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Niveau maths sup
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Fonction transfert

Posté par
fenchyr
09-08-15 à 17:59

Bonjour, je doit calculer la fonction transfert de ce circuit pour ce faire j'ai rassembler les 3 dipôle de droite sous une seule impédance puis utiliser le pont diviseur de tension seul problème, il me reste au numérateur Rjcw+1 et au dénominateur 1+3Rjcw-(Rcw)2.

Le corriger donne 1 au numérateur mais je ne voit pas comment l'obtenir. ..

Merci d'avance

Fonction transfert

Posté par
vanoise
re : Fonction transfert 09-08-15 à 18:14

Pa sûr d'avoir bien compris ta méthode sans avoir vu tes calculs. A priori, ta méthode donne le potentiel du nœud commun aux deux résistances ; pour avoir s, il faut utiliser une seconde fois la formule du diviseur de tension...
Il y a sans doute plus simple à condition de connaître le théorème du "potentiel de noeud", souvent appelé théorème de Millman mais ce théorème n'est peut-être pas à ton programme.

Posté par
fenchyr
re : Fonction transfert 09-08-15 à 18:22

Ma technique est celle utilisée dans tous ce genre d'exercice.
J'ai calculer l'impédance équivalente à la résistance et au condensateur de droite comme qui donne

Zeq= r + 1/jcw

Puis j'ai calculer l'impédance équivalente de cette dernière avec le condensateur de gauche pour me ramener à un système à une maille.

Avec zeq'= (Rjcw + 1)/(2jcw -R(wc)2)

Puis utiliser le pont diviseur de tension dans cette maille ...

Posté par
vanoise
re : Fonction transfert 09-08-15 à 18:41

Ta méthode est correcte mais tu ne vas pas jusqu'au bout.
Si je continue ton raisonnement :

Citation :
Puis utiliser le pont diviseur de tension dans cette maille ...
:
V=e.Z'eq/(Z'eq+R) ,
es-tu sûr que l'on ait : V = s ?

Posté par
fenchyr
re : Fonction transfert 09-08-15 à 18:46

Ah d'accord merci beaucoup

Posté par
J-P
re : Fonction transfert 09-08-15 à 19:09

Fonction transfert

Z1 = [(1/(jwC)) ((1 + jwRC)/(jwC)]/[(1/(jwC)) + ((1 + jwRC)/(jwC)]

Z1 = [(1 + jwRC)/(jwC)²]/[((2 + jwRC)/(jwC)]
Z1 = [(1 + jwRC)/(jwC)]/(2 + jwRC)
Z1 = (1 + jwRC)/[jwC.(2 + jwRC)]

e/(R+Z1) = V1/Z1
V1 = e.Z1/(R+Z1)
V1 = e.[(1 + jwRC)/(jwC.(2 + jwRC))]/[R + (1 + jwRC)/(jwC.(2 + jwRC))]
V1 = e.(1 + jwRC)/[R.(jwC.(2 + jwRC)) + (1 + jwRC)]  (1)

s/(1/(jwC)) = V1/(R + 1/(jwC))
s = V1/(1+jwRC)

(1) et (2) -->

s = e * 1/[R.(jwC.(2 + jwRC)) + (1 + jwRC)]

s = e * 1/(2jwRC + j²w²R²C² + 1 + jwRC)

s = e * 1/(1 - w²R²C² + 3jwRC)

Posté par
vanoise
re : Fonction transfert 09-08-15 à 19:24

Si cela peut t'aider à comprendre le fonctionnement du filtre : reprend le passe-haut du premier ordre que tu as sûrement étudié en cours. Tu devrais arriver à la conclusion que le filtre que tu étudies ici est un passe-haut du second ordre

Posté par
J-P
re : Fonction transfert 09-08-15 à 19:42

Passe haut ?

Avec un C en parallèle sur la sortie, n'est-il pas évident que si la fréquence tend vers +oo, alors la tension de sortie tend vers 0 ?

Fonction transfert

Sauf distraction.

Posté par
fenchyr
re : Fonction transfert 09-08-15 à 19:59

Effectivement c'est un passe bas. Néanmoins j'ai un peu de mal pour la fréquence de coupure je trouve 4 valeurs possibles et en ayant éliminé les négatives il m'en reste deux potentiels comment faire ?  

Posté par
vanoise
re : Fonction transfert 09-08-15 à 20:13

Grosse "boulette" de ma part : il fallait lire "passe-bas" du second ordre. Voici d'ailleurs le diagramme de Bode obtenu en choisissant R = 10k et C = 100nF.
Suivant le valeur de Q, la courbe du gain présente un maximum (voir allure de la courbe fournie par J-P) ou n'en présente pas (voir courbe que je fournis. On peut donc trouver une ou deux fréquences de coupures. Sans valeurs numériques, je ne peux pas être plus précis.

