Adaptation d'impédance sur une plage de fréquence

[SimUy]

Bonjour à tous,

Tout d'abord, n'étant pas habitué à poster sur des forums, je ne sais pas trop si il faut expliciter son problème ou aller à l'essentiel.
Je vais donc faire des deux manières.

Manière courte: Est il possible de réaliser une adaptation d'impédance entre un ampli audio ( impédance de sortie 4 ou 8 Ohm)
et une bobine ( impédance Z=R+jLw variant de 0.04 Ohm à 8 Ohm) sur une bande de fréquence ( de 20 Hz à 20 kHz) avec seulement un circuit?

Manière longue:
dans le cadre de mon projet de fin d'étude je dois développer un systéme permettant de créer un champ magnétique tournant.
Pour cela je dois alimenter deux bobines avec une intensité de 5 ampéres sur une bande de fréquence variant de 20 Hz à 20kHz.
L'alimentation des bobines étant similaire, je me concentre pour l'instant sur l'alimentation d'une seule.
Je compte l'alimenter grâce à un amplificateur audio, developpant une Puissance efficace de sortie de 75 Watts RMS,
avec un voltage en sortie de +/- 40V pour une impédance de sortie de 8 Ohm.

La bobine que je veux alimenter à une inductance L=70uH et une résistance propre R=0.05 Ohm.
Son impédance totale ( Z= R+jLw) varie donc de 0.04 Ohm à 20Hz, à 8 Ohm à 20 kHz.
Dans les basses fréquences la valeur de l'impédance de charge étant bien inférieure à la valeur de l'impédance de sortie,
je compte réaliser un étage d'adaptation d'impédance pour eviter de cramer l'amplificateur audio et avoir une bonne transmission de puissance.

Réaliser une adaptation d'impédance ( en simulation pour l'instant) pour une fréquence fixe ne me pose a priori pas de probléme
( ajout d'une capa et/ou d'une bobine de valeurs adaptée à la fréquence), mais la ou je commence à galérer c'est lorque que
je veux adapter l'impédance sur toute ma bande de fréquence (20 Hz à 20KHz). J'ai essayé d'ajouter en cascade un autre étage d'adaptation
mais cela ne fait que déplacer la fréquence de mon adaptation et n'élargi pas la bande passante.

Je me demande donc si c'est la bonne méthode ou même si il est possible de réaliser une adaptation d'impedance sur une telle bande
de fréquence avec seulement un circuit. Ou si il existe d'autre moyen d'adapter l'impedance sur une telle bande de fréquence.

Merci d'avance pour l'attention que vous aurez porté à mes interrogations,

Simon
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[PIXEL]

hello , et revenons aux bases basiques

il n'y a pas d'impédance de sortie d'un ampli audio moderne à transistors ,
mais une impédance minimum à respecter sous peine de courant trop élevé pour l'étage de sortie.

l'impédance réelle d'un ampli contre-réactionné est de l'ordre d'une fraction d'Ω.

à partir de là , la question de l'adaptation d'impédance ne se pose plus :
il te faut juste valider que le courant drainé ne détruit pas ton ampli.

[SimUy]

Bonjour,

merci beaucoup pour votre réponse rapide. Elle m'améne d'autre questions.
Si un ampli audio n'a pas d'impédance de sortie, à quoi correspond les valeurs de 4 et 8 Ohms ?
Si j'ai bien compris, je n'ai pas besoin d'adapter l'impédance en fonction de la fréquence car l'impédance réelle de l'ampli est trés faible ( inférieure à mes 0.04 Ohm initial ? ).
Est il possible de modéliser le courant drainé ? Et comment savoir quelles valeurs de ce courant peuvent détériorer l'ampli ?

