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Tp étude d'un circuit RLC en régime transitoire

Posté par
Kiecane
08-01-18 à 21:17

Bonsoir,

Je dois préparer un tp qui correspond à l'étude d'un ciruit RLC en régime transitoire et j'aurais besoin d'aide.

Voici l'énoncé : (les questions sont en italiques)

On souhaite étudier expérimentalement la tension aux bornes du condensateur d'un circuit RLC série en réfime transitoire en réponse à une tension E constante (interrupteur en position 1) ou en régime libre (interrupteur en position 2) (cf 1er schéma ci-dessous).

Matériel à disposition :
- GBF
- oscilloscope
- bobine L=100mH
- condensateur C=10nF
- Résistance variable (de 10à 100k)

1.Proposer un montage permettant de réaliser l'étude souhaitée. On précisera les branchements nécessaires, ainsi que les caractéristiques du signal choisi pour le GBF (type, fréquence, amplitude, valeur moyenne).


On peut faire le montage suivant : (cf schéma 2 (excusez-moi pour la mauvaise qualité de l'image))
Je ne savais pas où mettre la masse je n'ai pas vraiment compris à quoi cela sert.
Pour la fréquence et l'amplitude, je ne sais jamais comment choisir quelque chose qui "correspond" au circuit...
valeur moyenne = aire sous la courbe sur un intervalle d'une période / période
J'imagine qu'on la déterminera expérimentalement.


2. Calculer la valeur de résistance correspondant au régime critique.

Pour le régime critique on obtient u=(At+B)erot avec \omega _{o}=\sqrt{\frac{1}{LC}}, Q=\frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}} et ro=-o/2Q=-o car Q=1/2

On détermine B=E et A=-Ero car on doit avoir i(0)=0 et u(0)=E.


3. Réaliser le montage et observer les tensions aux bornes du GBF et du condensateur. Faire varier la valeur de la résistance R. Décrire les observations et commenter.

Je ne sais pas encore ce qu'on observera.


Partie 2 : mesures en régime pseudo-périodiques

Choisir une valeur de résistance R=200

4. Quelles sont les valeurs du facteur de qualité de o, de To, de et de T attendues ?


On a \omega _{o}=\sqrt{\frac{1}{LC}}=\sqrt{\frac{1}{100.10^{-3}\times 10.10^{-9}}}=3,2.10^{4}, To= ?  , Q=\frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}}=\frac{1}{200}\sqrt{\frac{100.10^{-3}}{10.10^{-9}}}=16 d'où \Omega =\omega _{o}\sqrt{1-\frac{1}{4Q^2}}=3,2.10^4\sqrt{1-\frac{1}{4\times 16^2}}=3,2.10^4 et T=\frac{2\pi }{\Omega }=\frac{2\pi }{3,2.10^{4}}=2.10^{-4}s
Je ne vois pas comment déterminer To


Faire une acquisition permettant de visualiser le régime transitoire de la tension aux bornes du condensateur en réponse à une tension E constante.

5. Mesurer la valeur de la pseudo-période T et commenter.

A faire expérimentalement.



On souhaite ensuite déterminer le facteur de qualité du circuit. On peut modéliser de manière mathématique l'enveloppe de la courbe obtenue précédemment.


6. Quelle est l'équation de l'enveloppe de la courbe obtenue en régime pseudo-périodique ? Proposer une méthode afin de vérifier la décroissance exponentielle telle que prédite par la théorie. Comment peut-on alors déterminer Q ?

L'équation de l'enveloppe de la courbe obtenue en régime pseudo-périodique est Ae^{\frac{-\omega _{o}}{2Q}t}
Afin de vérifier la décroissance exponentielle telle que prédite par la théorie, on peut mesure l'amplitude max de la courbe en fonction du temps (l'amplitude est décroissante).
Je ne vois pas comment déterminer Q sur la courbe....

7. Réaliser l'exploitation précédemment proposée à l'aide du logiciel Regressi et commenter.

A faire expérimentalement.


Une autre méthode permettant de déterminer le facteur de qualité consiste à utiliser le décrémenet logarithmique défini par \delta =\frac{1}{n}ln\frac{u_{c}(t)-E}{u_{c}(t+nT)-E}.

8. Montrer que \delta =\frac{\pi }{Q}\frac{1}{\sqrt{1-\frac{1}{4Q^2}}}. En déduire que \delta \approx \frac{\pi }{Q} si Q\gg 1

J'ai réussi à obtenir la même formule. Si Q\gg 1 alors on peut négliger \frac{1}{\sqrt{1-\frac{1}{4Q^2}}} dans l'expression de d'où \delta \approx \frac{\pi }{Q}.

9. En déduire une valeur de Q. Commenter.
Je n'ai pas compris comment on utilisait le décrément logarithmique pour trouver Q.....


Merci d'avance pour votre aide !

Posté par
Kiecane
re : Tp étude d'un circuit RLC en régime transitoire 08-01-18 à 21:17

Schéma 1 :

Tp étude d\'un circuit RLC en régime transitoire

Posté par
Kiecane
re : Tp étude d'un circuit RLC en régime transitoire 08-01-18 à 21:20

Schéma 2 (réponse à la question 1.)

Tp étude d\'un circuit RLC en régime transitoire

Posté par
Kiecane
re : Tp étude d'un circuit RLC en régime transitoire 09-01-18 à 13:12

Posté par
vanoise
re : Tp étude d'un circuit RLC en régime transitoire 09-01-18 à 14:25

Bonjour
La masse est la borne (habituellement noire) dont le potentiel est choisi arbitrairement nul. Pour des raisons de sécurité, les masses des différents appareils branchés au secteur sont reliées au fil de terre. Autrement dit : toutes les masses des différents appareils branchés sur le secteur sont en fait reliées entre elles. Il est donc impératif dans un montage, que la masse de l'oscillo et la masse du GBF soient reliées au même point du montage, sinon, une partie du montage est court-circuité !
Concrètement : remplace E par le GBF, sa borne noire étant reliée à la borne gauche de C (celle que tu as appelée à tort CH2) et relis la masse de l'oscillo à cette même borne. Branchement de CH1 correct.
Utilise la sortie TTL de ton GBF : il va se comporter en générateur de f.é.m. "e" rectangulaire de période T=1/f : avec e=E pendant une demi période et e=0 pendant l'autre demie période. Ainsi : pas besoin d'interrupteur ; Lorsque "e" passe de la valeur 0 à la valeur E, tout se passe comme si le circuit était connecté à un générateur de fem E et de résistance r = résistance interne du GBF (50 en général) : tu obtiens alors la charge du condensateur. Lorsque, T/2 seconde plus tard, "e" passe de la valeur E à la valeur 0, tout se passe comme si le générateur était enlevé et remplacée par sa résistance interne. Tu obtiens la décharge du condensateur.
Il faut choisir la fréquence de sorte que la régime permanent soit "presque" atteint en une demie période. Pour fixer les idées, commence par régler la fréquence de sorte que T/2 représente environ 6 périodes propres (connue puisque L et C connus). Tu pourras ensuite ajuster.
N'oublie pas de tenir compte de la résistance interne du GBF dans la résistance totale R du circuit...
Je te laisse réfléchir à tout cela... Pose d'autres questions si tu le juges nécessaire.



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