Préparation au certificat d'opérateur du service amateur/Bobines

La bobine.
Comme le condensateur, la bobine est capable d'emmagasiner de l'énergie pour la restituer par la suite. Elle est constituée d'un enroulement de fil conducteur éventuellement autour d'un noyau en matériau ferromagnétique ; le fil peut tout à fait être enroulé sur un support creux. Contrairement au condensateur, l'effet électrostatique n'est pas à l'origine de cette aptitude. L'électromagnétisme permet d'expliquer ce phénomène : le courant parcourant la bobine génère un champ magnétique autour et à l'intérieur de ses spires, formant une « réserve d'énergie » qui pourra être reconvertie en courant. La capacité d'une bobine à emmagasiner l'énergie est appelée inductance et se mesure en Henry (symbole formula_1). L'inductance dépend du nombre de spires et de sa section. 
Comme les condensateurs, les bobines peuvent se monter en série comme en parallèle. Les formules de calcul de l'inductance équivalente sont inversées par rapport à celles du condensateur ; il s'agit donc des mêmes que pour les résistances :
Il est possible de déterminer l'inductance formula_4 d'une bobine connaissant ses propriétés, grâce à la formule formula_5, où formula_6 est le diamètre de la bobine, formula_7 sa longueur et formula_8 le nombre de spires (formula_6 et formula_7 étant en mm).
Si les bobines sont couplées, c'est-à-dire si elles sont suffisamment proches pour que leur champ magnétique interfère, il faut ajouter l'induction mutuelle, valeur positive ou négative dépendant du coefficient de couplage formula_11 (compris entre 0 et 1) :
Pour éviter le couplage des bobines, il suffit d'empêcher l'interaction des champs magnétiques produits. Pour cela, plusieurs méthodes existent : les éloigner largement entre elles, les isoler par blindage, ou plus facilement les placer perpendiculairement entre elles (une par axe de l'espace). Cette dernière méthode présente l'inconvénient de ne permettre de placer que 3 bobines, mais elle est particulièrement pratique.
Impédance.
L'impédance de la bobine parfaite (appelée "réactance" et notée formula_14) varie avec la fréquence du courant traversant le dipôle. Elle est donnée par la formule formula_15.
Comment évolue l'impédance quand on fait varier la fréquence ?
Circuits équivalents condensateur/bobine.
Nous avons vu que les comportement à hautes et basses fréquences des condensateurs et des bobines ne sont pas les mêmes. Ainsi, à hautes et basses fréquences, il est possible de déterminer pour un circuit donné son circuit équivalent. Pour plus de simplicité, on note les circuits composés de condensateurs, de bobines et de résistances "RLC".
Déphasage introduit par les dipôles.
Lors de notre présentation de la résistance, nous avons expliqué que lorsqu'un tel dipôle était traversé par un courant sinusoïdal, la tension et l'intensité sont en phase. Ce n'est pas le cas pour un condensateur ou une bobine : un déphasage intervient.
Pour le condensateur, on observe que la tension est en retard de 90° sur l'intensité. En effet, quand le condensateur est entièrement chargé et qu'il a acquis autant d'électrons que permis par sa capacité, la tension à ses bornes est maximale et on ne mesure aucune intensité. Quand il est vide, la tension est nulle et l'intensité est à son maximum. Lors de la charge d'un condensateur, l'intensité s'établit avant la tension.
Pour la bobine, on observe que la tension est en avance de 90° sur l'intensité (le contraire du condensateur).
Effet de peau.
À hautes fréquences, on constate que le courant électrique ne se déplace qu'à la surface des fils : on appelle cela "effet de peau". La section utilisée diminuant, la résistance augmente. Sur les bobines cela entraîne une diminution du facteur de qualité. Pour le limiter, utilisez des fils fins (des bobines fines) plutôt que des fils épais (des bobines épaisses) lorsque vous prévoyez d'utiliser des signaux à hautes fréquences : cela augmentera la section utilisée par le courant et limitera l'impact sur la résistance.
Exercices.
Calculs d'inductances équivalentes.
Pour chaque circuit ci-dessous, calculez son inductance équivalente formula_20.

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