Pourquoi du signal sinusoïdal, du rectangulaire ... en électronique?
]salut j'ai beacoup vu dans des leçons d'électronique ou des projets des personnes qui dans leur explication parlait de tension sinusoïdale ou rectangle. mais a quoi servent il ? quel est l'importance d'avoir une tension sinusoïdale ou autre? et pouvez vous me conseiller des livres ou sites pour débuter en électronique
Dernière modification par gienas ; 22/02/2014 à 12h57. Motif: Corrections de titre et de police
Salut et bienvenue à toi,
Difficile de résumer... Les tensions sinusoïdales se transportent plus facilement que les continues entre les centrales électriques et ta maison. Avec un réseau de tensions sinusoïdales, tu peux par exemple faire tourner un moteur triphasé facilement. Le "secteur" est une sinusoïde. Il est souvent nécessaire de la redresser, c'est à dire à la rendre continue, indispensable pour certains appareils. C'est le rôle des blocs d'alimentation, qui sont maintenant à découpage.
Les signaux rectangulaires sont par exemples utilisés par les microcontrôleurs, ton ordinateur...qui ne travaillent qu'avec 2 états de tensions : haut et bas. On utilise ces signaux pour transmettre de l'information et des données.
Nous pouvons évoquer aussi le cas de l'audio, où par exemple les synthétiseurs travaillent avec tout types de tensions : sinusoïdale, rectangulaire, triangle, en dents de scie... chacune ayant un "son" différent.
Un bon site d'électronique ? Regarde ici.
Bonjour!
En fait, dans la nature, il y a certaines fonctions bien particulières qui, si elles peuvent nous sembler compliquées, sont très naturelles! La fonction "mère", c'est l'exponentielle, dont on tire (formules d'Euler) les fonctions trigonométriques: sinus, cosinus et tangente.
Parce que dans la nature, les réponses linéaires sont très rares! Exemples: tu avales un médicament, la quantité de produit dans ton sang grimpe jusqu'à atteindre un pic, puis redescend de façon exponentielle. Autre exemple: tu charges un condensateur à travers une résistance, la tension à ses bornes grimpe de façon exponentielle, c'est à dire d'abord rapidement, puis de plus en plus doucement à mesure qu'elle se rapproche de la tension d'entrée. Donc l'exponentielle, c'est la réponse normale de la majorité des systèmes, dits du premier ordre.
L'exemple du médicament est parlant: si au moment du pic il y a 10mg dans ton plasma sanguin, et que la durée de demi-vie est de 1h (durée qu'il faut attendre pour diviser la quantité par deux), le corps va transformer la moitié du produit pendant 1h, il restera donc 5mg. Mais après, il n'aura plus 10mg mais 5mg à transformer: là encore, il va transformer la moitié en 1h, et il restera 2,5mg, etc. L'exponentielle tient compte des proportions: elle tient compte de ce qu'il reste pour déterminer ce qui va être enlevé!
Les fonctions sinusoïdales sont très pures aussi. Prends un repère, avec deux axes perpendiculaires. Trace un cercle à partir de l'origine du repère, et prends un point qui se promène sur ce cercle, dont tu noteras la position θ en degrés. Quand le point est tout à droite du cercle, sur l'axe horizontal, θ=0°, et on tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre: à la verticale, sur l'axe vertical, θ=90°, etc. Eh bien si tu projettes ce point verticalement sur l'axe des abscisses (horizontal) tu obtiens la fonction cosinus(θ)! Et si tu projettes le point horizontalement sur l'axe vertical, tu obtiens la fonction sinus(θ).
C'est ce qui se passe, de façon simplifiée, dans un alternateur monophasé: les pôles des aimants au rotor tournent dans les bobinages du stator qui sont fixes, quand les deux sont alignés la tension est maximale, quand ils sont perpendiculaires elle est minimale. Comme le rotor tourne régulièrement, on obtient des tensions... Sinusoïdales!
