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Circuit bouchon

Publié le 4 juin 2023 Par F4HXN

Circuit Bouchon

Circuit LC parallĂšle – Filtre rĂ©jecteur de bande
Impédance maximale à la résonance

Qu’est-ce qu’un circuit bouchon ?

Un circuit bouchon (ou circuit LC parallĂšle) est un circuit Ă©lectronique composĂ© d’une inductance (L) et d’un condensateur (C) connectĂ©s en parallĂšle. Ce type de circuit est utilisĂ© pour crĂ©er une impĂ©dance Ă©levĂ©e Ă  une frĂ©quence spĂ©cifique, tout en offrant une impĂ©dance faible Ă  d’autres frĂ©quences.

Contrairement au circuit LC sĂ©rie qui prĂ©sente une impĂ©dance minimale Ă  la rĂ©sonance, le circuit bouchon prĂ©sente une impĂ©dance maximale Ă  sa frĂ©quence de rĂ©sonance, d’oĂč son nom de « bouchon » qui bloque efficacement cette frĂ©quence.

Schéma du circuit bouchon

L C EntrĂ©e Sortie I_L I_C Circuit Bouchon (LC ParallĂšle) À la rĂ©sonance : Z est maximale – Le circuit « bouchonne » la frĂ©quence f₀

Circuit série vs Circuit bouchon (parallÚle)

Comportement à la résonance
Caractéristique Circuit Série (LC) Circuit Bouchon (ParallÚle)
Configuration L et C en série L et C en parallÚle
ImpĂ©dance Ă  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 frĂ©quence de rĂ©sonance, les courants dans L et C sont Ă©gaux en amplitude mais opposĂ©s en phase. Dans le circuit parallĂšle, ces courants s’annulent mutuellement, ce qui fait que trĂšs peu de courant circule depuis la source. Le circuit prĂ©sente donc une impĂ©dance trĂšs Ă©levĂ©e – il « bouchonne » la frĂ©quence.

Courbe d’impĂ©dance du circuit bouchon

f |Z| f₀ Z_max Bande rejetĂ©e Z faible Z faible Circuit bouchon Z maximale Ă  f₀ Bloque la frĂ©quence de rĂ©sonance Filtre coupe-bande RĂ©ponse en frĂ©quence du circuit bouchon
Interprétation de la courbe :
  • Aux frĂ©quences loin de f₀ : impĂ©dance faible, le signal passe
  • À la frĂ©quence f₀ : impĂ©dance maximale, le signal est bloquĂ©
  • La courbe forme un pic (inverse du circuit sĂ©rie)
  • Plus le facteur Q est Ă©levĂ©, plus le pic est Ă©troit et prononcĂ©

Fréquence de résonance

La frĂ©quence de rĂ©sonance du circuit bouchon est identique Ă  celle du circuit sĂ©rie. C’est la frĂ©quence Ă  laquelle l’impĂ©dance atteint son maximum.

La fréquence de résonance est donnée par :

f = 1 / (2π√(LC))

f = FrĂ©quence de rĂ©sonance (en Hertz – Hz)
L = Inductance (en Henrys – H)
C = CapacitĂ© (en Farads – F)
π = Constante Pi ≈ 3,14159

Important – Circuit rĂ©el :

Cette formule suppose un circuit idéal sans pertes. Dans la réalité, les composants ont des résistances parasites :
‱ L’inductance possĂšde une rĂ©sistance de bobinage (R_L)
‱ Le condensateur possĂšde une rĂ©sistance sĂ©rie (R_C)
‱ Ces rĂ©sistances limitent l’impĂ©dance maximale rĂ©elle

Dans un circuit rĂ©el, l’impĂ©dance maximale n’est pas infinie mais limitĂ©e par ces pertes.

Calcul de l’impĂ©dance

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

oĂč R est la rĂ©sistance sĂ©rie totale
(résistances parasites)

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

Pour toute frĂ©quence f, l’impĂ©dance du circuit bouchon est donnĂ©e par la combinaison parallĂšle des impĂ©dances de L et C :

1/Z = 1/Z_L + 1/Z_C
OĂč :
Z_L = j2πfL (impĂ©dance inductive)
Z_C = 1/(j2πfC) (impĂ©dance 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 = FrĂ©quence de rĂ©sonance (Hz)
L = Inductance (H)
R = Résistance (Ω)

f |Z| f₀ Q Ă©levĂ© Q moyen Q faible Influence du facteur Q sur la rĂ©ponse du circuit bouchon
Effet du facteur Q :
  • Q Ă©levĂ© (>100) : Pic Ă©troit et haut, excellent filtrage, bande rejetĂ©e Ă©troite
  • Q moyen (10-100) : Compromis entre sĂ©lectivitĂ© et largeur de bande
  • Q faible (<10) : Pic large et bas, filtrage moins efficace, bande rejetĂ©e large

Applications du circuit bouchon

Filtrage coupe-bande

Le circuit bouchon est utilisĂ© pour Ă©liminer une frĂ©quence spĂ©cifique indĂ©sirable d’un signal, tout en laissant passer toutes les autres frĂ©quences.