Merci,

Simon

[PIXEL]

l'ampli se comportant en générateur de tension (presque) idéal

rien ne limite son courant de sortie.

donc si l'impédance de charge diminue : le courant agmente : I = U/Z

avec le moment où ce courant sera supérieur à ce que peut fournir l'étage de puissance ou l'alim,
avec risque de destruction.

c'est pourquoi les fabricants indiquent l'impédance de charge MINIMUM

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

Bonjour,
Ce problème serait plus du ressort d'un amplificateur de déflexion magnétique linéaire qui comme chacun devrait le savoir est contre-réactioné au moyen d'une tension image du courant de bobine ,en fait grâce à une bête résistance en pied de bobine . Cela ressemble fort à un ampli BF classe AB il y a juste la CR qui est différente.
JR

[gienas]

Bonsoir SimUy et tout le groupe

Bienvenue sur le forum.

... Si un ampli audio n'a pas d'impédance de sortie, à quoi correspond les valeurs de 4 et 8 Ohms ? ...

Il me semble que tu fais une confusion sur les termes.

Un ampli (audio ou autre) c'est un "générateur" particulier, qui doit/peut être chargé, en sortie, par une impédance fixée ou définie.

Ces 4Ω οu 8Ω pour les amplis de puissance audio définissent le minimum que doit être cette impédance, et s'accompagne d'une puissance que va délivrer cet ampli dans l'impédance de charge.

... l'impédance réelle de l'ampli est trés faible ( inférieure à mes 0.04 Ohm initial ? ) ...

Ce qui est très faible, c'est l'impédance interne de la "source de tension" que forme l'amplificateur. Cette résistance interne devrait même être nulle, pour que la source soit idéale, comme la définition d'un générateur de Thévenin {Eth;rth}.

... Est il possible de modéliser le courant drainé ? ...

Ce modèle dépend essentiellement de la charge. L'ampli doit être assimilé à une source de tension, généralement fixe pour les calculs, et la charge va problèmes varier avec la fréquence. C'est cette impédance qui va déterminer le courant qui va la traverser.

... Et comment savoir quelles valeurs de ce courant peuvent détériorer l'ampli ? ...

Cette "détérioration" ne prend généralement qu'une "forme": destruction par échauffement excessif. Cet échauffement résulte de la puissance dissipée dans la puce, du refroidissement qui lui est associé, du temps pendant lequel la puissance à été dissipée. Ces données figurent partiellement dans la datasheet.

[bobflux]

Si ta bobine a réellement une ESR de 50 mOhms, alors à 20 Hz, pour 5A RMS, la tension à ses bornes sera de seulement 0.25V.

Dans ces conditions, les transistors de sortie d'un amplificateur linéaire alimenté sous 40V vont dissiper environ 178W en moyenne, le tout avec un rendement de 0.7% (oui, zéro virgule sept pour cent). Il te faudra au minimum 2-3 paires de gros MOSFET en TO-247, et bien sûr un dissipateur approprié, plus un ventilateur.

La seule solution valable sera donc une solution à découpage. Par exemple, un kit ampli classe D, asservi en courant (pour cela c'est simple, il suffit de trafiquer un peu la contre-réaction).

On peut aussi envisager de mettre des inductances en série avec l'inductance de test, à commuter avec des relais, ou d'utiliser un transformateur à plusieurs gammes, encore commutées par des relais. Ou de moduler les tensions d'alim de l'ampli linéaire...

Enfin bon, une solution à découpage c'est quand même moins lourd...

[jiherve]

Bonjour

Ou de moduler les tensions d'alim de l'ampli linéaire...

C'est effectivement la méthode utilisée pour alimenter les ampli d'un CRT à déflexion magnétique utilisé en mode stroke (cavalier in french) technologie oubliée mais qui fut courante jusqu’à l'apparition des LCD robustes.
JR

[SimUy]

Bonjour à tous,

merci pour vos nombreuses réponses.
J'appréhende un peu mieux le probléme maintenant.
Pour résumer, les solutions qui semble les plus adaptées :
. Ampli classe D ( onduleur ? )
. Ampli BF, classe AB

Encore merci pour votre temps.

[calculair]

bonjour

Vous pouvez aussi respecter la puisssance disponible en pilotant correctement l'amplitude du signal

petit niveau à fréquence basse et niveau plus elevé à fréquence élevée.