Alimentation haut-parleur

[polima]

Bonjour, bonjour.

Dans les cadre des mes PPE, j'ai quelques éclaircissements à vous demander si vous le voulez bien.
Au passage, mes connaissances en électronique ne sont pas très bonnes (1 année et demi de SI) mais si on me donne de la doc, je peux y consacrer du temps.

Le but est de créer une petite alarme qui sera à deux tons. J'ai pensé à utiliser un haut-parleur dont l'alimentation verra sa fréquence changée périodiquement pour changer de ton. D'après mes recherches, je pense comprendre que lorsqu'on modifie la fréquence, on change les "variations" d'intensités (puisque l'intensité et proportionnel à la tension) donc la force de déplacement de la bobine augmente, on augmente la fréquence du son et on descend donc dans les aigus (corrigez moi si(car) je me trompe).
Donc à l'aide de la commande "deuxième son", je décide que le courant alternatif prenne également une autre voie soit retardée et rejoigne l'autre signal.

Mais, savez-vous :

1) Pour un haut-parleur basique, quels sont les ordres de grandeur de l'intensité, de la tension nécessaires ? Quand je dis haut-parleur, je pense vraiment à quelque chose de basique.
2) Comment transformer un courant continu en un courant alternatif de manière simple ? Tout ce que j'ai trouvé était inadapté à mes besoins (ex : 12 V continu -> 230 V alternatif)
3) Comment fait-on une temporisation de quelques ms avec une tension alternative ?
4) Lorsqu'on a un noeud en tension alternative avec deux courants entrants de même fréquence et amplitude, mais leurs signaux sont décalés dans le temps du quart de leur période (je ne suis pas très clair, faites un schéma pour mieux comprendre), est-ce que le courant qui sortira du noeud verra sa fréquence doublée ?

J'ai l'impression d'errer dans le flou le plus total.
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[gcortex]

Bonjour et bienvenu sur Futura,

il suffit d'injecter une fréquence puis un autre
par exemple un XR2206 pour le son et un NE555 pour les 2 tons

HP: 8 ohms -> çà se mesure
et un modele de poste radio c'est de l'ordre du watt

[arsene de gallium]

Un XR2206 pour une sirène d'alarme.
2 x NE555 ou un NE556 font largement l'affaire.
http://www.sonelec-musique.com/elect...irene_001.html

[polima]

Hum merci.
J'ai sais à pu près le fonctionnement de ce NE555 mais je ne comprend pas quelle est le rôle de la broche 5 (contrôle) et pourquoi elle est reliée à un condensateur en fonctionnement astable.

[A voir en vidéo sur Futura]

[polima]

Selon mes calculs et d'après ce que j'ai compris du NE555, j'ai fait le schéma du montage (j'ai abandonné l'histoire des deux tons à cause d'un manque de sorties sur l'automate). J'ai pris la valeur la plus basse possible pour C1 pour avoir des résistances plus hautes et éviter ainsi les intensités trop élevées.
alarme.png
Vous confirmez ? Connaissez vous la valeur de C2 ?

[gcortex]

15.000 kHz ???
il manque un condensateur en série avec ton HP

[polima]

Ah oui, j'ai lu trop vite. J'avais vu que la plage des fréquences de l’oreille humain est de 20 à 20 000 kHz. Je vais rectifier ça.
Edit :

Pourquoi faut-il mettre un condensateur en série ?

[gcortex]

J'avais vu que la plage des fréquences de l’oreille humain est de 20 à 20 000 kHz.

je ne crois pas

Pourquoi faut-il mettre un condensateur en série ?

le courant continu est inutile et même génant

[polima]

Mais je ne comprend pas : c'est bien du courant alternatif qui vient de la sortie 3 ?
Et pour C2, combien faut-il, à quoi sert-il ?

