Haut-parleurs et impédance

Il est important d’ajuster au mieux la charge (haut-parleurs) avec l’impédance de sortie de votre amplificateur. La première est que vous obtiendrez le maximum de la puissance de votre amplificateur. L’autre est le risque d’endommager l’amplificateur par une impédance (charge) trop basse, ou en tout cas pas supportée par l’amplificateur.

En cas de doute, il est plus sûr d’aller plus haut en impédance pour aider à protéger l’amplificateur. La manière dont vos haut-parleurs sont câblés ensemble dans un système de plusieurs haut-parleurs détermine l’impédance finale (la charge).

Généralement on peut lire sur les caractéristiques d’un amplificateur :

  • 2 x 100 Watts RMS sous 4ohms
  • 2 x 50 Watts RMS sous 8ohms

On voit bien que sous 4ohms l’amplificateur délivre le double de puissance. S’il n’est pas précisé que l’amplificateur peut supporter une impédance de 1 ou 2ohms, il est fortement déconseillé de charger l’amplificateur sous ces impédances sous peine de voir votre amplificateur ou votre charge (haut-parleurs), déterioré a forte puissance (création de courant continu desctructeur…).

Plus rare sont les amplificateurs qui délivrent des puissances sous 2ohms ou 1ohm, mais cela devient de plus en plus fréquent, surtout avec la technologie ClassD, digital, numérique…

Les schémas ci-dessous vous aideront dans votre démarche d’optimisation mais aussi de protection : être sûr d’obtenir le maximum de votre amplificateur sans pour autant le mettre en danger et choisir les haut-parleurs…

Les associations (en parallèle ou série ou parallèle/série) présentées ci-dessous sont valables pour plusieurs haut-parleurs ou pour un seul haut-parleur équipé de plusieurs bobines.

En parallèle, 2 haut-parleurs
Associer deux haut-parleurs en parallèle

  • 2 ohms = 1 ohms au final
  • 4 ohms = 2 ohms au final
  • 8 ohms = 4 ohms au final
  • 16 ohms = 8 ohms au final

En série, 2 haut-parleurs
Associer deux haut-parleurs en série

  • 2 ohms = 4 ohms
  • 4 ohms = 8 ohms
  • 8 ohms = 16 ohms
  • 16 ohms = 32 ohms

En parallèle, 4 haut-parleurs
Associer quatre haut-parleurs parallèles

  • 4 ohms = 1 ohm
  • 8 ohms = 2 ohms
  • 16 ohms = 4 ohms
  • 32 ohms = 8 ohms

En série/parallèle 4 haut-parleurs
Association de plusieurs haut-parleurs en montage série / parallèle

  • 2 ohms = 2 ohms
  • 4 ohms = 4 ohms
  • 8 ohms = 8 ohms
  • 16 ohms = 16 ohms

Comment s’y retrouver ?

Avec plusieurs haut-parleurs de même impédance

 

  • En série : j’ajoutes toutes les impédances
  • En parallèle (toutes les mêmes impédances): je divises par 2 l’impédance avec 2 haut-parleurs, je divises par 4 avec 4 haut-parleurs, et ainsi de suite…
  • En parallèle (deux haut-parleurs d’impédance différentes): j’applique la formule suivante : Ztotal = 1 / ( (1/Z1) + (1/Z2)). Par exemple pour 8 ohm + 4 ohm en parallèle, on arrive à 1/((1/8)+(1/4)) = 2.666… ohm

Petite astuce :Dans certains montages particuliers comme par exemple la charge « push-pull » avec 2 haut-parleurs se faisant face, il est nécessaire d’inverser la phase d’un des 2 hp en inversant le plus (+) et le moins (-).
En audiocar également la charge est extrêmement importante, vous remarquerez que la plupart des haut-parleurs dédiés à la hifi embarquée ont une impédance de 4ohms ou bien 2 bobines de 8ohms permettant de les coupler en parallèle pour retomber sur une impédance de 4ohms. De plus en plus les constructeurs fabriquent des amplificateur pouvant suporter des impédance extrêment basse allant jusqu’à 1ohms… dans ce cas un amplifcateur de petite taille est suffisant pour développer beaucoup de puissance d’amplification, faut-il encore trouver un haut-parleur qui est une bobine d’impédance 1ohm… il faut coupler par exemple 4 haut-parleurs de 4ohms en parallèle, ou bien 8 haut-parleurs de 8ohms…

Et la puissance d’amplification ?

