Les oscillations libres dans un circuit RLC série -2

Circuit RLC série – Equation différentielle

Circuit RLC série — Équation différentielle

1.2 Equation différentielle d’un circuit RLC en série

D’après la loi d’additivité des tensions :

\[ u_L + u_R + u_C = 0 \]

Avec :

\[ u_L = L \frac{di}{dt} + ri, \quad u_R = Ri \quad \text{et} \quad i = \frac{dq}{dt} = C \frac{du_C}{dt} \]

Donc :

\[ L \frac{di}{dt} + ri + Ri + u_C = 0 \]

D’où :

\[ L C \frac{d^2 u_C}{dt^2} + R_T C \frac{du_C}{dt} + u_C = 0, \quad \text{avec} \quad R_T = R + r \]

L’équation différentielle vérifiée par la tension \( u_C \) d’un circuit RLC série en régime libre s’écrit alors :

\[ \frac{d^2 u_C}{dt^2} + \frac{R_T}{L} \frac{du_C}{dt} + \frac{1}{LC} u_C = 0 \]

Remarque

On a :

\[ u_L + u_R + u_C = 0 \]

Avec :

\[ u_R = Ri, \quad u_L = L \frac{di}{dt} + ri, \quad i = \frac{dq}{dt}, \quad u_C = \frac{q}{C} \]

Donc :

\[ L \frac{di}{dt} + ri + Ri + \frac{q}{C} = 0 \]

Soit finalement :

\[ L \frac{d^2 q}{dt^2} + (r + R) \frac{dq}{dt} + \frac{q}{C} = 0 \]

C’est l’équation différentielle vérifiée par la charge \( q(t) \).

Le terme \( \frac{R_T}{L} \frac{du_C}{dt} \) (ou \( \frac{R_T}{L} \frac{dq}{dt} \)) est responsable de l’amortissement des oscillations. En absence de ce terme, les oscillations deviennent périodiques sinusoïdales.

Graphiques

  • Axes :
    • Axe horizontal : \( q (\mu C) \)
    • Axe vertical : \( t (ms) \)
  • Graphique :
    • Axe horizontal : \( t (ms) \)
    • Axe vertical : \( q (\mu C) \)
Observations :
  • La courbe est oscillante.
  • Les oscillations sont périodiques sinusoïdales.
Circuit RLC série — Équation différentielle