[gcortex]

la valeur moyenne de la sortie n'est pas nulle
C2 (10nF) sert à stabiliser la tension de référence

[polima]

Ah, je vois le problème.
Mais je bloque sur le fonctionnement d'un circuit avec une bobine et un condensateur en série.
Il suffirait peut-être de multiplier la tension (12 V) par deux puis de déplacer la masse de 12 V et avoir un courant alternatif (non sinusoïdal) d'amplitude 12V

Et maintenant que j'y pense, ça ne serait pas plus simple, à la place du NE555, d'ajouter dans le programme un PWM, ce qui permettrait d'utiliser une seule sortie pour la sirène deux tons ? Il ne resterait plus qu'à transformer un signal impulsionnel en signal alternatif à l'aide d'un condensateur et alimenter le buzzer piézo-électrique ?

[gcortex]

un condensateur suffit
PWM à 50%

[polima]

Finalement, je me rend compte que le PWM n'est pas possible puisque la fréquence maximale est de 10 kHz. Je vais garder le NE555.
Et, pour le condensateur, je ne ne comprend pas comment il fonctionne. Comment peut-il transformer le signal impulsionnel en tension alternative ?

[gcortex]

1kHz suffit largement. En plus c'est la moyenne géométrique de la gamme audible
le condensateur transforme le 0/12 en -6/+6

[polima]

Eh bien, merci beaucoup de ton aide.
Juste une dernière petite question en passant : la valeur du condensateur doit être de combien ?

[gcortex]

470 ou 1000µF pour 8 ohms mais un piezzo consomme beaucoup moins

[polima]

Finalement, j'ai une dernière question (j'arrête après, promis ^^) :
Comment est-ce que ce condensateur transforme précisément le courant continu en courant alternatif ? http://www.epsic.ch/cours/electroniq...l#ancre1135164 Voilà ce que j'ai trouvé sur Internet sur les condensateurs en série en régime impulsionnel et je ne comprend comment il peut y avoir courant alternatif après la résistance.

[gcortex]

C'est simple : il se charge à la tension moyenne (6V)

12-6=6V
0-6=-6V

CQFD

[polima]

Mais si le diélectrique est suffisamment isolant, comment le courant peut-il "passer" le condensateur pour aller alimenter le buzzer piézo ?

[man-x86]

Le circuit formé par ta capa en série avec le haut parleur est un filtre passe haut dont le but est de couper le continu.
La fréquence de coupure de ce genre de filtres est donnée par f = 1/(2pi*R*C).
Là, tu envoie un signal à 1KHz (on se donne 500Hz pour avoir de la marge), on considère le HP comme une résistance de 8Ohms, du coup il te faut 47µF (autant bien les majorer).

En fait, chaque variation de tension "lente" va servir à charger le condensateur, les rapides "passeront à travers", en plus rigoureux, ça donne i = C du/dt.

[gcortex]

çà il faut demander aux physiciens. une histoire de transfert de charges...
pour un piezzo (capacitif) je sais pas si le condensateur est indispensable.
On met plutôt une inductance pour avoir une résonnance à la fréquence voulue.

[Antoane]

Hello,

Pour un piezzo (capacitif) je sais pas si le condensateur est indispensable.

Si je me rappelle bien l'un des post de Daudet, il est nécessaire, une pastille piezzo n'aimant pas être polarisée en continu.
Mais comme son courant de fuite est très faible, il faut aussi prévoir de mettre en parallèle de la pastille une résistance (<10Mohm ).

[gcortex]

merci pour cette précision
dans ce cas autant opter pour un pont de Wien

[polima]

Je confirme ce que dit Antoane sur le courant continu dans un buzzer piezo puisque j'avais demandé des précisions sur cet objet dans la partie physique.

Alors, je vais essayer de vous dire tout ce que j'ai compris sur ces histoires de condensateur et de courant alternatif (on n'a pas appris ça en cours d'électronique).

C'est un peu long, mais je vous demande juste de confirmer.