Pour l’assocation de plusieurs haut-parleurs il suffit d’additionner les puissances pour savoir quel amplificateur convient.
j’ai par exemple 4 haut-parleur de 200WRMS, que je les couple en série, en parallèle ou en série parallèle, il me faudra un amplificateur de : 200 + 200 + 200 + 200 = 800WRMS
D’où l’importance de choisir des haut-parleurs qui soit capable de délivrer une impédance la plus basse possible pour ensuite choisir un amplificateur qui n’est pas besoin de développer une puissance phénoménale pour une impédance de 8ohms.
Le même amplificateur développera schématiquement 200WRMS sous 8ohms, 400WRMS sous 4ohms (le double) et ainsi de suite, si biensûre l’amplificateur peut descendre en dessous (noté sur la notice technique du produit).

source : //www.toutlehautparleur.com/

Circuits en série, parallèle et loi d’Ohm

Différenciation entre la configuration d’un circuit et présentation de la loi d’Ohm

Sébastien Sougnez

 Introduction

Si vous débutez en électronique et que la lecture des articles précédents vous a donné envie de lire celui-ci, vous allez en être récompensé… C’est ici que le fun commence. Dans cet article, nous allons voir les formules mathématiques élémentaires permettant de calculer un tension, une intensité et la résistance de conducteur ohmique. Avant de parler de ces formules, nous verrons quelle est la différence entre un circuit en série et un circuit en parallèle. Nous allons essayer d’illustrer les différentes expériences de cet article par de courtes vidéos permettant de vérifier que nos circuits fonctionnent bien de manière attendue.

Circuit en série

Explication

Un circuit en série est un circuit dans lequel les différents composants sont placés les uns à la suite des autres n’offrant au courant qu’un seul chemin pour passer. Voyons cela grâce au schéma suivant :

Lorsque le courant va traverser ce circuit, il va d’abord traverser la résistance pour ensuite traverser toutes les LED, permettant ainsi de les allumer. Le courant n’a qu’un seul chemin viable, il ne se sépare pas dans différentes branches, les composants sont donc en série. Bien entendu, il ne serait pas intéressant d’utiliser un tel circuit pour réaliser l’éclairage de votre maison. Effectivement, si le courant est capable de faire briller toutes les LED, c’est bien évidemment parce qu’il les traverse toutes, mais imaginez qu’une de ces LED grille (à cause de l’effet du temps par exemple). Une LED grillée ne permet plus de conduire le courant, le circuit deviendrait donc similaire à ceci :

Un tel circuit n’est pas fermé, il est donc impossible pour le courant de le traverser, par conséquent, toutes les LED seraient éteintes.

Les caractéristiques de ce genre de circuits sont les suivantes :

  • L’intensité du courant sera la même partout. Effectivement, l’intensité entre la batterie de la résistance sera la même qu’entre la dernière LED et la batterie.
  • La tension chutera dans chacun des composants traversé. La tension initiale, entre la batterie et la première résistance sera de 9 volts, mais une fois le courant passé dans la résistance (220 ohms), celle-ci ne sera plus que de 7.96 volts. Au final, la tension entre la dernière LED et la batterie sera de 0 volt. Si on additionne toutes les chutes de tension successives survenues lorsque le courant traverse les différents composants, nous obtenons 9 volts.

