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Fréquence de résonance d'un circuit LC

Calculez la fréquence de résonance d'une bobine et d'un condensateur, l'impédance caractéristique et, avec une résistance série, le facteur de qualité et la bande passante.

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Ω

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Résultats

Fréquence de résonance

5 032 921 Hz

Fréquence de résonance en kHz
5 032,9 kHz
Fréquence de résonance en MHz
5,0329 MHz
Pulsation
31 622 777 rad/s
Période
1,9869 × 10⁻⁷ s
Impédance caractéristique (réactance de L ou C à la résonance)
316,23 Ω
Facteur de qualité Q (RLC série)
31,62
Bande passante (−3 dB)
159 155 Hz

Qu’est-ce que la résonance ?

Une bobine (L) stocke de l’énergie dans un champ magnétique, un condensateur (C) dans un champ électrique. Reliés ensemble, ils s’échangent cette énergie, comme un pendule qui oscille entre énergie cinétique et énergie potentielle. Le circuit oscille naturellement à une fréquence particulière, sa fréquence de résonance, à laquelle la réactance de la bobine égale celle du condensateur.

La formule

f₀ = 1 ÷ (2π√(LC))

  • L en henrys, C en farads, f₀ en hertz
  • Pulsation ω₀ = 2πf₀ = 1 ÷ √(LC)
  • Impédance caractéristique Z₀ = √(L ÷ C) : la réactance de L ou de C à la résonance

Avec une résistance série R :

  • Facteur de qualité Q = Z₀ ÷ R
  • Bande passante à −3 dB = f₀ ÷ Q

Exemple

Une bobine de 10 µH, un condensateur de 100 pF et une résistance de 10 Ω :

  • f₀ = 1 ÷ (2π × √(10 × 10⁻⁶ × 100 × 10⁻¹²)) ≈ 5,033 MHz
  • Z₀ = √(10⁻⁵ ÷ 10⁻¹⁰) ≈ 316 Ω
  • Q = 316 ÷ 10 ≈ 31,6
  • Bande passante ≈ 5,033 MHz ÷ 31,6 ≈ 159 kHz

Circuit série et circuit parallèle

Circuit À la résonance Usage courant
LC série Impédance minimale (égale à R) Filtres passe-bande, réjecteurs
LC parallèle (circuit bouchon) Impédance maximale Oscillateurs, accord des récepteurs radio

Où l’on rencontre la résonance LC

  • Les récepteurs radio : un condensateur variable déplace f₀ pour choisir une station ; la bande FM s’étend de 87,5 à 108 MHz en France.
  • Les oscillateurs des émetteurs et des horloges électroniques.
  • Les filtres des enceintes, des alimentations et des circuits radiofréquence.
  • La recharge sans fil, le paiement sans contact et les badges RFID, dont les bobines d’émission et de réception sont accordées sur la même fréquence (13,56 MHz pour le NFC).
  • Les plaques à induction, qui alimentent un circuit résonant à quelques dizaines de kilohertz.

Règles d’échelle

  • La fréquence est inversement proportionnelle à √(LC) : pour doubler f₀, divisez L × C par 4.
  • Pour diviser f₀ par deux, multipliez L × C par 4.
  • À fréquence fixe, une plus grande inductance associée à une plus petite capacité augmente Z₀ et Q pour une même résistance.

Limites

Les composants réels ont des résistances, capacités et inductances parasites. Au-delà de quelques centaines de mégahertz, les pattes des composants et les pistes du circuit imprimé font partie du circuit, et la résonance mesurée peut s’écarter nettement de la formule.

Questions fréquentes

Quelle est la formule de la fréquence de résonance ?

f = 1 ÷ (2π√(LC)). Une bobine de 10 µH et un condensateur de 100 pF résonnent à environ 5,03 MHz.

Que se passe-t-il à la résonance ?

Les réactances de la bobine et du condensateur sont égales et s'annulent. Un circuit LC série présente alors son impédance minimale et un circuit parallèle son impédance maximale : c'est ainsi qu'un récepteur radio sélectionne une station.

Qu'est-ce que le facteur de qualité ?

Une mesure de l'acuité de la résonance : Q = √(L/C) ÷ R pour un circuit série. Plus Q est élevé, plus la bande passante, égale à f ÷ Q, est étroite et moins le circuit perd d'énergie à chaque cycle.

Comment doubler la fréquence de résonance ?

Il faut diviser le produit L × C par quatre : par exemple, prendre une capacité quatre fois plus petite, ou diviser par deux l'inductance et la capacité.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.