2.2.5 - Adaptation d`impédance: cas général (critères)
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2.2.5 - Adaptation d`impédance: cas général (critères)
Chap. 2 – Vademecum d'électricité 2.2 – Equivalent de Thévenin et adaptation d'impédance 2.2.5 - Adaptation d'impédance: cas général (critères) 72 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 73 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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) ELEC-H-301 - 2006/07 appareil aval (charge) 74 1 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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) 75 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 76 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général Adaptation d'impédance en tension: le problème 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 ELEC-H-301 - 2006/07 Rout Rin 77 2 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général Adaptation d'impédance en tension: le problème 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 78 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général Adaptation d'impédance en tension: le problème 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 79 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général Adaptation d'impédance en tension: le problème L'atténuation est d'autant plus faible que… …Rin est élevée …et/ou Rout est faible V = ELEC-H-301 - 2006/07 Rin .E Rin + Rout 80 3 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 81 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 83 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général Adaptation d'impédance en courant Q: Que vaut le courant reçu par l'appareil aval? V = Rin .I V = Rout (J − I ) I= Rout .J Rin + Rout I J ELEC-H-301 - 2006/07 Rout V Rin 84 4 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général Adaptation d'impédance en courant 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 85 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 86 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 ELEC-H-301 - 2006/07 87 5 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 89 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 (!) 90 ELEC-H-301 - 2006/07 2.2.5 – Adaptation d'impédance: cas général 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 ELEC-H-301 - 2006/07 91 6