Résonance bobine

[irrlicht]

Bonjour,

Afin de satisfaire ma curiosité sur le thème des circuits résonnants, j'ai essayé d'exciter une bobine à sa fréquence propre de résonance (c.a.d. celle qui correspond au circuit LC de l'inductance et de la capacité parasite de la bobine). Mais je ne m'explique pas le résultat observé : j'espère trouver ici un éclaircissement.
J’observe bien une fréquence de résonance, cohérente avec les calculs et simulations (logiciel FEMM), autour de 210kHz, mais la tension mesurée est ridiculement faible (tout au plus égale à celle aux bornes de la bobine excitatrice) : quelqu’un aurait-il une idée du pourquoi ?
De plus, la position de la bobine excitatrice modifie grandement la fréquence de résonance, mais là je pense à une capacité parasite entre les deux bobines.

Merci d’avance !


L’excitation a été réalisée à l’aide de deux dispositifs :
- Excitation à fréquence fixe en sortie d’oscillateur
- Excitation en configuration type oscillateur Armstrong (rétroaction du courant de la bobine testée dans la base du transistor commandant l’excitation)
La mesure a été réalisée de deux manières, avec un oscilloscope :
- Mesure entre les deux bornes de la bobine
- Mesure du champ au voisinage de la bobine

Géométrie de la bobine testée (Bt) : cylindrique, monocouche, diamètre 110mm (sur tube PVC), longueur 378mm, diamètre du fil 0.22mm (cuivre enrobé de polyuréthane),env. 1500 tr, résistance DC 230ohm
Géométrie de la bobine excitatrice (Be) : cylindrique, monocouche, diamètre 115mm, longueur 5mm, diamètre du fil 0.3mm (cuivre enrobé de polyuréthane), 15tr, position coaxiale à la base de la bobine testée.

Valeurs simulées :
Bobine testée : L_Bt = 63mH, Cp_Bt = 7pF
Bobine excitatrice : L_Be = 61uH
Mutuelle : M = 440uH
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[gcortex]

Bonjour et bienvenue sur Futura,

As tu calculé le coefficient de qualité/amortissement ?
çà date un peu mes cours de terminale, mais si tu ajoutes un condensateur ?

Et en plus, à un instant donné, le courant n'est pas le même partout !
D'où l'idée de baisser la fréquence. Si je me souviens lamda/30 = 50 ohms...

[gwgidaz]

Bonjour,

Je vois des mH et des pF....Pour observer la résonance, il faut que l'impédance des capas et des inductances ne soient pas n'importe quoi, en principe de l'ordre de la centaine d'ohm ( 10 à 1000 ohms) à la fréquence considérée. Sinon, on tombe sur des problèmes de capas parasites ....Pour du 200 KHz les ordres de grandeurs de capas sont plusieurs nF, et la self, quelques centaines de µH;

Il faut aussi savoir où attaquer un circuit LC. selon la config choisi, il peut présenter une résistance de l'ordre de l'ohm( circuit série) ou de dizaines de milliers d'ohms ( circuit parallèle)

Si joint un lien intéressant pour qui veut comprendre cela, chapitre "un incontournable, le circuit LC" et aussi le chapitre " les adaptations par circuit LC"

https://pratique-rfcircuits.monsite-...c606e9968.html

[irrlicht]

Avec R_Bt(DC) = 230ohm, L_Bt = 63mH, Cp_Bt = 7pF, j'obtiens un facteur de qualité Q=412 (surestimé car non prise en compte des effets de peau et de proximité des conducteurs).
Ce qui devrait garantir une résonance significative.

Je n'ai pas approfondi la piste de la propagation du courant... tu penses que le comportement prépondérant est celui d'une antenne ? c'est vrai qu'il y a environ 500m de fil !

[A voir en vidéo sur Futura]

[irrlicht]

gwgidaz,

Je voulais justement utiliser la capacité parasite comme seule capacité, ce qui me paraissait aussi un moyen d'avoir un facteur Q le plus élevé.

Je vais étudier ton lien, merci.

[f6bes]

gwgidaz,

Je voulais justement utiliser la capacité parasite comme seule capacité, ce qui me paraissait aussi un moyen d'avoir un facteur Q le plus élevé.

Je vais étudier ton lien, merci.

