J'ai déjà en grande partie répondu à tes interrogations.
Le condensateur assure la continuité de la charge donc la continuité de la tension u à ses bornes. Donc à t=O+ :

u=0=L\frac{di_{2}}{dt}+R.i_{2}
Or, la bobine assure la continuité de l'intensité du courant dans sa branche :

à t = 0+ : i2=0

On obtient donc à t = 0+ :

\begin{cases}
 \\ i_{2}=0\\
 \\ \frac{di_{2}}{dt}=0
 \\ \end{cases}

Les voila les deux conditions particulières qui vont te permettre d'obtenir l'expression de i2(t)...

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 11-12-17 à 19:53

Je trouve que la solution s'écrit i_2(t) = exp(\frac{-t}{to})(B_1cos(wt) + B_2sin(wt))
 \\  + I_0 avec to et w  des éléments que l'on a posé pour simplifier l'expression .

i_2(t=0+) = 0 donc B_1 =  -I_0

Et dans l'hypothèse que la dérivée est nulle,  je trouve que B_2 = \frac{I_Oto}{w}

A vu d'oeil pouvez me dire si ça pourrai être cohérent ?

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 11-12-17 à 19:54

Ah ok en fait la dérivée de i est nulle car i est nulle ... tout simplement merci !

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 11-12-17 à 21:57

1. Lorsque tu as posté à 19h53 tu n'avais sans doute pas lu mon message de 19h51. J'y démontre que di2/dt est nul à t=0+ parce que, à cette date,  i2  et u  sont nuls.
2. D'accord avec ta valeur de B1.
3. Tu obtiens une valeur de B2 homogène au produit d'une intensité par le carré d'un temps  : nécessairement faux;  B2 a la dimension d'une intensité. Revois ton calcul;  tu devrais aboutir à B2=0...

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 11-12-17 à 22:15

Erreur à la dernière ligne de mon précédent message . B2 n'est pas nul et dépend bien de Io et de to mais le point no2 de mon précédent message reste valide.

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 12:48

Bonjour
Je n'ai pas été très clair hier soir sur l'expression de B2. Je reprends. Si tu écris l'expression de la solution générale sous la forme :

i_{2}(t)=\exp(\frac{-t}{to})\cdot(B_{1}cos(wt)+B_{2}sin(wt))+I_{0}

La condition particulière i_{2}\left(0^{+}\right)=0 conduit comme tu l'as écrit à : B_{1}=-I_{0}. L'expression générale de la dérivée par rapport au temps est :

\frac{di_{2}}{dt}=-\frac{1}{t_{0}}\cdot\exp(\frac{-t}{to})\cdot(B_{1}cos(wt)+B_{2}sin(wt))+\exp(\frac{-t}{to})\cdot\left[-w.B_{1}.\sin\left(wt\right)+w.B_{2}.\cos\left(wt\right)\right]

Cette dérivée est nulle à t=0+ :

0=-\frac{B_{1}}{t_{0}}+w.B_{2}

Soit :

B_{2}=\frac{B_{1}}{w.t_{0}}=-\frac{I_{0}}{w.t_{0}}

B2 a bien la dimension physique d'une intensité !

Ayant ainsi obtenu i_{2}(t) , tu obtiens facilement i1(t) :

i_{1}(t)=I_{0}-i_{2}(t)

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 19:23

Ok ça marche. Merci beaucoup pour le calcul de dérivée. En plus j'avais fait une grossière erreur mais je retrouve finalement la même chose que vous.
Donc pour récapituler on trouve
i_2(t) = exp(\frac{-t}{t_o})(-I_0cos(wt) -\frac{I_0}{wt_o}sin(wt)) + I_0

Je reviens à l'expression de mon premier message où j'ai déterminé l'expression de i1.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 19:31

Je trouve que la dérivée de i_2(t) est :
exp(\frac{-t}{t_o})I_0(sin(wt)(w+\frac{1}{wt_ot_o}))

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 19:50

D'accord avec tes résultats. Tu as sûrement constaté que di2/dt vaut zéro en t=0...

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 19:54

Super merci !
hum oui.. c'est ainsi que nous avons déterminé la constante B2..

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 20:12

Citation :
c'est ainsi que nous avons déterminé la constante B2

Bien sûr mais une erreur dans des calculs intermédiaires aurait pu conduire à un résultat incohérent... Mais cela n'a pas été le cas : bravo !

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 20:21

Bravo à vous ! C'est super de pouvoir compter sur des gens comme ça !

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 20:21

Puis-je vous poser une autre question indépendante de l'exercice ?

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 20:29

Puis-je vous poser une autre question indépendante de l'exercice ?

Posté par
vanoise
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 21:01

Pourquoi pas. Tu peux aussi créer un nouveau topic pour cela.

Posté par
Cal1978
re : Oscillateur amorti RLC 12-12-17 à 21:51

Bon ça devrait aller. Ce serait trop long et compliqué à expliquer. En tout cas merci beaucoup !!!

Bonne soirée



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2025

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !