Une bobine, bobine d'inductanceCommission électrotechnique internationale "Vocabulaire Electrotechnique International", norme internationale ISO / CEI 60050 Inductance, bobine d'inductance : Electropédia 151-13-25., solénoïde, auto-inductance, self-inductanceLa revue électrique, 1909, 18 ou quelquefois self (par anglicisme)De « self-induction » : . est un composant courant en électrotechnique et électronique. Une bobine est constituée d'un enroulement de fil conducteur éventuellement autour d'un noyau en matériau ferromagnétique qui peut être un assemblage de feuilles de tôle ou un bloc de ferrite. Les physiciens et ingénieurs français l'appellent souvent par synecdoque « inductance », ce terme désignant la propriété caractéristique de la bobine, qui est son opposition à la variation du courant dans ses spires. vignette|Une bobine d'arrêt de avec noyau en ferrite.
Un circuit inducteur est caractérisé par son inductance, qui est le rapport entre la tension et le taux de variation du courant. Dans le Système international d'unités (SI), l'unité d'inductance est le henry (H), du nom du scientifique américain du , Joseph Henry. Dans la mesure des circuits magnétiques, c'est l'équivalent du weber/ampère. Les inductances ont des valeurs qui vont généralement de 1 µH (10-6 H) à 20 H. De nombreuses inductances ont un noyau magnétique en fer ou en ferrite à l'intérieur de la bobine, qui sert à augmenter le champ magnétique et donc l'inductance. Avec les condensateurs et les résistances, les bobines d'inductance sont l'un des trois éléments linéaires passifs qui composent les circuits électroniques. Les bobines d'inductance sont largement utilisées dans les équipements électroniques à courant alternatif (AC), en particulier dans les équipements radio. Elles peuvent être utilisées pour bloquer le courant alternatif tout en laissant passer le courant continu, les inductances conçues à cette fin sont appelées bobine d'arrêt.. Elles sont également utilisées dans les filtres électroniques pour séparer les signaux de différentes fréquences, et en combinaison avec des condensateurs pour réaliser des circuits LC, utilisés pour ajuster les récepteurs de radio et de télévision.
Description La partie la plus visible est un enroulement de fils conducteurs.
L'espace au milieu de ces spires s'appelle le noyau. Il peut être vide ou inclure une pièce en matériau ferromagnétique favorisant l'induction électromagnétique, afin d'augmenter la valeur de l'inductance. Le noyau peut être un circuit magnétique complètement ou partiellement fermé pour améliorer la linéarité de l'inductance.
Le circuit magnétique d'une bobine avec noyau peut être « saturé » si l'on essaye d'induire un flux supérieur à la valeur limite acceptable par le noyau ; à ce moment, la valeur de l'inductance de la bobine s'effondre. Pour augmenter la réluctance de la bobine et retarder la saturation, on peut aménager une ouverture, appelée entrefer, dans le noyau.
Un entrefer est indispensable au fonctionnement des têtes de lecture/écriture des appareils tels que : magnétophone à bande magnétique, disque dur d'ordinateurs
Applications
Les bobines d'inductance sont largement utilisées dans les circuits analogiques et le traitement des signaux. Les applications vont de l'utilisation de grandes inductances dans les alimentations, qui, associées à des condensateurs de filtrage, éliminent de la sortie en courant continu l'ondulation qui est un multiple de la fréquence du réseau (ou de la fréquence de commutation pour les alimentations à découpage), à la petite inductance de la perle ou du tore de ferrite installé autour d'un câble pour empêcher la transmission des interférences radioélectriques le long du fil. Les inductances sont utilisées comme dispositif de stockage d'énergie dans de nombreuses alimentations à découpage pour produire du courant continu. La bobine d'inductance fournit de l'énergie au circuit pour maintenir le courant pendant les périodes de commutation "off" et permet des topographies où la tension de sortie est supérieure à la tension d'entrée.
On trouve des bobines, souvent en combinaison avec d'autres composants électroniques, dans une grande variété de dispositifs : Pour créer une impulsion de haute tension nécessaire : bobine d'allumage : dans les moteurs à allumage commandé, l'ouverture du circuit primaire par le rupteur déclenche une élévation importante de la tension dans le circuit secondaire de la bobine, et la production d'une étincelle au niveau des électrodes des bougies, permettant la mise en combustion du mélange air-essence dans les cylindres ; dans les systèmes de clôture électrique utilisant un rupteur et une bobine, similaire au système utilisé dans les moteurs à allumage commandé, pour engendrer une haute tension, mais de faible intensité qui, dans les fils de clôture, dissuade le bétail de s'en approcher ; à l'amorçage d'une lampe à décharge (par exemple tube fluorescent) : le ballast, (souvent une bobine, un rupteur et un condensateur en série), constitue un circuit résonant qui crée une surtension à chaque alternance après la mise sous tension, jusqu'à ce que le passage du courant dans le gaz du tube amortisse le circuit ; il limite ensuite l'intensité du courant dans le tube.
Pour leurs propriétés électromagnétiquesCes applications sortent du cadre de cet article, mais elles doivent être mentionnées parce que les calculs qui leur sont nécessaires doivent prendre en compte les propriétés électriques qui sont développées plus bas. : électroaimants ; relais électromécaniques utilisant généralement un solénoïde ; actionneurs ou actuateurs linéaires ; moteurs électriques.
Pour le lissage d'un courant électrique ou le filtrage d'un signal électrique ou d'une tension d'alimentation : réduction de l'ondulation résiduelle après le redressement dans les locomotives à hacheur lorsque le Filtre actif ne peut être employé; réduction de l'ondulation résiduelle après le redressement de la haute tension d'alimentation (dans les appareils à tubes) ; réduction des tensions haute fréquence parasites sur une ligne d'alimentation ou une entrée d'appareil (ferrite, bobine d'arrêt) ; filtrage de signaux bas niveaux (en raison de difficultés d'emploi des bobines, on préfère souvent pour les mêmes fonctions des filtres actifs qui n'en emploient pasVoir simulateur d'inductance ; filtrage des alimentations (les bobines avaient disparu des alimentations pour les mêmes raisons que pour le filtrage du signal quand les alimentations linéaires à transistors se sont généralisées, mais elles sont essentielles pour les alimentations à découpage qui remplacent, depuis une époque plus récente, les alimentations linéaires).
Pour constituer des circuits résonantsUn circuit LC, constitué d'une inductance connectée à un condensateur, agit comme un résonateur pour un courant oscillant. Les circuits accordés sont largement utilisés dans les équipements de radiofréquence tels que les émetteurs et les récepteurs radio, comme filtres passe-bande étroits pour sélectionner une fréquence unique dans un signal composite, et dans les oscillateurs électroniques pour générer des signaux sinusoïdaux., on utilise souvent des bobines à inductance ajustable. Par exemple : réglage de l'accord haute fréquence du récepteur de radio à celle de l'émetteur que l'on souhaite recevoir ; réglage de la fréquence d'un oscillateur.
Pour accorder l'impédance d'un circuit : pour minimiser les pertes dans une ligne téléphonique au moyen de bobines de charge (de nos jours, on utilise le plus souvent des répéteurs actifs)Les bobines d'inductance sont également employées dans les systèmes de transmission électrique, où elles servent à limiter les courants de commutation et les courants de défaut. Dans ce domaine, elles sont plus communément appelées (bobines d')inductance ou . ; en série (bobine de charge) avec une antenne pour ajuster sa longueur électrique ; ou en parallèle avec des condensateurs créer des trappes dans une antenne de façon qu'elle puisse servir pour plusieurs bandes de fréquencesRoger A. Raffin, L'émission et la réception d'amateur, Paris, ETSF, 1979, 335-337..
Des systèmes de régulation magnétique utilisent la non-linéarité de l'inductance au niveau de la saturation du noyau.
Les bobines sont fondamentales dans les alimentations à découpage qui permettent le branchement des appareils sur les types de courant alternatif existant dans le monde entier, ainsi que la conversion continu-continu. Les alimentations Flyback sont un type plus ancien utilisant (comme pour l'allumage des moteurs) une accumulation d'énergie nommée accumulation inductiveJ.L. Cocquerelle, L'Électronique de commutation, Paris, Technip ; J.–P. Ferrieux, F. Forest, Alimentations à découpage — Convertisseurs à résonance, Paris, Dunod, , 1999..
Des dispositifs similaires aux alimentations à découpage se trouvent dans : les flashs électroniques, pour la charge du condensateur de stockage de l'énergie utile pour produire l'éclair, à partir de piles ou d'accumulateurs ; les armes fonctionnant par choc électrique ; certaines grilles de désinsectisation fonctionnant avec une haute tension.
Des bobines en supraconducteur servent pour le stockage d'énergie sous forme électromagnétique dans les dispositifs SMES (Superconducting Magnet Energy Storage).
Deux inductances (ou plus) à proximité qui ont un flux magnétique couplé (inductance mutuelle) forment un transformateur, qui est un composant fondamental de tout réseau électrique. L'efficacité d'un transformateur peut diminuer lorsque la fréquence augmente en raison des courants de Foucault dans le matériau du noyau et de l'effet de peau sur les enroulements. La taille du noyau peut être réduite à des fréquences plus élevées. Pour cette raison, les avions utilisent un courant alternatif de 400 hertz plutôt que les 50 ou 60 hertz habituels, ce qui permet un grand gain de poids grâce à l'utilisation de transformateurs plus petits.. Les transformateurs permettent des alimentations à découpage qui isolent la sortie de l'entrée.
Les bobines d'inductance ont des effets parasites qui les font s'écarter du comportement idéal. Elles créent et subissent des interférences électromagnétiques (EMI). Leur taille physique les empêche d'être intégrées sur les puces à semi-conducteurs. L'utilisation des bobines d'inductance est donc en déclin dans les appareils électroniques modernes, notamment les appareils portables compacts. Les inductances réelles sont de plus en plus remplacées par des circuits actifs tels que le gyrateur qui permet de synthétiser l'inductance à l'aide de condensateurs.
Le dipôle bobine
thumb|Représentation stylisée d'une bobine dans un circuit. Pour raisonner sur les circuits électroniques et calculer les valeurs nécessaires, on considère des objets idéaux, qui n'ont que les caractéristiques nécessaires au rôle que l'on veut leur faire jouer. Une bobine est considérée, dans ce cadre, comme un dipôle présentant une inductance pure. Si les autres caractéristiques, comme la résistance du fil de la bobine ou la capacité parasite entre spires ne sont pas négligeables, on les représente sous la forme d'autres composants, non moins idéaux, séparés.
Les défauts de linéarité compliquent grandement les calculs. En général, on se limite à un domaine où les caractéristiques des composants sont approximativement linéaires. Il faut donc au moins connaître les limites de ce domaine, dont on peut, cependant, être amené à sortir, comme on peut exploiter, dans certaines applications, les non-linéarités.
Pertes dans une bobine réelle Une bobine ne présente jamais une inductance propre pure. Les pertes peuvent provenir de plusieurs causesBogdan Grabowski, Composants de l'électronique, Dunod, 1982, 87. : résistance ohmique du fil enroulé autour du noyau, accrue du fait de l'effet de peau dans le bobinage à partir de quelques centaines de kHz ;