Comment fonctionne un circuit LCR ?

Un circuit LCR, également connu sous le nom de circuit résonant, circuit accordé ou circuit RLC, est un circuit électrique composé d'une inductance (L), d'un condensateur (C) et d'une résistance (R) connectés en série ou en parallèle. Ces circuits sont fondamentaux pour de nombreux appareils et systèmes électroniques, jouant un rôle crucial dans des applications telles que le réglage radio, le filtrage des signaux et la correction du facteur de puissance. En tant que fournisseur de LCR, on me demande souvent comment fonctionnent ces circuits, et dans cet article de blog, je fournirai une explication détaillée.

Composants de base d'un circuit LCR

Avant d'approfondir le fonctionnement d'un circuit LCR, il est essentiel de comprendre les composants de base qui composent le circuit :

• Inducteur (L): Un inducteur est un composant électrique passif à deux bornes qui stocke l'énergie dans un champ magnétique lorsque le courant électrique le traverse. L'inductance, mesurée en Henry (H), détermine la quantité de champ magnétique généré pour un courant donné. Lorsque le courant traversant un inducteur change, il induit une force électromotrice (FEM) qui s'oppose au changement de courant, selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique.

• Condensateur (C): Un condensateur est un autre composant passif à deux bornes qui stocke l'énergie dans un champ électrique entre deux plaques conductrices séparées par un matériau isolant. La capacité, mesurée en farads (F), indique la capacité du condensateur à stocker des charges. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes d'un condensateur, celui-ci se charge et lorsque la source de tension est supprimée, il peut décharger l'énergie stockée.

• Résistance (R): Une résistance est un composant passif qui restreint la circulation du courant électrique dans un circuit. La résistance, mesurée en ohms (Ω), détermine la quantité de courant qui circulera pour une tension donnée, selon la loi d'Ohm (V = IR). Les résistances dissipent l’énergie électrique sous forme de chaleur.

Circuit série LCR

Dans un circuit LCR en série, l'inductance, le condensateur et la résistance sont connectés bout à bout, de sorte que le même courant circule à travers les trois composants. Analysons le comportement d'un circuit LCR série lorsqu'une source de tension alternative (AC) est appliquée.

L'impédance (Z) d'un circuit LCR série est donnée par la formule :

[Z=\sqrt{R^{2}+(X_{L} - X_{C})^{2}}]

où (X_{L}=\omega L) est la réactance inductive, (X_{C}=\frac{1}{\omega C}) est la réactance capacitive, (\omega = 2\pi f) est la fréquence angulaire de la source AC, (f) est la fréquence, (L) est l'inductance et (C) est la capacité.

La réactance inductive (X_{L}) est directement proportionnelle à la fréquence (f) et à l'inductance (L). À mesure que la fréquence augmente, (X_{L}) augmente, ce qui signifie que l'inducteur offre plus d'opposition au flux de courant. En revanche, la réactance capacitive (X_{C}) est inversement proportionnelle à la fréquence (f) et à la capacité (C). À mesure que la fréquence augmente, (X_{C}) diminue, le condensateur offre donc moins d'opposition au courant.

L'angle de phase (\varphi) entre la tension et le courant dans un circuit LCR série est donné par :

[\tan\varphi=\frac{X_{L}-X_{C}}{R}]

Si (X_{L}>X_{C}), le circuit est inductif et la tension est en avance sur le courant. Si (X_{L}<X_{C}), le circuit est capacitif et le courant est en avance sur la tension. Lorsque (X_{L} = X_{C}), le circuit est en résonance et l'impédance (Z = R) est à son minimum. À la résonance, le courant dans le circuit atteint sa valeur maximale, et la fréquence à laquelle cela se produit est appelée fréquence de résonance (f_{0}), donnée par :

[f_{0}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}]

Circuit LCR parallèle

Dans un circuit LCR parallèle, l'inductance, le condensateur et la résistance sont connectés aux bornes de la même source de tension. L'admittance totale (Y) d'un circuit LCR parallèle est donnée par :

[Y=\sqrt{G^{2}+(B_{C}-B_{L})^{2}}]

où (G=\frac{1}{R}) est la conductance, (B_{L}=\frac{1}{X_{L}}=\frac{1}{\omega L}) est la susceptance inductive et (B_{C}=\omega C) est la susceptance capacitive.

L'impédance (Z=\frac{1}{Y}). Semblable au circuit série, le circuit LCR parallèle possède également une fréquence de résonance. Lors de la résonance dans un circuit LCR parallèle, les susceptances inductives et capacitives s'annulent ((B_{L}=B_{C})) et l'impédance atteint sa valeur maximale.

Applications des circuits LCR

Les circuits LCR ont un large éventail d'applications en électronique et en électrotechnique :

• Réglage de la radio: Dans les récepteurs radio, les circuits LCR sont utilisés pour syntoniser différentes stations de radio. En ajustant la capacité ou l'inductance du circuit, la fréquence de résonance peut être modifiée pour correspondre à la fréquence du signal radio souhaité. Cela permet au récepteur de sélectionner une station spécifique tout en en rejetant les autres.

• Filtrage des signaux: Les circuits LCR peuvent être utilisés comme filtres pour séparer différentes fréquences dans un signal. Par exemple, un filtre passe-bas laisse passer les signaux basse fréquence tout en atténuant les signaux haute fréquence, et un filtre passe-haut fait le contraire. Des filtres passe-bande et coupe-bande peuvent également être construits à l'aide de circuits LCR pour sélectionner ou rejeter une plage de fréquences spécifique.

• Correction du facteur de puissance: Dans les systèmes d'alimentation électrique, les circuits LCR sont utilisés pour améliorer le facteur de puissance. En ajoutant un condensateur en parallèle avec une charge inductive, la puissance réactive peut être réduite, ce qui améliore l'efficacité du système électrique et réduit les pertes d'énergie.

Mesure des paramètres LCR

Pour concevoir et analyser avec précision les circuits LCR, il est nécessaire de mesurer les valeurs d'inductance, de capacité et de résistance. En tant que fournisseur LCR, nous proposons à cet effet une variété de compteurs LCR de haute qualité. Par exemple, leAppareil de mesure LCR Agilent 4287A, 1 MHz - 3 GHzconvient à la mesure de composants à hautes fréquences, tandis que leAppareil de mesure LCR Agilent 4285A, 75 KHz - 30 MHzest idéal pour les applications moyennes fréquences. LeCompteur Agilent LCR E4982A, 1 MHz à 300 MHz/500 MHz/1 GHz/3 GHzoffre une large gamme de fréquences et une grande précision pour des mesures précises.

Contact pour les achats

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Références

• Boylestad, RL et Nashelsky, L. (2012). Appareils électroniques et théorie des circuits. Pearson.
• Dorf, RC et Svoboda, JA (2011). Introduction aux circuits électriques. Wiley.
• Nilsson, JW et Riedel, SA (2015). Circuits électriques. Pearson.