En régime alternatif, les petits électrons de la borne positive du condensateur s'agitent. Ils font donc bouger les électrons de l'autre côté sans franchir lé diélectrique. Mais comme ils ont du mal, cela crée une résistance, la résistance capacitive qui est en fait la partie imaginaire de l'impédance. La partie réelle est la résistance due aux pertes du condensateur en régime alternatif.
La réactance capacitive dépend inversement de la fréquence puisque plus celle-ci est élevée, plus les électrons vont être rapides et mettre à mal le diélectrique. Même chose avec la capacité, plus il y a d'électrons, plus le diélectrique est "sollicité". D'où la formule Xc=-1/(2*pi*f*C) et lorsqu'on rajoute le i, ça donne du iXc = 1/(i*C*w)

Donc si ces deux valeurs sont petites, la réactance sera très grande et deviendra même infinie en régime continu (1/0⁺). C'est pour cela que le condensateur ne laissera pas passer le courant continu (les électrons se cognent et s'accumulent contre le diélectrique sans mettre en mouvement ceux de l'autre côté).

Ensuite, ce point de vue physique explique pourquoi l'intensité est égale à la dérivée de la charge (q) par rapport au temps. Comme Q=C*Uc, on a bien la formule principale I=C.U'(t).
Si on envoie un signal carré dans le condensateur, il va se charger puis se décharger (dans le NE555, la porte logique 1 est reliée à la masse : http://www.liafa.jussieu.fr/~carton/.../Gates/not.png).On peut tracer la caractéristique de la tension par rapport au temps. Si on dérive tout ça, on tombe sur une droite qui descend jusqu'au 0 V, puis qui descend d'un coup dans les négatifs, qui remonte (sous forme de droite) jusqu'au 0 V puis qui remonte d'un coup dans les positifs et qui redémarre un nouveau cycle. http://www.pixenli.com/image1324676412055170800.html

On multiplie tout ça par la capacité (fixe) du condensateur puis par l'impédance du buzzer piezo (j'estime qu'elle est fixe puisque la fréquence l'est aussi mais ce n'est qu'une supposition). Il faut juste déphaser avec l'argument de l’impédance du condensateur puis avec l'argument de l"impédance du piézo (si celle-ci existe) Puisque la borne négative du piézo est reliée à la masse, on a une tension de même fréquence que le signal mais sa forme est étrange. Je demanderai à ceux du forum physique si ça convient. Je me demande d'ailleurs si c'est une coïncidence que ce signal ressemble (à la différence qu'il y a des courbes et non des droites) à celui d'une résistance placé avant le condensateur (http://www.epsic.ch/cours/electroniq...l#ancre1135164 regardez la courbe en pointillés).

Maintenant, si je veux déterminer l'amplitude aux bornes du haut-parleur, je peux réutiliser la formule Vc = Vcc (1-exp(-t/RC)). Je rajoute donc une résistance en série avant le condensateur pour avoir R suffisamment élevé. Je prend t=0 et t=1/2f (pour avoir le début et la fin de l'état haut du signal carré). Je transforme la formule en V_piezo = Z_piezo*C*dérivée de Vcc(1-exp(-1/2fRC)) et je peux ainsi choisir mon Vpezo en fonction de la capcité du condensateur et de la résistance.


man-x86 : Je ne comprend pas ce que vient faire le filtre passe-haut ici ? La fréquence est fixe.
Antoane : Le fait que le courant de fuite est faible est plutôt une bonne chose. Pourquoi une résistance en parallèle ?
gcortex : pont de Wien ?

[gcortex]

ces histoires de condensateur et de courant alternatif (on n'a pas appris ça en cours d'électronique).

pourtant c'est la base. j'ai jamais compris l'intérêt de mettre la charrue avant les boeufs...

là tu parles comme un prof de fac (j'ai pas tout suivi) !

sans aller aussi loin :
- si le condensateur (et/ou la fréquence) est faible, pour un cycle il passe une petite quantité de courant.
donc plus il y a de cycles par seconde, plus il y a de courant. même chose si on augmente la surface des armatures -> I=CwU
- si le condensateur est gros (et/ou la fréquence est grande), tu peux considérer le condensateur comme une pile.

oui c'est un passe haut car il bloque le continu.
une résistance en parallèle pour forcer la valeur moyenne à zéro
http://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_de_Wien avec R2>>R1 et C1>>C2

[polima]

En fait, si j'essaie d'expliquer physiquement et non pas juste en donnant quelques règles pratiques, c'est parce que l'électronique et la mécanique en SI c'est beaucoup de théorie. Donc je préfère essayer de comprendre ce qui se passe (physiquement) parce que quand on a juste des formules sans la compréhension, on oublie vite, on comprend rien dès que les circuits grossissent un peu et en plus on fait des gros contresens.