Exemples :
  • Suppression de la frĂ©quence 50/60 Hz (bruit secteur)
  • Élimination d’une porteuse radio
  • Suppression d’harmoniques indĂ©sirables
  • Filtre anti-ronflement dans l’audio
Compensation d’impĂ©dance

Les circuits bouchon sont utilisĂ©s pour compenser l’impĂ©dance d’un circuit Ă  une frĂ©quence spĂ©cifique, notamment dans les adaptations d’antennes.

Applications :
  • Adaptation d’impĂ©dance d’antenne
  • Accord de circuits RF
  • Optimisation du ROS
  • RĂ©duction des pertes de transmission
Circuits de réception radio

Dans les rĂ©cepteurs radio, les circuits bouchon permettent d’Ă©liminer des signaux interferents ou des frĂ©quences images.

Usages :
  • Rejet de stations adjacentes
  • Suppression de frĂ©quences images
  • Élimination d’interfĂ©rences
  • Protection contre les signaux forts
Protection d’Ă©quipements

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

Protection contre :
  • Surtensions Ă  frĂ©quence fixe
  • Harmoniques de puissance
  • Signaux RF indĂ©sirables
  • Parasites Ă©lectromagnĂ©tiques

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 :
‱ FrĂ©quence Ă  Ă©liminer : f₀ = 50 Hz
‱ Condensateur disponible : C = 100 ”F = 100 × 10⁻⁶ F
Calcul de l’inductance nĂ©cessaire :

À partir de la formule : f = 1 / (2π√(LC))

On réarrange pour trouver L :
L = 1 / (4πÂČfÂČC)

L = 1 / (4 × 3,14159ÂČ Ă— 50ÂČ Ă— 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 ”F
‱ Les connecter en parallùle

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 trĂšs sĂ©lectif d’une frĂ©quence spĂ©cifique
  • Pas d’attĂ©nuation des autres frĂ©quences
  • Circuit passif (pas d’alimentation)
  • Faible coĂ»t et simplicitĂ©
  • Haute impĂ©dance Ă  la rĂ©sonance
  • RĂ©glable en changeant L ou C
Limitations
  • Pertes dues aux rĂ©sistances parasites
  • ImpĂ©dance maximale limitĂ©e (non infinie)
  • Sensible aux tolĂ©rances des composants
  • DĂ©rive en frĂ©quence avec la tempĂ©rature
  • Q limitĂ© par les pertes rĂ©elles
  • Encombrement des composants (basses frĂ©quences)

Tableau récapitulatif

ParamĂštre Formule / Valeur Description
Configuration L et C en parallÚle Inductance et condensateur connectés en parallÚle
FrĂ©quence de rĂ©sonance f₀ = 1 / (2π√(LC)) FrĂ©quence oĂč Z est maximale
ImpĂ©dance Ă  f₀ Z₀ ≈ L/(RC) Maximale (thĂ©oriquement infinie si R=0)
Facteur de qualitĂ© Q = 2πf₀L / R Mesure de la sĂ©lectivitĂ©
Bande rejetĂ©e B = f₀ / Q Largeur de la bande oĂč le signal est attĂ©nuĂ©
Comportement Bloque f₀, laisse passer les autres Filtre coupe-bande / rĂ©jecteur
Application principale Filtre réjecteur de bande Suppression de fréquences indésirables

Conclusion

Le circuit bouchon (LC parallĂšle) est un outil fondamental en Ă©lectronique pour le filtrage sĂ©lectif de frĂ©quences. Sa capacitĂ© Ă  prĂ©senter une impĂ©dance maximale Ă  une frĂ©quence spĂ©cifique en fait un Ă©lĂ©ment essentiel dans la conception de filtres coupe-bande, l’adaptation d’impĂ©dance et la protection contre les interfĂ©rences. Bien que les pertes rĂ©elles limitent ses performances idĂ©ales, le circuit bouchon reste largement utilisĂ© dans les applications audio, RF et de traitement du signal grĂące Ă  sa simplicitĂ© et son efficacitĂ©.