Détermination des éléments d'un circuit

Partie

Question

Un circuit résonant \(RLC\) série a pour fréquence de résonance\(\displaystyle{F_0 = 15 \textrm{ kHz}}\) et pour facteur de sélectivité \(\displaystyle{Q = 150}\). A la résonance, la tension aux bornes vaut \(\displaystyle{2,5 \textrm{ V}}\) et l'intensité du courant \(\displaystyle{500 \textrm{ mA}}\).

Calculer les valeurs de \(R, L, C\).

Aide simple

Utiliser les expressions de l'impédance, puis de la sélectivité

Aide détaillée

Utiliser les expressions de l'impédance :

\(\displaystyle{Z=\Vert\underline Z\Vert=\sqrt{R^2+\big(L\omega-\frac{1}{C\omega}\big)^2}}\)

puis de la sélectivité \(Q\) en fonction des valeurs de \(R, L, C\) : \(\displaystyle{Q=\frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}}}\)

Rappel de cours

Résonance en courant :

Fréquence de résonance

Bande passante, sélectivité

Solution simple

\(\displaystyle{R = 5\;\Omega ; L = 7.96 \textrm{ mH} ; C = 1.33\; \mu\textrm{F}}\)

Solution détaillée

Expression de l'impédance du dipôle équivalent :

\(\displaystyle{Z=\Vert\underline Z\Vert=\sqrt{R^2+\big(L\omega-\frac{1}{C\omega}\big)^2}}\)

à la résonance, les éléments qui composent le dipôle \(RLC\) vérifient la relation :

\(\displaystyle{L\omega-\frac{1}{C\omega}=0\iff LC\omega^2=1\iff\omega=\omega_0=\frac{1}{\sqrt{LC}}}\)

l'impédance du dipôle passe par la valeur minimum \(Z = R\) ; l'intensité est donc maximale et a pour amplitude \(\displaystyle{I_{\textrm{max}}=\frac{U_m}{R}}\) , \(U_m\) est l'amplitude de la tension aux bornes du dipôle. D'où :

\(\displaystyle{R =\frac{U_m}{I_{max}} = 5 \;\Omega}\)

Expression de la sélectivité \(Q\) en fonction des valeurs de \(R, L, C\) : \(\displaystyle{C=\frac{1}{L\omega_0^2}=\frac{1}{L.4\pi^2F_0^2}}\)

\(\displaystyle{\Rightarrow L = C.(Q.R)^2\;(1)}\)

Fréquence de résonance : \(\displaystyle{F_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}}\)

\(\displaystyle{\Rightarrow C = \frac{1}{L.(2\pi F_0)^2}\;(2)}\)

En reportant \((2)\) dans \((1)\) , il vient :

\(\displaystyle{L =\frac{Q.R}{2\pi F_0} = 7.96 \textrm{ mH}}\)

qui, reporté dans \((2)\) , donne :

\(\displaystyle{C = 1,33 \mu\textrm{F}}\)