Démonstration

Circuit en parallèle

Explication

Un circuit monté en parallèle est un circuit à l’intérieur duquel existeront plusieurs chemins par lesquels le courant pourra se déplacer. Voici à quoi ressemble le schéma d’un tel circuit :

La différence majeure entre ce type de circuits et les circuits en série est donc qu’il existe plusieurs chemins par lesquels le courant peut passer. Le courant va donc partir de la borne positive (sens conventionnel) de la batterie et passer dans les différentes branches (les fils conducteurs verticaux), il va donc traverser toutes les résistances allumant ainsi les différentes LED.

Les caractéristiques de ce genre de circuits sont les suivantes :

  • Le courant se propageant dans les différentes branches du circuit, l’intensité de ce dernier ne sera pas la même dans chacune de celles-ci. En effet, dépendamment de la résistance générale présente dans ces différentes branches, l’intensité va se partager entre les celles-ci pour ensuite se regrouper au niveau de la première branche.
  • La tension, quant à elle, ne va pas se diviser dans les différentes branches du circuit. Donc si la batterie possède une tension de 9 volts, c’est cette même tension qui parcourra les 5 branches du circuits. C’est d’ailleurs pour cela que cette fois, nous n’avons pas utilisé une résistance pour les 5 LED (comme dans le circuit en série) mais une résistance par LED.

Démonstration

Loi d’Ohm

Bases

Maintenant que nous avons vu la différence entre un circuit en série et un circuit en parallèle, nous allons pouvoir aborder le sujet principal de cet article, à savoir, la loi d’Ohm (en référence à Georg Ohm). Cette loi permet d’exprimer la tension électrique en fonction de la résistance du circuit et de l’intensité du courant le parcourant.

Dans sa forme initiale, la formule est la suivante :
U=R.IU=R.I

  • U représente la tension.
  • R représente la résistance.
  • I représente l’intensité.

De cette formule, nous pouvons déduire les deux formules suivantes :
R=UIR=UI et I=URI=UR
Retenez bien ces formules car elles sont très importantes et doivent être connues sur le bout des doigts. Voyons maintenant comment les utiliser à l’aide d’un exemple :

Nous possédons donc une batterie avec une tension de 9 volts et une résistance de 560 ohms. Grâce à ces deux valeurs, nous allons être en mesure de calculer l’intensité parcourant ce circuit. Avant de commencer vos calculs, vous devez vous assurer de travailler avec les bonnes valeurs. En effet, si la valeur de la résistance valait 220 Kohms, vous devriez utiliser la valeur 220 000 dans vos calculs et non 220. Vous devez donc vous assurer de toujours travailler avec les valeurs exprimées avec la bonne unité (volt, ohm et ampère).

Utilisons maintenant la loi d’Ohm pour calculer l’intensité de ce circuit :
I=URI=UR

I=9560I=9560

I=0,01607AI=0,01607A

I=16,07mAI=16,07mA
Nous avons donc simplement utilisé la loi d’Ohm pour trouver la valeur de l’intensité du courant. Voyons maintenant comment utiliser cette loi avec des circuits en série et des circuits en parallèle.

Circuit en série

Étudions le schéma suivant :

Comme nous l’avons vu dans le cours précédent, une résistance permet de diminuer l’intensité du courant traversant le circuit. Par conséquent, dans notre exemple, cette intensité sera d’abord ralentie par R2R2 et ensuite par R1R1, l’intensité sera donc ralentie par les deux résistances. Sur base de ça, nous pouvons déduire que la loi d’Ohm pour les circuits en séries est la suivante :
U=(R1+R2+...+Rn).IU=(R1+R2+…+Rn).I
La formule exprimant l’intensité du courant devient par conséquent :
I=UR1+R2+...+RnI=UR1+R2+…+Rn
Donc pour le schéma précédent, nous pouvons calculer que l’intensité du courant sera égale à :
I=9220+560I=9220+560

I=9780I=9780

I=0,01153AI=0,01153A

I=11,53mAI=11,53mA

Exercice 1

Enoncé

  • Calculez l’intensité dans le circuit suivant :

Solution
I=12220+1000I=12220+1000

I=121220I=121220

I=0,009836AI=0,009836A

I=9,836mAI=9,836mA
Exercice 2

Enoncé

Sachant que la tension dans le circuit suivant est de 9,09 mA, calculez la tension de la batterie :

Solution
U=(560+100).0,00909U=(560+100).0,00909

U=660.0,00909U=660.0,00909

U=5,9994VU=5,9994V

U6VU≈6V
Exercice 3

Enoncé

Trouvez la valeur de R2R2 sachant que l’intensité du courant traversant ce circuit est de 13,84 mA.

