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

L C Entrée Sortie I_L I_C Circuit Bouchon (LC Parallèle) À la résonance : Z est maximale – Le circuit « bouchonne » la fréquence f₀

Circuit série vs Circuit bouchon (parallèle)

Comportement à la résonance
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
Principe fondamental

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

f |Z| f₀ Z_max Bande rejetée Z faible Z faible Circuit bouchon Z maximale à f₀ Bloque la fréquence de résonance Filtre coupe-bande Réponse en fréquence du circuit bouchon
Interprétation de la courbe :
  • 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 = 1 / (2π√(LC))

f = Fréquence de résonance (en Hertz – Hz)
L = Inductance (en Henrys – H)
C = Capacité (en Farads – F)
π = Constante Pi ≈ 3,14159

Important – Circuit réel :

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

Impédance à la résonance (circuit idéal)
Z₀ = L / (RC)

où R est la résistance série totale
(résistances parasites)

Pour un circuit parfait (R=0) :
Z₀ → ∞ (impédance infinie)
Impédance générale

Pour toute fréquence f, l’impédance du circuit bouchon est donnée par la combinaison parallèle des impédances de L et C :

1/Z = 1/Z_L + 1/Z_C
Où :
Z_L = j2πfL (impédance inductive)
Z_C = 1/(j2πfC) (impédance capacitive)

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 :

Q = 2πf₀L / R

ou équivalent :

Q = R / (2πf₀L)

Q = Facteur de qualité (sans unité)
f₀ = Fréquence de résonance (Hz)
L = Inductance (H)
R = Résistance (Ω)

f |Z| f₀ Q élevé Q moyen Q faible Influence du facteur Q sur la réponse du circuit bouchon
Effet du facteur Q :
  • 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

Filtrage coupe-bande

Le circuit bouchon est utilisé pour éliminer une fréquence spécifique indésirable d’un signal, tout en laissant passer toutes les autres fréquences.

Exemples :
  • Suppression de la fréquence 50/60 Hz (bruit secteur)
  • Élimination d’une porteuse radio
  • Suppression d’harmoniques indésirables
  • Filtre anti-ronflement dans l’audio
Compensation d’impédance

Les circuits bouchon sont utilisés pour compenser l’impédance d’un circuit à une fréquence spécifique, notamment dans les adaptations d’antennes.

Applications :
  • Adaptation d’impédance d’antenne
  • Accord de circuits RF
  • Optimisation du ROS
  • Réduction des pertes de transmission
Circuits de réception radio

Dans les récepteurs radio, les circuits bouchon permettent d’éliminer des signaux interferents ou des fréquences images.

Usages :
  • Rejet de stations adjacentes
  • Suppression de fréquences images
  • Élimination d’interférences
  • Protection contre les signaux forts
Protection d’équipements

Les circuits bouchon protègent les équipements sensibles contre des signaux à des fréquences spécifiques qui pourraient les endommager.

Protection contre :
  • Surtensions à fréquence fixe
  • Harmoniques de puissance
  • Signaux RF indésirables
  • Parasites électromagnétiques

Exemple pratique de calcul

Exemple : Filtrer la fréquence 50 Hz (bruit secteur)

Objectif : Concevoir un circuit bouchon pour éliminer le bruit du secteur à 50 Hz

Données :
• Fréquence à éliminer : f₀ = 50 Hz
• Condensateur disponible : C = 100 µF = 100 × 10⁻⁶ F
Calcul de l’inductance nécessaire :

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
Résultat :
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

Avantages
  • 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
Limitations
  • 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.