Électronique

Circuit RC

Une résistance et un condensateur : le circuit le plus simple doté de mémoire. Voyez comment il se charge, combien de temps il met et comment il filtre les hautes fréquences.

Charge et décharge du condensateur
Tension d’entrée Vin Tension du condensateur VC
Réponse en fréquence (diagramme de Bode)
Filtre RC Asymptotes Fréquence du signal
Signal sinusoïdal à la fréquence choisie
Entrée Sortie (VC)
—Constante de temps τ = RC
—Fréquence de coupure
—Charge à 99 % (5τ)
—Gain à f
—Déphasage à f
R C VC Vin

La constante de temps τ

Lorsqu’on applique une tension à un circuit RC, le condensateur ne se charge pas d’un coup : le courant de charge traverse la résistance, et ce courant diminue à mesure que la tension du condensateur se rapproche de celle de la source. Le résultat est une courbe exponentielle :

VC(t) = Vin · (1 − e−t/τ) avec τ = R · C

La constante de temps τ donne le rythme. Au bout de τ, le condensateur atteint 63,2 % de la tension finale ; au bout de 3τ, 95 % ; et au bout de 5τ, 99,3 %, ce qu’on considère en pratique comme une charge complète. La décharge est la courbe symétrique : en τ, il perd 63,2 % de sa tension. Avec R = 10 kΩ et C = 1 µF, τ = 10 ms.

Le circuit RC comme filtre passe-bas

Pour un signal sinusoïdal, l’impédance du condensateur vaut ZC = 1/(j·2π·f·C) : à basse fréquence, c’est presque un circuit ouvert et toute la tension apparaît à ses bornes ; à haute fréquence, c’est presque un court-circuit et la sortie tend vers zéro. Le circuit laisse passer les basses fréquences et atténue les hautes. La frontière est la fréquence de coupure :

fc = 1 / (2π · R · C)

À la fréquence de coupure, la sortie vaut 1/√2 ≈ 0,707 de l’entrée (−3 dB) et est en retard de 45°. Au-dessus de fc, l’atténuation augmente de 20 dB par décade : chaque fois que la fréquence est multipliée par 10, l’amplitude est divisée par 10. Le déphasage tend vers −90°.

Comment lire un diagramme de Bode

Le diagramme de Bode représente le gain en décibels et le déphasage en fonction de la fréquence, en échelle logarithmique. À cette échelle, la réponse du filtre RC ressemble à deux droites (les asymptotes en pointillés) qui se coupent en fc. Déplacez le curseur de fréquence : la ligne verticale indique où se situe le signal sur le Bode, et le graphique du bas montre à quel point la sortie est atténuée et retardée par rapport à l’entrée.

Questions fréquentes

Combien de temps faut-il pour charger un condensateur ?

Cela dépend de la constante de temps τ = R · C. Après une τ, le condensateur atteint 63 % de la tension finale, et après 5τ, 99,3 %, ce que l’on considère en pratique comme une charge complète. Avec 10 kΩ et 100 µF, τ = 1 s : il faut donc environ 5 secondes.

Comment calculer la fréquence de coupure d’un filtre RC ?

La fréquence de coupure vaut fc = 1 / (2π · R · C). Avec R = 1 kΩ et C = 100 nF, on obtient fc ≈ 1,59 kHz. Pour choisir les composants, fixez d’abord un condensateur de valeur normalisée, puis calculez la résistance : R = 1 / (2π · fc · C).

Que se passe-t-il exactement à la fréquence de coupure ?

À la fréquence de coupure, la sortie chute de 3 dB, c’est-à-dire à 70,7 % de l’amplitude d’entrée, et le signal est déphasé de 45°. Au-delà, un filtre RC du premier ordre atténue de 20 dB par décade : à dix fois la fréquence de coupure, l’amplitude est d’environ un dixième.

À quoi sert un circuit RC ?

C’est l’un des circuits les plus courants en électronique : il filtre le bruit à l’entrée d’un CAN ou d’un capteur, supprime les rebonds des boutons-poussoirs, fixe les durées dans des temporisateurs comme le 555, lisse un signal PWM pour obtenir une tension continue et relie des étages audio en bloquant le continu.