On a vu les condensateurs en faisant le redressement en double alternance et en travaillant sur le circuit RC donc seulement sur du continu. Quant au courant alternatif, on ne connaît que les bases (c'est-à-dire comment calculer une période, une fréquence et une tension efficace et comment utiliser un oscillateur)

Ce qui m'embête un peu, c'est que j'ai appuyé mon raisonnement sur des notions qui ne sont normalement qu’applicables en courant alternatif sinusoïdal ce qui n'est pas le cas ici. Du coup, je ne sais pas si ce que je dis est vrai.

Et maintenant que j'y pense, faut-il bien rajouter une résistance en série ? Puisque le courant alternatif passera, il y aura déjà la résistance Rs qui représente les pertes en courant alternatif.

Et pour le pont de Wien, je crois que je ne m''y intéresserai que si mon raisonnement ne tient pas ou que la forme su signal est indigérable par mon buzzer parce qu'il n'a pas l'air simple à comprendre (niveau 2^ème année de prépa)

[Antoane]

les petits électrons de la borne positive du condensateur s'agitent

En fait, c'est plutôt que le pôle + de l'alimentation attire des électrons, tandis que le pôle - en envoie dans le circuit. Il va donc y avoir accumulation d'e- d'un côté du condensateur et déficit de l'autre.

J'ai pas tout compris non plus, mais ça :

...mais sa forme est étrange

me parait erroné : en sinus, avec que des composants linéaires (capa, inductances, résistances, mais ni diode, ni transistor), tout est sinus (courant, tension) et à la même fréquence. Ne changent que les amplitudes et les phases.

Maintenant, si je veux déterminer l'amplitude aux bornes du haut-parleur, je peux réutiliser la formule Vc = Vcc (1-exp(-t/RC)). Je rajoute donc une résistance en série avant le condensateur pour avoir R suffisamment élevé. Je prend t=0 et t=1/2f (pour avoir le début et la fin de l'état haut du signal carré). Je transforme la formule en Vpiezo = Zpiezo*C*dérivée de Vcc(1-exp(-1/2fRC)) et je peux ainsi choisir mon Vpezo en fonction de la capcité du condensateur et de la résistance.

Tu m'as l'air plutôt vif d'esprit, donc je tente :
Le problème des complexes, c'est que ce n'est valable qu'en sinus, et dans la vraie vie, on a vraiment très rarement du sinus (même le secteur, mis à part chez les Bisounours, c'est un sinus vraiment "sale").
Heureusement, il se trouve que tout signal périodique de fréquence f peut se décomposer en une somme de sinusoïdes, de fréquences les multiples de f (f, 2f, 3f, 4f...). Ces sinusoïdes ont des amplitudes et phases diverses.
Et là, magie des maths : il suffit d'appliquer ton circuit sur chacune de ces sinusoïdes (tu obtiens en sortie une sinusoïde pour chaque fréquence), puis de sommer tous les résultats. Et hop, le résultat est le même que si tu avais directement traiter ton signal d'entrée biscornu. C'est déjà bien pratique quand l'entrée est un carré, mais ça l'est encore plus quand tu dois étudier un signal particulièrement... étrange.
Si tu veux en savoir un peu plus, il s'agit des série de Fourier.

Ici, par contre, les calculs sont d'un autre niveau, mais ça n’empêche pas de comprendre l'idée "avec les mains", bien au contraire !!!

Pour un carré, par exemple : un signal carré de fréquence f, c'est un sinus de fréquence f, de grande amplitude, un sinus de fréquence 3f d'amplitude plus faible, un sinus de fréquence 5f, d'amplitude encore plus faible... Pour info, l'amplitude décroit en 1/x (avec x le nombre qui est devant le f ).
Si maintenant, tu appliques ces sinus à une cellule RC, que se passe-t-il ?
- le sinus de fréquence f voit son amplitude diminuer.
- le sinus de fréquence 3f voit son amplitude diminuer, mais plus que le précédent.
- de même pour le 5f, qui est encore plus petit à la sortie.
- ...
Au final, on aura un assez grand f, un petit 3f, et pas grand chose après ; donc le signal de sortie sera plus arrondi (=plus proche d'un unique sinus) qu'à l'entrée.
Bon, c'est vrai que ça nous apporte pas grand chose, mais avec un peu d'entrainement, ça permet de se faire une petite idée du signal qu'on aura en sortie d'un montage !

