TP-cours : dipôles RC, RL

Objectifs : découvrir le comportement du dipôle RC et du dipôle RL soumis à une échelon de tension ainsi que leurs caractéristiques

Prise en main du logiciel de simulation

La vidéo ci-dessous vous présente l'application en ligne de simulation de circuit électrique Multisim Live.

Charge d'un condensateur soumis à une échelon de tension

Visionnez la vidéo ci-dessous, elle présente le condensateur et l'obtention de la tension aux bornes du condensateur lors de sa charge :

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Dipôle RC : simulation de la charge et de la décharge du condensateur

Acquisition

Utilisez le logiciel de simulation pour simuler le comportement d'un dipôle RC ($R=500\,\Omega$, $C=100\,\mu F$) soumis à un échelon de tension de 4V.

Vous devez régler le temps d'acquisition ainsi que le temps que dure l'échelon de tension (ils sont confondus ici). Ce réglage se fait en fonction de la constante de temps $\tau$ du dipôle RC : on connaît le temps nécessaire pour parvenir au régime permanent.

On réglera le simulateur afin d'obtenir les courbes $u_e=f(t)$ et $u_s=f(t)$ où $u_e$ est la tension aux bornes du générateur et $u_s$ la tension aux bornes du condensateur. ♠ Penser à adapter l'échelle.

Influence de la valeurs des composants sur le régime transitoire

1. Simulez l'influence de la valeur du conducteur ohmique (en doublant la valeur de la résistance par exemple) sur la charge du condensateur. Décrivez cette évolution.
2. Simulez l'influence de la valeur de la capacité du condensateur sur sa charge. Décrivez cette évolution.

Décharge du condensateur

1. Intervertissez les tensions initiale et finale du générateur STEP_VOLTAGE : "Initial level" : 4V, "Final Level : 0V". Lancer la simulation : on simule ici l'ouverture de l'interrupteur et donc la décharge du condensateur préalablement chargé dans la résistance.
2. Observez que les changements des valeurs du conducteur ohmique et de la capacité ont les mêmes incidences sur le phénomène de décharge.

Etablissement du courant dans un circuit comportant une bobine

Visionnez la vidéo ci-dessous ; elle présente la bobine et l'obtention de l'intensité lors de l'établissement du courant:

ATTENTION, une petite erreur s'est glissée dans cette vidéo. Trouvez-la ! (le diaporama en lien sous la vidéo a été corrigé)

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♠ D'après la vidéo, que vaut le temps caractéristique $\tau$ associé au circuit RL?

Dipôle RL : simulation de l'établissement du courant dans le circuit

On va étudier l'établissement du courant dans un circuit inductif (=qui comporte une bobine), en alimentant une association RL avec un échelon de tension 0/3~V (utiliser un générateur "STEP VOLTAGE").

Acquisition

Se connecter au logiciel de simulation multisim pour construire le circuit RL ($R=100\,\Omega$, $L=0{,}1\,$H) soumis à un échelon de tension allant de 0 à 3V.

Placer des voltmètres aux bornes de chacun des trois dipôles. Attention, par défaut, une sonde de tension mesure le potentiel par rapport à la masse (ground), qu'il faut absolument placer dans le circuit pour que la simulation fonctionne. On peut cependant ajouter une autre référence de tension (voir dans les composants) et indiquer à la sonde de tension cette nouvelle référence (qui s'appelle par défaut REF1).

Penser à régler le temps d'acquisition ainsi que le temps que dure l'échelon de tension, en fonction de la constante de temps $\tau$ (à calculer) du dipôle RL.

Lancer la simulation. ♠ Penser à adapter l'échelle.

Exploitation

Que peut-on dire de l'intensité en fin de régime transitoire ? (♠ Aux bornes de quel dipôle a-t-on une image de cette intensité? vérifier en utilisant une sonde de courant) Et pour la tension aux bornes de la bobine ? Interpréter physiquement (il est sans doute nécessaire de faire des recherches sur le net pour répondre à cette dernière question).

Que vaut la valeur finale de l'intensité ? Comparer à la valeur théorique.
Au bout de combien de temps atteint-on 63% de la valeur finale ? Comparer ce temps à $\tau=L/R$.

Que vaut l'intensité au bout de $3\tau$ puis $5\tau$ ? Exprimer cette valeur en pourcentage de la valeur finale. Conclusion ?

Modifier le circuit pour vérifier qu'à 63% de la valeur finale on a bien $t_{63\%}=\tau=L/R$, pour différentes valeurs d'inductance et de résistance. Relever dans un tableau le temps $t_{63\%}$ correspondant à 5 valeurs de résistances puis 5 valeurs d'inductances.