Un monsieur du nom de Joseph Fourier a montré que n'importe quel signal, à condition qu'il soit périodique (= qu'il se reproduise à l'infini dans le temps), était composé d'une somme de sinusoïdes. Si le signal, quelle que soit sa forme, a une fréquence de 1000Hz, il est composé d'un sinus de même fréquence qu'on appelle FONDAMENTAL, et de tout un paquet de fonctions sinusoïdales de fréquences multiples de celle-ci: 2000Hz, 3000Hz, 4000Hz, etc. On les nomme HARMONIQUES, et c'est eux qui vont donner la "gueule" du signal.
Du coup, la pureté d'une onde sinusoïdale saute aux yeux: si on la décompose, on a uniquement le fondamental puisqu'il est sinusoïdal. Alors qu'un signal qui n'est pas sinusoïdal, par exemple un signal carré, n'est pas pur: il contient un fondamental, certes, mais aussi plein d'harmoniques, qui sont responsables de sa déformation.
C'est une branche qu'on appelle ANALYSE SPECTRALE, et c'est très important: quand on a un filtre (association de bobines, de résistances et de condensateurs), on sait comment celui-ci réagit à un signal sinus, mais pas à un signal quelconque. Pour un sinus, on peut dire deux choses: est-ce qu'il sera atténué ou amplifié? Est-ce qu'il sera "décalé" (déphasé) en avant ou en arrière par rapport à l'entrée? Donc on peut, connaissant le filtre, savoir ce qu'on va récupérer en sortie en fonction de ce qu'on envoie en entrée.
Du coup, si on décompose notre signal quelconque grâce au développement en séries de Fourier en une somme de sinus, on peut regarder comment chaque composante sera traitée, individuellement, par le filtre. Et si on fait la somme de toutes ces composantes en sortie, on retrouve le signal total! Ainsi, les filtres permettent de sélectionner certaines fréquences et de se débarrasser des autres. On les trouve en électronique (traitement du signal) mais aussi en électrotechnique, parce que l'onde sinusoïdale de tension ET de courant est idéale pour les différents équipements, moteurs notamment.
Mais certains appareils absorbent un courant dégueulasse (ex: chargeurs de pc, téléphone etc) et ont tendance à déformer l'onde de tension fournie par EDF! Il faut installer des filtres pour arranger ça: ils vont laisser passer le fondamental à 50Hz (60Hz aux USA), mais bloquer tous les harmoniques qui ont des fréquences plus importantes e qui sont néfastes: la pureté de la tension est maintenue. Évidemment, ces filtres peuvent faire la taille d'un bel appartement, on ne joue pas dans la même catégorie!
que dire.... ce sont des questions fondamentales, dont seul un bon cours idoine donnera les réponses,
ce qui n'est pas la fonction d'un forum.
Salut Zenertransil
Merci pour ces détails
Juste, qu'est ce que tu entends par "courant dégueulasse" ?
Ce qui est bien avec toi c'est que tu synthétises et simplifies bien les chosesEnvoyé par Zenertransil
Bonjour!
En fait, dans la nature, il y a certaines fonctions bien particulières qui, si elles peuvent nous sembler compliquées, sont très naturelles! La fonction "mère", c'est l'exponentielle, dont on tire (formules d'Euler) les fonctions trigonométriques: sinus, cosinus et tangente.
Parce que dans la nature, les réponses linéaires sont très rares! Exemples: tu avales un médicament, la quantité de produit dans ton sang grimpe jusqu'à atteindre un pic, puis redescend de façon exponentielle. Autre exemple: tu charges un condensateur à travers une résistance, la tension à ses bornes grimpe de façon exponentielle, c'est à dire d'abord rapidement, puis de plus en plus doucement à mesure qu'elle se rapproche de la tension d'entrée. Donc l'exponentielle, c'est la réponse normale de la majorité des systèmes, dits du premier ordre.