Concernant le roman que tu as envoyé un peu plus tôt :
C'est une façon de voir les choses... Mais voilà ce qu'en dit Tropique :

Il vaut mieux ne pas non plus se faire une image mentale trop précise de ce qu'est un électron: pour un économiste ou un biologiste étudiant le sujet superficiellement, l'image d'une petite boule bleue avec un signe (-) imprimé dessus est suffisante, mais si on veut approfondir le sujet, il vaut mieux le considérer comme un opérateur, ayant certaines propriétés et obéissant à certaines équations. Il n'y a probablement pas de représentation qui soit à la fois humainement accessible et valable, et il est donc préférable de s'en passer totalement.

La résistance série Rs d'un condensateur est très faible : très généralement inférieur à l'ohm, généralement inférieur à la centaine de mohm.

Côté pont de Wien, tu n'as pas ici besoin de l'oscillateur tout entier : il s'agit de n'utilsier que R1, R2, C1 & C2 (C2=ta pastille piezzo). Quoi qu'il en soit, les calculs sont faisables bien avant la spé :
- tu sais calculer l'impédance équivalente d'un condensateur en parallèle avec une résistance ?
- tu sais calculer l'impédance équivalente de 2 impédances quelconques ?
- tu sais que i² = -1 ?
Donc c'est bon.

La partie peut-être un peu plus subtile, se sera d'appliquer : R2>>R1 et C1>>C2, mais rien de méchant

Par contre, je vois pas pourquoi tu veux rajouter une résistance en série avec l'ensemble, Gcortex ?

[polima]

Je vois.
En fait, j'étais tombé sur cette courbe en dérivant la tension aux bornes du condensateur. Je voulais reprendre l'équation I = C.(dérivée de la tension aux bornes du condensateur) puis multiplier par l'impédance pour avoir ainsi la tension aux bornes du piezo. Mais apparemment, on peut pas.

A propos des fréquences, je pense avoir compris mais il y a deux problèmes : si on prend un filtre passe-haut on va supprimer toutes les basses fréquences du signal carré pour ne garder finalement que les hautes fréquences et les faibles amplitudes.
Mais les courants qui sont "crées" par les sinusoïdes haute fréquence seront faibles puisque l'amplitude est faible mais ils seront aussi affaiblis car ils seront légèrement atténués par l'impédance du condensateur (si tu vois ce que je veux dire).
Au final on a plus grand chose en sortie du condensateur. Et l'impédance du piézo va encore diminuer l'intensité.
Le second problème est le suivant :
Un signal carré complètement positif est la somme de sinusoïdes dont la tension moyenne est égale à 0. En soi, je ne comprend pas comment c'est possible. Mais en plus, si on atténue quelques sinusoïdes en haute fréquence et qu'on enlève toutes celles en basse fréquence alors ça n'enlève pas "équitablement". Du coup, on aura une tension certes sinusoïdale mais dont la valeur moyenne sera légèrement supérieure à 0.

D'accord pour la résistance série : il faudra donc l'ignorer lorsque je rajouterai une résistance en série.

Quant aux séries de Fourier, je demanderai au prof de maths à quel moment on commencera les intégrales et je jetterai un coup d'oeil sur le livre de ceux qui font spé Physique dans la classe (parce que pour l'instant, le site de Wikipédia est bien trop indigeste )


Et pour le pont de Wien, je ne sais pas faire les deux premiers tirets de ton message. Impédance, sinusoïdes, signaux acoustiques, condensateurs en série, ... tout ça je découvre.