Fonction transfert

Posté par
J-P
re : Fonction transfert 09-08-15 à 20:18

Fausse manoeuvre dans mon dessin, o,n a plutôt ceci :

Fonction transfert

s = e * 1/(1 - w²R²C² + 3jwRC)

|s/e| = 1/V[(1 - w²R²C²)² + 9w²R²C²]

coupure à 2dB pour |s/e| = 1/V2 -->

(1 - w²R²C²)² + 9w²R²C² = 2

Poser w²R²C² = X (avec X > 0)

(1 - X)² + 9X = 2
X² + 7X - 1 = 0 --> X = 0,14

w²R²C² = 0,14
wRC = 0,374

fc = 0,374/(2.Pi*RC)

fc = 0,06/(RC)
-----
Sauf distraction.  

Posté par
J-P
re : Fonction transfert 09-08-15 à 20:19

Rezut, lire évidemment : coupure à 3 dB pour ...

Posté par
fenchyr
re : Fonction transfert 09-08-15 à 21:29

Merci beaucoup, une dernière chose, on nous demande de déterminer vs pour ve=vo(cos (t/Rc)).

Alors il faut séparer la fonction de transfert etc, mais ne l'ayant jamais fait pourriez vous me donner le résultat final pour que je puisse comparer au miens et aviser si cela n'est pas bon svp ?

Posté par
vanoise
re : Fonction transfert 09-08-15 à 22:47

Je reprends le calcul de J-P de la fonction de transfert en posant : w0=1/(RC) et x = w/w0 et
H=vs/ve=1/(1 - w²R²C² + 3jwRC) =1/(1-x2+3jx)
En régime sinusoïdal :ve=v0.cos(w0t) ; vs=Vs.cos(w0t+)
avec :Vs/v0=module de H=1/(racine carrée de ((1-x2)2+9x2))=1/(racine carrée de (1+x4+7x2));
avec =argument de H.
On te demande d'étudier le cas x = 1 ;
cela conduit à :Vs/v0=1/3  et à :
=argument de 1/(3j)= -/2 rad

Remarque : je t'ai exposé la méthode générale de détermination de Vs et . Dans le cas particulièrement simple ici :  x = 1, tu peux remarquer directement : H=1/(3j)
donc : Vs/v0=1/3 et =-/2 rad

Posté par
vanoise
re : Fonction transfert 09-08-15 à 23:28

Je développe un peu le calcul général de l'argument, calcul qui serait indispensable dans le cas général x1.
Tu as vu en math que l'argument d'un quotient de deux complexes est la somme de l'argument du numérateur et de l'argument du conjugué du dénominateur.
Ici, le numérateur vaut 1, son argument est nul. Nous avons donc :
argument de H=argument de (1-x2-3jx)
Cela conduit à :
tan(\phi)=\frac{-3x}{1-x^2}
Pour lever l'ambiguïté sur le fait que la tangente définit à radians près, tu peux dire que sin() est du signe de la partie imaginaire soit du signe de (-3x). Pour ce filtre, sin()0, doit être compris entre 0 et -rad .
Cela apparaît bien sur le diagramme de Bode que je t'ai fourni, la situation x = 1 correspondant à une fréquence de 159Hz

Posté par
vanoise
re : Fonction transfert 10-08-15 à 15:50

Tu as posé précédemment une question sur le nombre de fréquences de coupure. Je n'ai pas pris le temps d'y répondre complètement hier. Voici quelques compléments. L'expression générale de la fonction de transfert (notée H ou T pour un filtre passe bas du second ordre s'écrit :
\underline{H}=\frac{A}{1+j\frac{x}{Q}-x^{2}}
avec A : constante positive souvent égale à 1 comme ici ;
x = w/wo avec wo : constante souvent égale à 1/RC ;
Q : facteur de qualité du filtre : constante positive.
Le rapport des amplitudes tension de sortie/tension d'entrée est égal au module de H noté H.
H=\frac{A}{\sqrt{\left(1-x^{2}\right)^{2}+\frac{x^{2}}{Q^{2}}}}=\frac{A}{\sqrt{1+(\frac{1}{Q^{2}}-2)x^{2}+x^{4}}}.
Cela amène à distinguer deux cas :
(\frac{1}{Q^{2}}-2)\geq0$$\qquad soit\qquad Q\leq\frac{\sqrt{2}}{2} : sans faire de calcul de dérivée, on constate que H est nécessairement une fonction décroissante de x donc aussi une fonction décroissante de la fréquence. Hmax=A ; le filtre possède une seule fréquence de coupure correspondant à H = A/2. Cela correspond à la situation que tu devais étudier puisqu'elle correspond à Q = 1/3.
Deuxième cas :
(\frac{1}{Q^{2}}-2)<0\quad soit\quad Q>\frac{\sqrt{2}}{2}:
un calcul de dérivée montre que la courbe H = f(x) présente un maximum ; on peut alors définir deux fréquences de coupure mais le calcul est plus compliqué car HmaxA.
Je joins deux diagrammes de Bode correspondant à Q = 1/3 et à Q = 30 pour la même valeur de wo (103rad/s)

Fonction transfert

Fonction transfert



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