Circuit Bouchon
Circuit LC parallèle – Filtre réjecteur de bande
Impédance maximale à la résonance
Qu’est-ce qu’un circuit bouchon ?
Un circuit bouchon (ou circuit LC parallèle) est un circuit électronique composé d’une
inductance (L) et d’un condensateur (C) connectés en parallèle. Ce type de circuit est
utilisé pour créer une impédance élevée à une fréquence spécifique,
tout en offrant une impédance faible à d’autres fréquences.
Contrairement au circuit LC série qui présente une impédance minimale à la résonance, le circuit bouchon présente une impédance maximale à sa fréquence de résonance, d’où son nom de « bouchon » qui bloque efficacement cette fréquence.
Schéma du circuit bouchon
Circuit série vs Circuit bouchon (parallèle)
| Caractéristique | Circuit Série (LC) | Circuit Bouchon (Parallèle) |
|---|---|---|
| Configuration | L et C en série | L et C en parallèle |
| Impédance à f₀ | Minimale (≈ 0 Ω) | Maximale (≈ ∞ Ω) |
| Courant à f₀ | Maximal | Minimal |
| Comportement | Laisse passer f₀ | Bloque f₀ |
| Application filtre | Passe-bande | Coupe-bande (réjecteur) |
| Nom alternatif | Circuit accepteur | Circuit réjecteur / Bouchon |
À la fréquence de résonance, les courants dans L et C sont égaux en amplitude mais opposés en phase. Dans le circuit parallèle, ces courants s’annulent mutuellement, ce qui fait que très peu de courant circule depuis la source. Le circuit présente donc une impédance très élevée – il « bouchonne » la fréquence.
Courbe d’impédance du circuit bouchon
- Aux fréquences loin de f₀ : impédance faible, le signal passe
- À la fréquence f₀ : impédance maximale, le signal est bloqué
- La courbe forme un pic (inverse du circuit série)
- Plus le facteur Q est élevé, plus le pic est étroit et prononcé
Fréquence de résonance
La fréquence de résonance du circuit bouchon est identique à celle du circuit série. C’est la fréquence à laquelle l’impédance atteint son maximum.
La fréquence de résonance est donnée par :
f = Fréquence de résonance (en Hertz – Hz)
L = Inductance (en Henrys – H)
C = Capacité (en Farads – F)
π = Constante Pi ≈ 3,14159
Cette formule suppose un circuit idéal sans pertes. Dans la réalité, les composants ont des résistances parasites :
• L’inductance possède une résistance de bobinage (R_L)
• Le condensateur possède une résistance série (R_C)
• Ces résistances limitent l’impédance maximale réelle
Dans un circuit réel, l’impédance maximale n’est pas infinie mais limitée par ces pertes.
Calcul de l’impédance
où R est la résistance série totale
(résistances parasites)
Pour toute fréquence f, l’impédance du circuit bouchon est donnée par la combinaison parallèle des impédances de L et C :
Facteur de qualité (Q)
Le facteur de qualité Q détermine la sélectivité du circuit bouchon. Un Q élevé signifie une bande rejetée étroite et une impédance maximale plus élevée.
Le facteur de qualité est donné par :
ou équivalent :
Q = Facteur de qualité (sans unité)
f₀ = Fréquence de résonance (Hz)
L = Inductance (H)
R = Résistance (Ω)
- Q élevé (>100) : Pic étroit et haut, excellent filtrage, bande rejetée étroite
- Q moyen (10-100) : Compromis entre sélectivité et largeur de bande
- Q faible (<10) : Pic large et bas, filtrage moins efficace, bande rejetée large
Applications du circuit bouchon
Le circuit bouchon est utilisé pour éliminer une fréquence spécifique indésirable d’un signal, tout en laissant passer toutes les autres fréquences.
- Suppression de la fréquence 50/60 Hz (bruit secteur)
- Élimination d’une porteuse radio
- Suppression d’harmoniques indésirables
- Filtre anti-ronflement dans l’audio
Les circuits bouchon sont utilisés pour compenser l’impédance d’un circuit à une fréquence spécifique, notamment dans les adaptations d’antennes.
- Adaptation d’impédance d’antenne
- Accord de circuits RF
- Optimisation du ROS
- Réduction des pertes de transmission
Dans les récepteurs radio, les circuits bouchon permettent d’éliminer des signaux interferents ou des fréquences images.
- Rejet de stations adjacentes
- Suppression de fréquences images
- Élimination d’interférences
- Protection contre les signaux forts
Les circuits bouchon protègent les équipements sensibles contre des signaux à des fréquences spécifiques qui pourraient les endommager.
- Surtensions à fréquence fixe
- Harmoniques de puissance
- Signaux RF indésirables
- Parasites électromagnétiques
Exemple pratique de calcul
Objectif : Concevoir un circuit bouchon pour éliminer le bruit du secteur à 50 Hz
• Fréquence à éliminer : f₀ = 50 Hz
• Condensateur disponible : C = 100 µF = 100 × 10⁻⁶ F
À partir de la formule : f = 1 / (2π√(LC))
On réarrange pour trouver L :
L = 1 / (4π²f²C)
L = 1 / (4 × 3,14159² × 50² × 100 × 10⁻⁶)
L = 1 / (4 × 9,8696 × 2500 × 100 × 10⁻⁶)
L = 1 / (0,09869)
L ≈ 101,3 mH
Pour créer un circuit bouchon qui bloque le 50 Hz, il faut :
• Une inductance L ≈ 100 mH
• Un condensateur C = 100 µF
• Les connecter en parallèle
Ce circuit présentera une impédance maximale à 50 Hz, bloquant efficacement le bruit du secteur tout en laissant passer les autres fréquences.
Avantages et limitations
- Filtrage très sélectif d’une fréquence spécifique
- Pas d’atténuation des autres fréquences
- Circuit passif (pas d’alimentation)
- Faible coût et simplicité
- Haute impédance à la résonance
- Réglable en changeant L ou C
- Pertes dues aux résistances parasites
- Impédance maximale limitée (non infinie)
- Sensible aux tolérances des composants
- Dérive en fréquence avec la température
- Q limité par les pertes réelles
- Encombrement des composants (basses fréquences)
Tableau récapitulatif
| Paramètre | Formule / Valeur | Description |
|---|---|---|
| Configuration | L et C en parallèle | Inductance et condensateur connectés en parallèle |
| Fréquence de résonance | f₀ = 1 / (2π√(LC)) | Fréquence où Z est maximale |
| Impédance à f₀ | Z₀ ≈ L/(RC) | Maximale (théoriquement infinie si R=0) |
| Facteur de qualité | Q = 2πf₀L / R | Mesure de la sélectivité |
| Bande rejetée | B = f₀ / Q | Largeur de la bande où le signal est atténué |
| Comportement | Bloque f₀, laisse passer les autres | Filtre coupe-bande / réjecteur |
| Application principale | Filtre réjecteur de bande | Suppression de fréquences indésirables |
Conclusion
Le circuit bouchon (LC parallèle) est un outil fondamental en électronique pour le filtrage
sélectif de fréquences. Sa capacité à présenter une impédance maximale à une fréquence
spécifique en fait un élément essentiel dans la conception de filtres coupe-bande,
l’adaptation d’impédance et la protection contre les interférences. Bien que les pertes
réelles limitent ses performances idéales, le circuit bouchon reste largement utilisé
dans les applications audio, RF et de traitement du signal grâce à sa simplicité et son
efficacité.