[Antoane]

En fait, j'étais tombé sur cette courbe en dérivant la tension aux bornes du condensateur. Je voulais reprendre l'équation I = C.(dérivée de la tension aux bornes du condensateur) puis multiplier par l'impédance pour avoir ainsi la tension aux bornes du piezo. Mais apparemment, on peut pas.

Non, parce que l'impédance, c'est une notion valable uniquement en sinus.

A propos des fréquences, je pense avoir compris mais il y a deux problèmes : si on prend un filtre passe-haut on va supprimer toutes les basses fréquences du signal carré pour ne garder finalement que les hautes fréquences et les faibles amplitudes.
Mais les courants qui sont "crées" par les sinusoïdes haute fréquence seront faibles puisque l'amplitude est faible mais ils seront aussi affaiblis car ils seront légèrement atténués par l'impédance du condensateur (si tu vois ce que je veux dire).

C'est bien ça. On va donc choisir notre filtre de manière à ce qu'il n'atténue que les très basses fréquences, et donc qu'il laisse intacte la composante de fréquence f (la "fondamentale") du signal carré. Notre filtre aura donc une fréquence de coupure de 0,1 * f, par exemple. On a bien 0.1*f>>0, donc on coupe quand même la composante continue (=> valeur moyenne nulle) (quasiment) sans toucher au carré.

Un signal carré complètement positif est la somme de sinusoïdes dont la tension moyenne est égale à 0. En soi, je ne comprend pas comment c'est possible.

Excellente remarque ! Il faut rajouter un terme qui vaut la valeur moyenne du signal. Le terme en 0*f, en somme.

Mais en plus, si on atténue quelques sinusoïdes en haute fréquence et qu'on enlève toutes celles en basse fréquence alors ça n'enlève pas "équitablement". Du coup, on aura une tension certes sinusoïdale mais dont la valeur moyenne sera légèrement supérieure à 0.

Je ne comprend pas. En entrée, on a un truc de la forme :

et en sortie :

Avec f_n et g_n les "fonctions du filtre" au rang n.

Quant aux séries de Fourier, je demanderai au prof de maths à quel moment on commencera les intégrales et je jetterai un coup d'oeil sur le livre de ceux qui font spé Physique dans la classe (parce que pour l'instant, le site de Wikipédia est bien trop indigeste )

J'ai appris les séries de Fourier en 2ème année de prépa...

Et pour le pont de Wien, je ne sais pas faire les deux premiers tirets de ton message. Impédance, sinusoïdes, signaux acoustiques, condensateurs en série, ... tout ça je découvre.

Ok, Au temps pour moi.
Pour deux impédances X et Y (complexes ou réelles) qqcq en série, l'impédance équivalente Z vaut : Z=X + Y. Niveau maths, ça va encore
Pour deux impédances X et Y (complexes ou réelles) qqcq en parallèle, l'impédance équivalente Z vaut : , ou plus simplement : 1/Z = 1/X + 1/Y. Bon là, il faut jouer un peu du complexe, mais rien de très méchant !

[polima]

Finalement, j'ai compris la décomposition de Fourier grâce à ce site : http://jbc.unlimited.free.fr/jbc3/co...periodique.pdf.

Mais je ne comprend toujours pas comment on peut avoir une valeur moyenne égale à 0 au final puisque la valeur moyenne de mon signal carré est 12/2 = +6 V (car le rapport cylique est égale à 50%)

Quant au pont de Wien, je pense que je vais le mettre de côté puisque le condensateur suffira.

Donc au final, je prend un condensateur que je mets en série avant le piézo et j'intercale une résistance en parallèle.

Et si les profs m'interrogent le jour de la présentation des PPE, je leur explique les séries de Fourier puis je leur indique que le filtre passe-haut permet d'enlever toutes les basses fréquences et qu'elle atténue les autres puisque l'impédance du condensateur dépend de la fréquence
(Xc = -1/(2pi*f*C) et R=Rs fixe) et qu'ainsi, seul un signal sinusoïdal alternatif arrivera dans le piézo, qui vibrera à la la fréquence finale.

Par contre, je prend quelles valeurs ? Et comment vais-je les justifier ? Comment je calcule la fréquence finale en fonction de la fréquence du signal carré ?