Bjr à toi,
C'est pas v raiment sur !!
Tu vas avoir une bobine (sans capa externe) relativement AMORTIE. ( favorise une plus grande largeur de bande)
Ce qui va à l'encontre d'un circuit NON amorti ( Pic de résonnnce plus prononçé )= facteur de qualité PLUS élevé.
Bonne journée

[gcortex]

ta longueur d'onde fait 1400m, donc en effet 500m c'est plus qu'une antenne de 350m !

[irrlicht]

f6bes,

Je te remercie de ta réponse, mais je ne la comprends pas. Pourquoi relativement amortie ?
Il y a peut-être une erreur dans mon raisonnement :
- modèle de la bobine = r + L // Cp (résistance interne en série avec inductance; puis capacité parasite en parallèle)
- facteur de qualité Q = sqrt ( L / Cp ) / r
- tension aux bornes de la bobine suivant équation : U * ( 1+ j Cp r w - L Cp w² ) = 0

[gwgidaz]

f6bes,

Je te remercie de ta réponse, mais je ne la comprends pas. Pourquoi relativement amortie ?
Il y a peut-être une erreur dans mon raisonnement :
- modèle de la bobine = r + L // Cp (résistance interne en série avec inductance; puis capacité parasite en parallèle)
- facteur de qualité Q = sqrt ( L / Cp ) / r
- tension aux bornes de la bobine suivant équation : U * ( 1+ j Cp r w - L Cp w² ) = 0

Bonjour,

Avec une valeur de capa aussi faible, et une inductance aussi grosse, oui, tu as bien en théorie un Q de 400.

Oui, mais .... avec ces valeurs là, as-tu calculé la résistance aux bornes du circuit parallèle ?
Si tu as vu le lien, cette résistance est Q fois Z
avec Z = sqrt( L/C) ici : 400 x 90 000 = 36 Mohms !
Avec quoi mesures tu la tension aux bornes de L et C ? As tu un voltmètre ou un oscillo de résistance d'entrée >> 36 Mohms

Avec une résistance de 36 Mohms en ce point, l'appareil de mesure doit faire encore plus de résistance ....

Ces problèmes viennent du fait que tu as mal choisi l'impédance caractéristique sqrt ( L/C)
Avec des impédances aussi élevées, il devient pratiquement impossible de réaliser des mesures.

Par ailleurs, avec 7 pF de capa d'accord, toute variation de position de la bobine va faire varier la capa parasite par rapport à l'environnement, et provoquera des fluctuations de la résonance.

Conclusion : essayes avec une inductance 50 à 100 fois plus faible et une capa 50 à 100 fois plus grande, et tu mesureras quelque chose de beaucoup plus conforme à la théorie.
( dans ce cas, la résistance parallèle du circuit LC sera inférieure au Mohm )

[irrlicht]

Bonjour,

gwgidaz, merci beaucoup pour ta réponse,

Je n'avais pas réalisé les inconvénients d'une aussi haute impédance à la résonance, ce qui est finalement inhérent à un Q élevé : c'était une mauvaise idée de ma part de chercher à en avoir un aussi grand. Ce serait donc une conductivité de l'environnement (dont le dispositif de mesure) qui effondre le pic de résonance ?

Pour ce qui est de la mesure : impédance d'entrée de l’oscilloscope de 1MOhm + 55pF. J'avais rajouté 4MOhm en entrée pour l'augmenter.

Et je confirme la forte influence de l'environnement : +/- 10 kHz sur les 200kHz selon ma position par rapport à la bobine.

Dans le cas de l'ajout d'une capacité externe (Ce) en parallèle à la bobine, et donc d'une résonance à fréquence inférieure à celle propre à la bobine, est ce que la capacité parasite de la bobine se somme simplement à celle externe ? de sorte à avoir un modèle de comportement en ( r + L ) // Ce // Cp ?
La capacité parasite est elle néfaste pour obtenir un bon pic de résonance dans ce cas ?

Je vais essayer avec des capacités externes.

Bonne soirée

[gwgidaz]

Bonjour,

gwgidaz, merci beaucoup pour ta réponse,

Je n'avais pas réalisé les inconvénients d'une aussi haute impédance à la résonance, ce qui est finalement inhérent à un Q élevé : c'était une mauvaise idée de ma part de chercher à en avoir un aussi grand. Ce serait donc une conductivité de l'environnement (dont le dispositif de mesure) qui effondre le pic de résonance ?