Solution
(100+220+R2)=90,01384(100+220+R2)=90,01384

320+R2=650,289320+R2=650,289

R2=650,289320R2=650,289−320

R2=330,289R2=330,289

R2330ΩR2≈330Ω
Circuit en parallèle

Prenons le schéma suivant :

Comme nous l’avons vu précédemment dans cet article, la tension appliquée à ce circuit va se propager dans les trois branches de celui-ci de manière égale. Il y aura donc 9 volts dans les trois branches de ce circuit. Nous avons également vu que l’intensité, quant à elle, allait se diviser dans les différentes branches de circuit. La valeur de l’intensité dans chacune de ces branches sera en directe relation avec la résistance dans ces branches. Ainsi, nous pouvons calculer que :
I1=9100=>I1=0.09A=>I1=90mAI1=9100=>I1=0.09A=>I1=90mA

I2=9330=>I2=0.02727A=>I2=27,27mAI2=9330=>I2=0.02727A=>I2=27,27mA

I3=9220=>I3=0.40909A=>I3=40,909mAI3=9220=>I3=0.40909A=>I3=40,909mA

I=I1+I2+I3=>I=158,179mAI=I1+I2+I3=>I=158,179mA

Le courant se divisant dans chaque branche finit bien par en sortir et se regrouper à un certain point du circuit (ici, ce sera au point sous la résistance R1R1). Sur base de l’intensité globale de ce circuit, nous pouvons calculer sa résistance globale :
Rtotale=90,158179=>Rtotale=56,8976ΩRtotale=90,158179=>Rtotale=56,8976Ω
Notez une chose étonnante : la résistance totale du circuit est inférieure à n’importe quelle autre résistance du circuit. La formule mathématique résultante est la suivante :
Rtotale=11R1+1R2+...+1RnRtotale=11R1+1R2+…+1Rn
Pour preuve :
Rtotale=11100+1330+1220Rtotale=11100+1330+1220

Rtotale=10,01+0,00303+0,00454Rtotale=10,01+0,00303+0,00454

Rtotale=10,01757Rtotale=10,01757

Rtotale=56,915ΩRtotale=56,915Ω
La résistance totale est bien la même (à quelques décimales près) à celle calculée précédemment.

Exercice 1

Enoncé

Calculez l’intensité dans chaque branche, l’intensité totale et la résistance totale du circuit suivant :

Vérifiez également l’exactitude de vos résultats en utilisant la valeur de la tension.
Solution

I1=15100=>I1=0,15A=>I1=150mAI1=15100=>I1=0,15A=>I1=150mA

I2=15560=>I2=0,02678A=>I2=26,678mAI2=15560=>I2=0,02678A=>I2=26,678mA

I3=151000=>I3=0,015A=>I3=15mAI3=151000=>I3=0,015A=>I3=15mA

Itotale=150+26,678+15=>Itotale=191,678mAItotale=150+26,678+15=>Itotale=191,678mA

Rtotale=11100+1560+11000Rtotale=11100+1560+11000

Rtotale=10,01+0,001785+0,001Rtotale=10,01+0,001785+0,001

Rtotale=10,012785Rtotale=10,012785

Rtotale=78,216ΩRtotale=78,216Ω
U=Rtotale.Itotale=>U=0,191678.78,216=>U=14,992V=>U15VU=Rtotale.Itotale=>U=0,191678.78,216=>U=14,992V=>U≈15V
Exercice 2

Enoncé

Sachant que l’intensité totale du circuit suivant est égale à 189,08 mA, calculez la tension de la batterie ainsi que l’intensité dans chacune des branches du circuit :