L'exemple du médicament est parlant: si au moment du pic il y a 10mg dans ton plasma sanguin, et que la durée de demi-vie est de 1h (durée qu'il faut attendre pour diviser la quantité par deux), le corps va transformer la moitié du produit pendant 1h, il restera donc 5mg. Mais après, il n'aura plus 10mg mais 5mg à transformer: là encore, il va transformer la moitié en 1h, et il restera 2,5mg, etc. L'exponentielle tient compte des proportions: elle tient compte de ce qu'il reste pour déterminer ce qui va être enlevé!
Les fonctions sinusoïdales sont très pures aussi. Prends un repère, avec deux axes perpendiculaires. Trace un cercle à partir de l'origine du repère, et prends un point qui se promène sur ce cercle, dont tu noteras la position θ en degrés. Quand le point est tout à droite du cercle, sur l'axe horizontal, θ=0°, et on tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre: à la verticale, sur l'axe vertical, θ=90°, etc. Eh bien si tu projettes ce point verticalement sur l'axe des abscisses (horizontal) tu obtiens la fonction cosinus(θ)! Et si tu projettes le point horizontalement sur l'axe vertical, tu obtiens la fonction sinus(θ).
C'est ce qui se passe, de façon simplifiée, dans un alternateur monophasé: les pôles des aimants au rotor tournent dans les bobinages du stator qui sont fixes, quand les deux sont alignés la tension est maximale, quand ils sont perpendiculaires elle est minimale. Comme le rotor tourne régulièrement, on obtient des tensions... Sinusoïdales!
Un monsieur du nom de Joseph Fourier a montré que n'importe quel signal, à condition qu'il soit périodique (= qu'il se reproduise à l'infini dans le temps), était composé d'une somme de sinusoïdes. Si le signal, quelle que soit sa forme, a une fréquence de 1000Hz, il est composé d'un sinus de même fréquence qu'on appelle FONDAMENTAL, et de tout un paquet de fonctions sinusoïdales de fréquences multiples de celle-ci: 2000Hz, 3000Hz, 4000Hz, etc. On les nomme HARMONIQUES, et c'est eux qui vont donner la "gueule" du signal.
Du coup, la pureté d'une onde sinusoïdale saute aux yeux: si on la décompose, on a uniquement le fondamental puisqu'il est sinusoïdal. Alors qu'un signal qui n'est pas sinusoïdal, par exemple un signal carré, n'est pas pur: il contient un fondamental, certes, mais aussi plein d'harmoniques, qui sont responsables de sa déformation.
C'est une branche qu'on appelle ANALYSE SPECTRALE, et c'est très important: quand on a un filtre (association de bobines, de résistances et de condensateurs), on sait comment celui-ci réagit à un signal sinus, mais pas à un signal quelconque. Pour un sinus, on peut dire deux choses: est-ce qu'il sera atténué ou amplifié? Est-ce qu'il sera "décalé" (déphasé) en avant ou en arrière par rapport à l'entrée? Donc on peut, connaissant le filtre, savoir ce qu'on va récupérer en sortie en fonction de ce qu'on envoie en entrée.
Du coup, si on décompose notre signal quelconque grâce au développement en séries de Fourier en une somme de sinus, on peut regarder comment chaque composante sera traitée, individuellement, par le filtre. Et si on fait la somme de toutes ces composantes en sortie, on retrouve le signal total! Ainsi, les filtres permettent de sélectionner certaines fréquences et de se débarrasser des autres. On les trouve en électronique (traitement du signal) mais aussi en électrotechnique, parce que l'onde sinusoïdale de tension ET de courant est idéale pour les différents équipements, moteurs notamment.
Mais certains appareils absorbent un courant dégueulasse (ex: chargeurs de pc, téléphone etc) et ont tendance à déformer l'onde de tension fournie par EDF! Il faut installer des filtres pour arranger ça: ils vont laisser passer le fondamental à 50Hz (60Hz aux USA), mais bloquer tous les harmoniques qui ont des fréquences plus importantes e qui sont néfastes: la pureté de la tension est maintenue. Évidemment, ces filtres peuvent faire la taille d'un bel appartement, on ne joue pas dans la même catégorie!