Pour ce qui est de la mesure : impédance d'entrée de l’oscilloscope de 1MOhm + 55pF. J'avais rajouté 4MOhm en entrée pour l'augmenter.

Et je confirme la forte influence de l'environnement : +/- 10 kHz sur les 200kHz selon ma position par rapport à la bobine.

Dans le cas de l'ajout d'une capacité externe (Ce) en parallèle à la bobine, et donc d'une résonance à fréquence inférieure à celle propre à la bobine, est ce que la capacité parasite de la bobine se somme simplement à celle externe ? de sorte à avoir un modèle de comportement en ( r + L ) // Ce // Cp ?
La capacité parasite est elle néfaste pour obtenir un bon pic de résonance dans ce cas ?

Je vais essayer avec des capacités externes.

Bonne soirée

Bonjour,

Si tu connectes les 1 Mohm de l'oscillo sur le "point chaud" du circuit LC, (qui lui fait 36 Mohms) , tu vas diviser par 36 la tension lue;
De plus, tu vas rajouter 55 pF aux 7 pF qui accordent le circuit....
Et si tu mets devant une 4 Mohm pour masquer cette capa, , tu vas faire un filtre passe bas avec la capa de 55 pF de l'oscilloscope, ce qui écroulera aussi le signal.

Tu peux multiplier C par 100, donc placer une capa de 700 pF pour accorder le circuit, mais tu diviseras par 10 la fréquence de résonance. La capacité d'accord s'ajoute bien à la capacité parasite....
Si tu tiens à conserver une résonance à 200 KHz, le mieux c'est de diminuer fortement la self, et augmenter fortement la capa, comme déjà dit.

[gcortex]

J'avais rajouté 4MOhm en entrée pour l'augmenter

Non ! C'est mieux de mettre un 10pF. çà change un peu la fréquence, mais çà n'amortit pas.

[irrlicht]

gwgidaz,

J'ai essayé avec des capacités externes, en diminuant la fréquence vers 20 kHz : le résultats est conforme à l'idée que je m'en faisais, on observe bien une résonance marquée.

[irrlicht]

Je vous remercie chacun d'avoir apporté un éclairage sur ma problématique, et d'avoir mis en évidence des points dont je n'avais pas saisi l'importance:
- propagation de l'onde électrique (j'étudierai cela à l'occasion !)
- impédance du circuit à la résonance.

Bonne soirée

[Antoane]

Bonjour,

Je n'ai pas approfondi la piste de la propagation du courant... tu penses que le comportement prépondérant est celui d'une antenne ? c'est vrai qu'il y a environ 500m de fil !

Il y a 500 m de fil, mais il ne s'agit pas d'une ligne de propagation* de 500m. Il n'y a en effet qu'un seul fil de cette longueur, ce n'est pas comme si on avait enroulé un câble coax de 500 m sur lui-même.
Le champ ne se propage pas dans le conducteur mais dans l'isolant.

Je ne suis pas sûr de moi, mais je dirais que considérer les effets de propagation n'est pas pertinent ici, ou tout du moins n'est pas aussi trivial que de calculer un retard comme [longueur du fil bobiné]/[vitesse de l'onde dans l'air].
Mais c'est sans certitude.

(*) : ligne de propagation étant ici pris au sens large du terme, c'est à dire sans se limiter aux géométries standards (câble coax, stripline, etc.)

Edit : désolé, j'arrive un peu tard sur le fil

[gwgidaz]

Bonjour,

Il y a 500 m de fil, mais il ne s'agit pas d'une ligne de propagation* de 500m. Il n'y a en effet qu'un seul fil de cette longueur, ce n'est pas comme si on avait enroulé un câble coax de 500 m sur lui-même.
Le champ ne se propage pas dans le conducteur mais dans l'isolant.

Je ne suis pas sûr de moi, mais je dirais que considérer les effets de propagation n'est pas pertinent ici, ou tout du moins n'est pas aussi trivial que de calculer un retard comme [longueur du fil bobiné]/[vitesse de l'onde dans l'air].
Mais c'est sans certitude.

(*) : ligne de propagation étant ici pris au sens large du terme, c'est à dire sans se limiter aux géométries standards (câble coax, stripline, etc.)

Edit : désolé, j'arrive un peu tard sur le fil

Tout à fait de ton avis, une inductance n'est pas une ligne....