Solution
Rtotale=11220+1330+1560000Rtotale=11220+1330+1560000

Rtotale=10,004545+0,003030+0,00000178571Rtotale=10,004545+0,003030+0,00000178571

Rtotale=10,00757678571Rtotale=10,00757678571

Rtotale=131,98ΩRtotale=131,98Ω
U=131,98.0,18908U=131,98.0,18908

U=24,9547784VU=24,9547784V

U25VU≈25V
I1=25220=>I1=0,11363A=>I1=113,63mAI1=25220=>I1=0,11363A=>I1=113,63mA

I2=25330=>I2=0,07575A=>I2=75,75mAI2=25330=>I2=0,07575A=>I2=75,75mA

I3=25560000=>I3=0,00004464A=>I3=44,64µAI3=25560000=>I3=0,00004464A=>I3=44,64µA
Exercice 3

Enoncé

Nous allons compliquer un peu les choses en mixant des résistances en série avec des résistances en parallèle. Sur base du schéma suivant :

Calculez l’intensité totale de ce courant ainsi que l’intensité dans chaque branche. Calculez également la valeur de la chute de tension dans R2R2 et celle dans R3R3. Pour ce qui est de l’appelation des branches, nous dirons que :

  • La branche 1 contient la résistance R1R1.
  • La branche 2 contient les résistances R2R2 et R3R3.
  • La branche 3 est la section reliant la branche 2 au sous-circuit composé de la branche 4 et 5.
  • La branche 4 contient la résistance R4R4.
  • La branche 5 contient la résistance R5R5.

Solution

I1=25220=>I1=0,11363A=>I1=113,63mAI1=25220=>I1=0,11363A=>I1=113,63mA

I2=25100+1000=>I2=251100=>I2=0,02273A=>I2=22,73mAI2=25100+1000=>I2=251100=>I2=0,02273A=>I2=22,73mA

R4et5=11560+1330R4et5=11560+1330

R4et5=10,00179+0,00303R4et5=10,00179+0,00303

R4et5=10,00482R4et5=10,00482

R4et5=207,46ΩR4et5=207,46Ω
I3=25207,46=>I3=0,12050A=>I3=120,50mAI3=25207,46=>I3=0,12050A=>I3=120,50mA
I4=25560=>I4=0,04464A=>I4=44,64mAI4=25560=>I4=0,04464A=>I4=44,64mA
I5=25330=>I5=0,07575A=>I5=75,75mAI5=25330=>I5=0,07575A=>I5=75,75mA
UR2=1000.0,02273=>UR2=22,73VUR2=1000.0,02273=>UR2=22,73V
UR3=100.0,02273=>UR3=2,27VUR3=100.0,02273=>UR3=2,27V
Nous allons arrêter ici avec les exercices mais si vous voulez en avoir d’autres, n’hésitez pas à le demander dans les commentaires de l’article.

Complément d’informations

Au cours de vos expérimentations, vous allez régulièrement avoir recours aux LED dans le but de voir si le courant passe bien par une section de votre circuit. Bien que nous allons consacrer un article à part entière sur les LED, il est intéressant de voir comment il faut procéder pour calculer la résistance à appliquer à circuit contenant une LED ou plusieurs. Effectivement, comme nous l’avons dit précédemment, une LED ne brillera que si l’intensité du courant la parcourant est suffisante, mais elle peut également griller si cette intensité est trop importante. La première chose à faire est donc de savoir où trouver cette information (l’intensité admise par la LED). Pour cela, nous avons recours aux « datasheets« . Ces documents décrivent avec précision un composant électronique, vous donnant ainsi toutes les informations dont vous avez besoin pour l’utiliser. Pour trouver ce document, il vous suffit de rechercher « datasheet LED 5mm red » dans Google. Bien entendu, il faut connaître le modèle de votre LED, ainsi que sa couleur (normalement, ça n’est pas trop dur à deviner ça). Après avoir effectué cette recherche, il est possible que vous soyez tombé sur le « datasheet » proposé par SparkFun.

