Notions sur les circuits couplés

Notions sur les circuits couplés

Le couplage de deux inductances :                                                                                                                                                                  Considérons les deux circuits identiques de la figure 1, chacun constitué d’une inductance L, d’une capacité C et d’une résistance r représentant les pertes de toute nature immanquablement présentes en hautes fréquences. 

Figure 1 – Deux inductances couplées

Ces deux inductances sont couplées magnétiquement et de ce fait le courant circulant dans le bobinage primaire induit une force électromotrice dans le secondaire, on dit qu’elles sont le siège d’une induction mutuelle M. Celle-ci est pratiquement nulle quand les deux bobines sont très éloignées l'une de l'autre ou si leur axe fait un angle droit. Si nous approchons quelque peu les circuits, l’induction mutuelle augmente et le couplage devient un peu plus serré et si la fréquence du courant augmente, le couplage augmente.
En définitive, lorsque l’induction mutuelle est faible, on dit précisément que le couplage est lâche et à l’inverse qu’il est serré lorsqu’elle est grande.

Figure 2

Réalisons l'expérience de la figure 2. Les deux circuits sont identiques et leur fréquence d'accord commune est Fo. Le premier est attaqué par un générateur G dont on peut faire varier la fréquence. On relève la tension entre les armatures du condensateur de l'autre circuit, au moyen d'un voltmètre électronique. On peut ainsi relever la courbe de réponse de l'ensemble en fonction de la fréquence, pour les différentes valeurs du couplage (figure 3).

• Quand l’induction mutuelle M est faible, le couplage est lâche et l’on obtient par exemple les courbes en rose. Ce sont des courbes de résonance qui présentent un maximum pour Fo, la fréquence de résonance est commune aux deux circuits. L'amplitude de la résonance augmente en même temps que le couplage.
• Pour une valeur moyenne et précise de M, on dit qu'il s'agit du couplage critique représenté par la courbe en rouge. On constate qu'elle présente un sommet plus carré que celui d'une courbe de résonance. Les flancs sont plus raides. Une étude complète nous montrerait que ce couplage critique correspond au transfert maximum d'énergie d'un circuit dans l'autre. La tension lue au voltmètre électronique est alors la moitié de la tension qu'on trouverait aux bornes du premier circuit.
• Si nous augmentons encore M , le couplage devient serré. On obtient alors des courbes comme celles qui sont représentées en bleu. Ces courbes ne présentent plus une résonance pour Fo, mais montrent deux pointes de même amplitude qui sont situées symétriquement de part et d'autre de Fo. Ces deux pointes sont d'autant plus écartées que ce couplage est plus serré. Elles sont séparées par un creux qui devient de plus en plus profond à mesure que le couplage augmente.

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Figure 3

La sélectivité : 
Examinons sur la figure 4 une courbe de réponse quelconque qui a été tracée en se servant des unités d'atténuation en décibels. 
Il est bien évident que la largeur de la courbe dépend essentiellement du niveau de référence que l'on prend. Or, quand on veut définir la bande passante du circuit on doit toujours, par convention, considérer une atténuation de -3 dB. Exprimée en rapport de tension, cette grandeur correspond à un rapport de 1/√2 ou 0,707 (≈ 0,71). Cela signifie par conséquent que si le sommet de la courbe correspond à 1 V, on doit mesurer la largeur de bande pour 0,71 V. Ainsi, dans le cas de la figure 4, le point A correspond à 453 kHz, le point B à 457 kHz et la bande passante est donc de : 457 kHz – 453 kHz  = 4 kHz. Il suffit de jeter un coup d'œil sur la figure 3 pour noter que l'augmentation du couplage constitue un remarquable moyen pour augmenter la bande passante, mais malheureusement, la courbe de réponse n’est pas régulière puisqu'elle se creuse à la fréquence centrale.

Figure 4 – Bande passante

L’amortissement : 
Il est bien évident que si le secondaire est chargé, avec un couplage serré, il y a une forte réaction du secondaire sur le primaire, l’amortissement augmente car le courant primaire augmente et la sélectivité diminue.

Daniel Maignan