Bonsoir à tous
Il sera intéressant d'avoir la réponse de f.kanvaly, pour savoir si cela lui a convenu.
Faudrait pas qu'il fasse la fine bouche.Bonsoir à tous
Il sera intéressant d'avoir la réponse de f.kanvaly, pour savoir si cela lui a convenu.
Zener s'est tapé pas mal de lignes.
bonjour
pas du tout d'accord: la capacite parasite de cable s'oppose au passage du courant ! et il y a de nombreuses lignes en tension continue .(par ex sous la manche il me semble bien)
par contre le transformation haute tension / basse tension est plus facile en alternatif (transformateur)... quoique maintenant l'electronique de puissance permet pas mal de choses...
A+
essentiellement pour éviter de synchroniser deux réseaux alternatifs qui veulent rester indépendant .
nombreuses lignes ? tu peux m'en citer quelque dizaines ....pour voir?
quelques unes , toutefois :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant..._haute_tension
quelqu'en soit le nombre actuel, c'est un mode de transport de l'energie qui sera de plus en plus employe.... il faut suivre l'evolution ...))
quoi qu'il en soit, une tension continue est plus facile a transporter sur un cable !
A+
avec , toutefois , le problo de rendement des redresseurs et onduleurs...
Oui, difficile de faire plus simple qu'un transformateur! Les quelques 99,8% de rendement qu'on atteint avec des grosses machines, on est pas près de les avoir avec les convertisseurs statiques, et le jour où on les aura, ben... C'est qu'on aura mieux sur les transformateurs! (supraconducteurs par exemple)
Mais je ne suis pas aussi affirmatif quant au "une tension continue est plus facile à transporter": on perd l'aspect réactif qui représente en effet pas mal de problèmes, mais on obtient des défaillances beaucoup plus problématiques: un arc en alternatif se souffle beaucoup plus facilement qu'en continu, et n'oublions pas une chose: si les effets capacitifs et inductifs sont transparents en régime établi, c'est une utopie de croire qu'une ligne est toujours en régime établi: elle est soumise à des transitoires constants... Et là, bonjour les surtensions, les résonances, les ondes stationnaires,... Et la puissance massique: en triphasé, on transporte sur trois câbles trois fois plus d'énergie qu'en monophasé ou en continu sur deux, ce qui fait qu'il faut 1,5x moins de cuivre, et des pylônes moins balèzes pour la même puissance de ligne.
Il faut tout prendre en compte, et je pense qu'il n'y a pas de solution "miracle", il faut savoir utiliser ce qu'on a dans sa mallette en fonction des applications et pas se cantonner à ce qu'on a ou ce qu'on pense obtenir: c'est ce qu'Edison a fait à propos du transport d'énergie, et il a tout perdu...
Ce qui est bien avec toi c'est que tu synthétises et simplifies bien les chosesMerci pour vos encouragements!!!Merci pour ces détails
Comme dit précédemment, le sinusoïdal, c'est la pureté même: si c'est pas sinusoïdal, c'est décomposable en une somme de sinus. Mais quelle influence ça a? Il faut différencier deux cas.
Cas 1: une tension non-sinusoïdale appliquée sur une charge majoritairement résistive absorbe un courant non-sinusoïdal, de même forme que la tension. Exemple: un signal carré symétrique -230/230V donc de valeur efficace 230V sur une résistance de 10 Ohms. Il faut mettre côte à côte courant et tension: on décompose les deux. On a donc un fondamental de tension, un fondamental de courant, de même fréquence. Puis on a une série d'harmoniques de courant et de tension, mais on retrouve les mêmes fréquences des deux côtés: si c'est un signal carré de 50Hz, on aura des harmoniques à 150, 250, 350, 450HZ,... Tu noteras qu'il n'y a pas de rangs pairs: un signal symétrique n'a que des harmoniques impairs.
