5/27/2012

COURS DE PHYSIQUE MPSI ELECTROCINETIQUE





COURS DE PHYSIQUE
MPSI
ELECTROCINETIQUE

Table des matières

1 LOIS GةNةRALES DANS LE CADRE DE L’APPROXIMATION DES RةGIMES QUASI-
PERMANENTS 5
1.1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 Bilan de charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Loi des nœuds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Tension électrique, loi des mailles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 La puissance électromagnétique reçue par un dipôle . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5 Caractère générateur et récepteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 ةLةMENTS DE CIRCUITS LINةAIRES EN RةGIME CONTINU OU QUASI-PERMANENT9
2.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Modélisation de dipoles passifs linéaires R, C et L . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Le conducteur ohmique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1.1 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1.2 Association des conducteurs ohmiques . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1.3 Effet Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.2 Le condensateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.2.1 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.2.2 Association des condensateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.2.3 Aspect énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.3 La bobine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.3.1 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.3.2 Aspect énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Diviseurs de tension et de courant. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.1 Diviseurs de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.2 Diviseurs de tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 Modélisations linéaires d’un dipôle actif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4.1 Générateur de courant (représentation de NORTON) . . . . . . . . . . . . 14
2.4.2 Générateur de tension (représentation de THEVENIN) . . . . . . . . . . . 15
2.4.3 ةquivalence entre les deux modélisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 THةORبMES DE BASES ET MODةLISATIONS DES RةSEAUX LINةAIRES 17
3.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 Théorème de Millman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3 Théorème de superposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 Théorème Thevenin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.5 Théorème de Norton : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4 Régime transitoire 23
4.1 Cas du circuit (R-C) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.1 Charge du condensateur (régime forcé) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.1.1 L’équation différentielle : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.1.2 Détermination expérimentale de la constante de temps τ : . . . . 24
4.1.1.2.1 La pente à l’origine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.1.1.2.2 la valeur de u(τ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.1.2.3 Temps de montée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1.1.3 Le portrait de phase : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.1.1.3.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.1.1.3.2 Représentation dans le plan de phase . . . . . . . . . . 26
4.1.1.4 Aspect énergétique : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.2 Décharge du condensateur (régime libre) : . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.2.1 ةquation différentielle et solution : . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.2.2 L’équation de la trajectoire de phase : . . . . . . . . . . . . . . 28
4.2 Cas du circuit (R-L) : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2.1 Régime forcé : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2.1.1 L’équation différentielle et solution . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2.1.2 Portrait de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2.1.3 Aspect énergétique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2.2 Régime libre : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3 Circuit (RLC) série : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3.1 Régime libre : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3.1.1 Régime apériodique ∆′ > 0 : . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3.1.2 Régime critique ∆′ = 0 : . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.3.1.3 Régime pseudopériodique ∆′ < 0 : . . . . . . . . . . . . . 33
4.3.2 Régime forcé : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5 Régime alternatif sinusoidal 39
5.1 Amplitude complexe ,Impedance et admittance complexes. . . . . . . . . . . . . . 39
5.1.1 Amplitude complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.1.2 Impedance complexe et admittance complexe : . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.1.2.1 Définitions : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.1.2.2 Applications : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1.2.2.1 Impedance d’un resistor . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1.2.2.2 Impedance d’une bobine idéale . . . . . . . . . . . . 41
5.1.2.2.3 Impedance d’un condensateur . . . . . . . . . . . . 42
5.2 ةtude du circuit RLC série en régime sinusoidal forcé . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2.1 Régime transitoire et régime permanent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2.2 ةtude de l’impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.2.3 Résonance en tension aux bornes du condensateur (Charge) . . . . . . . . 44
5.2.3.1 ةquation différentielle et solution . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
ةLECTROCINةTIQUE-M.P.S.I
5.2.3.2 ةtude de l’amplitude Uc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.2.3.3 La bande passante à -3dB pour la charge . . . . . . . . . . . . . 46
5.2.3.4 ةtude du déphasage φ = ϕc − ϕe . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.4 Résonance en intensité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.2.4.1 ةtude de l’amplitude Im . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.2.4.2 La bande passante à -3dB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.2.4.3 ةtude du déphasage ϕ = ϕi − ϕe . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.3 La puissance : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.3.1 Facteur de puissance : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.3.2 Adaptation d’impedance : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6 Diagramme de BODE des filtres du premier et second ordre 55
6.1 Fonction de transfert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.1.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.1.2 Exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.1.3 Lien entre la fonction de transfert et l’équation différent ielle . . . . . . . . 56
6.1.4 Diagrammes de BODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.2 Filtrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.2.2 Principaux types de filtres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.3 Filtres du premier ordre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.3.1 Filtre passe-bas du premier ordre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.3.1.1 L’étude d’un exemple : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.3.1.2 Diagramme de Bode pour le gain : . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.3.1.3 Diagramme de Bode pour la phase : . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.3.2 Filtre passe-haut du premier ordre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.3.2.1 L’étude d’un exemple : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.3.2.2 Diagramme de Bode pour le gain : . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.3.2.3 Diagramme de Bode pour la phase : . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.4 Filtres du deuxième ordre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.4.1 Filtre passe-bas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.4.1.1 L’étude d’un exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.4.1.2 Diagramme de Bode pour le gain . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.4.1.3 Diagramme de Bode pour la phase . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.4.2 Filtre passe-haut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.4.2.1 L’étude d’un exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.4.2.2 Diagramme de Bode pour le gain . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.4.2.3 Diagramme de Bode pour la phase . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.4.3 Filtre passe-bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.4.3.1 L’étude d’un exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.4.3.2 Diagramme de Bode pour le gain . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.4.3.3 Diagramme de Bode pour la phase . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.4.4 Filtre coupe (ou réjecteur) de bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4.4.1 L’étude d’un exemple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4.4.2 Diagramme de Bode pour le gain . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4.4.2.1 Comportement asymptotique. . . . . . . . . . . . . . 71
6.4.4.2.2 Représentation graphique du gain pour quelques va-
leurs de Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.4.4.2.3 La bande passante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.4.4.3 Diagramme de Bode pour la phase . . . . . . . . . . . . . . . . 73

telecharger ici
pass  www.learnit.66ghz.com


1 commentaire: