2.2.5 - Adaptation d`impédance: cas général (critères)

Transcription

Chap. 2 – Vademecum d'électricité
2.2 – Equivalent de Thévenin et adaptation d'impédance
2.2.5 - Adaptation d'impédance:
cas général (critères)
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ELEC-H-301 - 2006/07
2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général
Introduction
Faire de l'électronique, c'est interconnecter des
composants et des montages
haut-parleurs
micro
ampli de puissance
table de mixage
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Introduction
Principe à retenir:
On NE peut PAS interconnecter des composants et des
montages sans effectuer certaines vérifications
Pour discuter ce problème, considérons:

un appareil amont = source du signal
un appareil aval = charge
?
appareil amont (source)
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appareil aval (charge)
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1
Connecter deux appareils: pas si simple...
1) en premier lieu, il faut vérifier que les niveaux de
tension, courant et puissance des deux appareils sont
compatibles…
2) en second lieu, il faut vérifier si les impédances sont
compatibles…

...sans quoi vous risquez d'endommager un des deux appareils
...c'est la problématique d'adaptation d'impédance traitée dans ce
module
?
appareil amont (source)
appareil aval (charge)
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Adaptation d'impédance en tension: le problème
Considérons un appareil amont délivrant un signal de
tension à un appareil aval
chacun des appareils peut être décrit par son équivalent de
Thévenin

sortie de l'appareil amont = f.e.m. + résistance de sortie
entrée de l'appareil aval = résistance d'entrée
Rout
E

Rin
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En connectant ensemble les deux appareils, on forme un
nouveau circuit

le circuit formé par les deux équivalents de Thévenin (ci-dessous)
n'existe pas réellement, mais il convient parfaitement pour décrire
ce qui se passe aux bornes des appareils
N.B.: ça ne vous rappelle pas le schéma élémentaire?
à la résistance Rout près
E

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Rout
Rin
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2
Q: que vaut la tension V entre les deux appareils?
R: il suffit de reprendre la formule du diviseur résistif...
E

I =
 Rin + Rout
V = R .I

in
V =
Rin
.E
Rin + Rout
E
I
Rout
V
Rin
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Conclusion: la tension à l'entrée de l'appareil aval n'est pas
égale à la f.e.m. E de l'appareil amont, mais elle est
atténuée d'un facteur Rin/(Rin+Rout)
Cette atténuation constitue en principe une dégradation du
signal

puisque le niveau du signal électrique représente une information
V =
Rin
.E
Rin + Rout
E
I
Rout
V
Rin
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L'atténuation est d'autant plus faible que…
…Rin est élevée
…et/ou Rout est faible
V =
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Rin
.E
Rin + Rout
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3
Critère d'adaptation en tension
d'où on déduit le critère d'adaptation en tension:
Lorsqu'on transmet un signal de tension entre deux
appareils, il faut une impédance d'entrée élevée et une
impédance de sortie faible
remarques...

1) dans le doute, ce principe est très facile à retrouver: il suffit de
penser au diviseur résistif
2) illustre l'utilité de l'équivalent de Thévenin pour connecter deux
appareils ensemble
3) pour les connections courantes (audio, vidéo, etc), les valeurs
d'impédance d'entrée/sortie sont standardisées pour respecter le
critère ci-dessus
4) cas idéal pour un signal de tension: Rin infinie et Rout nulle
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Adaptation d'impédance en courant
Supposons maintenant que l'appareil amont se comporte
davantage comme une source de courant que comme une
source de tension

l'information est codée par le courant
très courant en milieu industriel (ex: boucle 4-20mA)
la sortie de l'appareil amont est donc décrite par un
équivalent de Norton

= résistance de sortie en parallèle sur source de courant

l'entrée de l'appareil aval reste une résistance
I
J
Rout
V
Rin
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Q: Que vaut le courant reçu par l'appareil aval?
V = Rin .I

V = Rout (J − I )
I=
Rout
.J
Rin + Rout
I
J
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Rout
V
Rin
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4
Conclusion: le courant à l'entrée de l'appareil aval est
également atténué

et donc dégradé
cette fois d'un facteur Rout/(Rin+Rout)
I=
Rout
.J
Rin + Rout
I
J
Rout
V
Rin
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Critère d'adaptation en courant
d'où on déduit le critère d'adaptation en courant:
Pour éviter une atténuation du courant transmis entre deux
appareils, il faut une impédance d'entrée faible et une
impédance de sortie élevée

c'est l'inverse du critère d'adaptation en tension
I=
Rout
.J
Rin + Rout
I
J
Rout
V
Rin
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Adaptation d'impédance en puissance
Supposons enfin que vous voulez transmettre un signal de
puissance élevée entre deux appareils

ex: entre un ampli audio de puissance et des enceintes
haut-parleurs
micro
ampli de puissance
table de mixage
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5
Adaptation d'impédance en puissance
On peut montrer qu'on obtient la formule ci-dessous,
donnant la puissance reçue par la charge

et que cette puissance est maximale pour Rin/Rout=1
P = Rin .I 2 =
Rin
(Rin + Rout )2
.e 2
E
I
Rout
V
Rin
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Critère d'adaptation en puissance
d'où on déduit le critère d'adaptation en puissance:
On obtient un maximum de puissance transmise entre
deux appareils lorsque l'impédance d'entrée de l'appareil
aval et l'impédance de sortie de l'appareil amont sont
égales
Remarque: ce maximum vaut la moitié de la puissance
délivrée par l'appareil amont

=> 50% de la puissance de l'ampli transmise au haut-parleur pour
être traduite en son
=> autres 50% dissipés dans l'ampli sous forme de chaleur (!)
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Synthèse
Notions vues

vérifications nécessaires lorsqu'on connecte deux appareils
critère d'adaptation en tension...
critère d'adaptation en courant...
critère d'adaptation en puissance…
…et leur justification
illustration de l'utilité de l'équivalent de Thévenin dans ce contexte
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