TPE réalisé en 1ère S au Lycée le Likes
II/ Le condensateur et la bobine : Le circuit LC
• Le condensateur
Le condensateur laisse passer uniquement le courant alternatif et arrête le courant continu: il laisse passer le courant
alternatif car il se charge et se décharge chaque fois que le courant change de sens. Avec le courant continu, il se charge
à la valeur maximale de sa capacité puis n’accepte plus de courant.
On peut faire varier la capacité d’un condensateur en agissant sur le surface commune entre deux armatures. Sur le
condensateur variable que nous utilisons, on trouve des armatures fixes et d’autres mobiles. C’est en tournant ces
dernières que l’on modifie la surface commune, et que l’on sélectionne la tension maximale qui pourra passer : c’est à dire
de sélectionner l’amplitude de l’onde filtrée, afin de choisir la radio que l’on veut écouter. Le condensateur a donc un rôle
de “sélecteur”. Si le circuit qu’il va former dans le poste à galène n’est pas assez sélecteur, on risque d’entendre 2
émissions radiophoniques en même temps.
Afin de déterminer cette capacité de sélection, on utilise le facteur de qualité, dont nous reparlerons.
Ci-dessus : Condensateur variable, diode au germanium et bobine électrique.
• La bobine est aussi un réservoir d'énergie, mais elle stocke l'énergie sous forme magnétique. Elle s'oppose également à toute variation du courant : lorsque le courant augmente, elle réagit en retardant cette augmentation, en accumulant de l'énergie. Lorsqu’il diminue, elle réagit en déstockant son énergie pour s'opposer à cette diminution.
• Le circuit LC
On appelle circuit LC un circuit composé d’une bobine et d’un condensateur.
Le circuit LC combine les propriétés des deux composants permettant le phénomène de résonance électrique.
Au moment où le courant entre dans le circuit, le condensateur est donc rempli d’énergie, alors que la bobine en est vide. On peut donc supposer un transfert d’énergie entre les deux réservoirs :
Lorsque la bobine est vide, elle “aspire” l’énergie électrique. Et lorsque le condensateur est vide, la bobine déstocke donc son énergie et recharge le condensateur. On appelle ce phénomène “résonance électrique”, qui se produit à une “fréquence de résonance donnée” :
Excité par l'intermédiaire des ondes radio, le circuit LC entre en résonance. La résonance se traduit par de fortes oscillations du courant iLC (en rouge) ainsi que par l'apparition d'une tension vL à ses bornes. Cette tension vL sera utilisée par le poste
à galène pour faire fonctionner les écouteurs.
Si on étudie l’énergie présente dans le condensateur, on obtient le schéma ci-dessous
On remarque que l'on obtient un signal similaire à celui d'une onde. Pour être exact, il correspond à la porteuse modulée, mais si on regarde de plus près, on s'aperçoit que l'infinité de signaux dont elle est sensée être constituée ont disparus ! On dit que le circuit LC effectue la première étape de démodulation en absorbant le signal oscillant et donc en supprimant
l’onde porteuse.
Cette étape se joue sur la vitesse de stockage et de déstockage du condensateur :
Lorsque la tension croit, elle charge le condensateur; lorsqu'elle a atteint son maximum, le condensateur est chargé.
La tension commence à décroitre, mais de manière brutale.
Le condensateur commence alors à se décharger, ce qui ralenti la chute réelle de tension aux bornes de l'écouteur correspondant à la tension en rouge et en orange sur le schéma.
Mais, alors que le condensateur n'a pas fini de se décharger et la tension a déjà ré-augmentée et se remet à charger le condensateur. Ainsi, on voit sur le schéma la "tension réelle" dans le condensateur comparée à celle uc bornes du circuit LC.
Ceci a pour effet de supprimer les variations brutales du courant.
Le circuit “lisse” donc la courbe et permet de reproduire la courbe initiale.
La valeur du condensateur doit bien entendu être adaptée :
Si sa valeur est trop faible, il se déchargera trop rapidement et le courant aura tendance à suivre de trop près la courbe.
Si sa valeur est trop importante, il s'éloignera encore une fois de la courbe réelle.
• Facteur de Qualité
Afin de déterminer la capacité sélective d’un circuit LC, on utilise le facteur de Qualité, noté Q et sans unité. Il est défini par :
Avec 
Donc plus le facteur de qualité est élevé, plus la bande passante est petite. Le facteur de qualité permet donc de quantifier la "qualité d'un filtre : plus Q est élevé, plus le filtre est sélectif et ainsi, il évitera de capter plusieurs signaux en même temps, donc d’entendre plusieurs radios en même temps.
Sur le schéma, FR est la fréquence de résonance. B correspond à la bande passante, il s'agit des valeurs de fréquences captées par le poste.
B doit être compris entre FR-x et FR+x. x dépend du facteur de qualité du signal, plus le facteur de qualité est élevé, plus il sera petit.