On a donc, pour chaque fréquence, un courant et une tension: courant et tension comportent des harmoniques de MÊME FRÉQUENCE => Tout la puissance sera de la puissance active (ou de la puissance réactive, mais ici la charge est résistive), même si la tension n'est pas sinusoïdale, dans notre cas ça se traduit par "tout le courant circulant dans la résistance sert à produire de la chaleur". Tout va bien
Cas 2, plus intéressant: une tension SINUSOÏDALE est appliquée aux bornes d'une charge NON-LINEAIRE, et celle-ci absorbe un courant NON-SINUSOÏDAL. Ex: un courant carré, symétrique. On compare rangs par rangs: pour le courant, on a un fondamental, un rang 3, un rang 5, un rang 7, un rang 9, etc... Pour la tension, on a seulement le fondamental, ben zut! Ca ne marche plus pareil... Comment on fait alors? On se réfère aux lois de l'électrotechnique, et y'en a une qui dit que ne transportent des puissances actives et réactives que les courants et tensions de MÊMES FREQUENCES. C'est partie, on reprend notre décomposition! Le fondamental d'abord: 50Hz de tension, 50Hz de courant, ça transporte de l'actif/réactif. Le rang 3: il existe en courant mais pas en tension => ne transporte rien. Le rang 5: il existe pour le courant mais pas pour la tension => ne transporte rien. Mais alors, si c'est pas de l'actif et du réactif, c'est quoi? Boucherot a dit que P² + Q² = S², non?
Oui mais voilà, Boucherot parlait des charges LINEAIRES: des bobines, des résistances, des condensateurs et c'est tout. Qu'est-ce qu'il se passe si y'a des semi-conducteurs ou des machins comme ça?
C'est ça que j'appelais "courant dégueulasse" un courant déformé! Pour illustrer, on va prendre un exemple concret, d'accord? C'est courant: un secondaire de transformateur attaque un pont de diodes, puis un condensateur de filtrage lisse les alternances en vue d'une régulation, c'est une alim continue, tout ce qu'il y a de plus basique. Les courbes représentent tension d'entrée et tension de sortie, le courant de sortie est constant et égal à 1A.
Futura1.jpg
Maintenant, regardons l'allure du courant d'entrée:
Futura4.jpg
Pas beau à voir, hein? Pas sinusoïdal du tout... Moi, je trouve ça dégueulasse! Et regarde un peu la valeur efficace: 3,6A, pour 1A côté charge. On va creuser dans ce coin-là.
Quelle puissance active (donc "utile") on a dans la charge?
Futura3.jpg
31,85W donc. La source, elle, débite 34,6W, soit un peu plus à cause des pertes dans les diodes. Quelle puissante apparente on avait à la source? C'est facile: S=UI=24*3,62 = 86,9VA. Et LA on comprend bien à quoi ça sert d'avoir des courants sinusoïdaux: avant, il y a un transfo. Si le courant appelé avait été sinusoïdal, on dimensionnait ce transfo pour 35VA, ou 34,6/24 = 1,44A. Mais là, on doit le dimensionner pour 87VA, ou 3,6A!
Conclusion: on voit bien que les courants harmoniques n'apportent RIEN: pas de puissance active, pas de puissance réactive, rien d'utile. Par contre, ils circulent, et ils se font sentir: comme ils augmentent le courant efficace, ils obligent à augmenter la section des câbles, la taille des transfos, des interrupteurs,... Et côté distributeur, des lignes à haute tension, des transformateurs de distribution, des alternateurs (ben oui, ils circulent dedans aussi!),... Bref, une plaie, que des inconvénients!
Pour s'en prémunir, il n'y a pas 36 solutions, il faut filtrer... Le but, trouver des choses qui conservent le fondamental à 50Hz et empêchent le reste de remonter sur le réseau!
Sur ce, bonne soirée à tous
Merci Zener (si je puis me permettre de t'appeler comme cela). Tes explications sont très claires et très agréables à lire !
Et très impressionnantes !! BravoTes explications sont très claires et très agréables à lire
C'est en faisant des erreurs; que l'on apprend le mieux !!