La première information importante est le « Forward current« . Cette information vous indique l’intensité recommandée pour cette LED, à savoir 20 mA. Nous voyons également que le « peak forward current » est de 30 mA. Cela signifie qu’au dessus de 30 mA, vous risquez d’endommager votre LED.

La seconde information importante est le « forward voltage« . Celle-ci définit la chute de tension qui sera présente aux bornes de la LED, donc, si vous avez une tension de 9 volts qui entre dans une LED, cette tension sera de « 9 – forward voltage » volts.

Ces deux informations sont très importantes car c’est grâce à celles-ci que nous avons été en mesure de calculer la valeur des résistances des deux exemples précédents. Revenons par exemple sur le montage en série contenant trois LED rouges :

Dans la vidéo, nous avons dit que la valeur de la résistance est de 220 Ohms. Voyons comment nous avons fait pour calculer cette valeur. Tout d’abord, nous savons que la tension initiale apportée par la batterie est de 9 volts. Nous savons également que la chute de tension appliquée sur chacune des LED est de 2 volts (« forward voltage« ). Une autre chose que nous savons est que dans un circuit en série, l’intensité parcourant les différents composants sera la même dans chacun de ces composants, nous devons donc nous assurer que celle-ci sera de 20 mA. Les données connues sont donc l’intensité (20 mA) et la tension initiale (9 volts). Cependant, pour pouvoir calculer l’intensité générale, nous devons utiliser la tension générale, qui ne sera pas de 9 volts car des chutes de tension seront présentes aux bornes des LED. Nous devons donc soustraire la tension globale avec ces différentes chutes de tension :

9(3.2)=39−(3.2)=3
La tension globale du système sera donc de 3 volts. Maintenant que nous avons ces deux informations, il ne nous reste plus qu’à appliquer la loi d’Ohm pour trouver la résistance à appliquer à ce circuit afin que ces chiffres soient respectés :
R=30,02R=30,02

R=150ΩR=150Ω

Nous savons donc que nous devons appliquer une résistance de 150 Ohms pour que l’intensité du courant sortant soit suffisante pour allumer la LED mais assez faible que pour ne pas la griller. Dans la vidéo, j’ai utilisé une résistance de 220 Ohms simplement parce que je ne possède pas de résistance de 150 Ohms. Il vaut mieux utiliser une résistance plus élevée que le résultat obtenu, ainsi, le seul risque que vous prenez est de ne pas voir la LED briller aussi intensément que désiré.

Si nous faisons le même calcul en remplaçant 20 par 30 (« peak forward current« ), nous obtenons :
R=30,03R=30,03

R=100ΩR=100Ω
Par conséquent, si vous utilisez une résistance inférieure à 100 Ohms, vous risquez d’endommager votre LED.

La tension initiale de la pile est donc un facteur important car, imaginez le même calcul pour cinq LED :
R=10,02R=−10,02

R=50ΩR=−50Ω
Nous obtenons donc une valeur négative. Cela provient du fait que chaque LED génère une chute de tension aux bornes de celle-ci, 9 volts n’est donc plus une tension suffisante pour pouvoir fournir assez de courant aux LED. Effectivement, en additionnant les différentes chutes de tension des LED, nous obtenons une chute totale de 10 volts, pour une alimentation de seulement 9 volts. Par conséquent, il faut augmenter la tension de la batterie (ou retirer une LED) et calculer à nouveau la valeur de la résistance.

Concernant l’exemple du circuit en parallèle, cela fonctionne de la même façon. Cependant, cette fois, il faut penser au fait que la tension va être la même dans chacune des branches du circuit car la tension ne se divise pas parmi les différentes branches du circuit. Il faudra donc utiliser une résistance permettant de gérer une tension de 9 volts. Le calcul sera le même que les précédents sauf que nous n’avons qu’une seule LED. Nous n’allons pas développer ce calcul ici (car il est similaire au précédent), mais si vous ne comprenez pas, n’hésitez pas à poser la question dans les commentaires.

source : //www.areaprog.com/