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Circuits électriques – Filtres actifs

Je veux vous faire part d’une partie intéressante de mon cours de circuits électriques : la conception de filtres actifs.

Tout d’abord, voyons quelques termes techniques:
lm741Ampli-op : Amplificateur opérationnel : Il s’agit d’une composante électronique qui renferme un paquet de transistors. Il a la capacité de faire diverses opérations mathématiques, tel que son nom l’indique : amplificateur OPÉRATIONNEL.
Condensateur : Permet de garder une charge électrique.

L’avantage de construire des filtres actifs comparativement à des filtres passifs est que l’on ne se sert pas de bobines, qui sont chères, difficilement miniaturisables et imparfaites (point de vue pratique). Les circuits qu’on construit se réduisent donc alors à des résistances, des condensateurs et des ampli-op.

Filtre passe-bas actif de Chebychev

Filtre passe-bas actif de Chebychev
Premièrement, passons au filtre “simple”. Ici, nous avons un circuit qui nous permet d’obtenir un filtre nommé de Chebychev dû à la nature du filtre lui-même. Non, Chebychev n’a pas fait le schéma, mais il a développé une méthode pour obtenir des filtres dont la partie à l’extérieur de la bande passante est plus atténué. Bande passante? Atténué? La bande passante, c’est les fréquences qu’on souhaîte laisser passer, et donc qui ne sont pas filtré (ou atténué). Atténué, c’est lorsque la tension à la sortie de notre filtre est diminué de 3dB. Ça devient rapidement complexe, mais disons que lorsque la tension (en volt) de sortie est de 0.707 comparativement au maximum qu’elle peut atteindre, on considère le signal comme atténué et inexistant (Vout = 0.707 x Vout MAX).

Commençons avec l’ampli-op. Comme vous pouvez le constater sur le schéma, ce ne sont pas toutes ses entrées et sorties qui sont employés. Nous utilisons en général la 2 (inverseuse), 3 (non-inverseuse), 4 (V-), 6 (sortie) et 7 (V+). Les bornes 4 et 7 sont employés pour polariser les transistors qui se trouvent à l’intérieur de l’ampli-op. L’entrée 2 est extrêmement importante. Avec cette entrée connectée à la sortie, nous obtenons ce qu’on appelle du feedback négatif, ce qui permet à l’ampli-op d’ajuster sa sortie pour qu’elle soit toujours constante. L’entrée 3 est l’entrée du signal même. Nous obtenons notre signal amplifié à la sortie, soit à la borne 6.

Ici, il s’agit d’un filtre passe-bas actif du deuxième degré avec un filtre passe-bas passif du premier degrée (composé des éléments R3 et C2).

À ce moment, vous n’avez probablement aucune idée de ce que fait ce circuit. Et bien, il faut demander à Bode de nous faire un graphique (Bode n’étant pas un logiciel mais une personne à qui on doit ces graphiques). On voit ici que toutes les fréquences avant 500 et des plumes sont à zéro (non atténué) et que plus on augmente la fréquence, plus le signal est attenué. Donc, vers l’infini, plus de signal!

Filtre passe-bande actif de Butterworth

Deuxièmement, voici le filtre de Butterworth. “Légèrement” plus complexe, il nous permet d’obtenir un filtre passe-bande, donc qui laisse passer certaines fréquences. Celui-ci est conçu pour faire passer des fréquences entres 8500 Hz et 10500 Hz.

Il faut ici créer un filtre actif qui se compose de 3 filtres actifs mis en étages. Cela a l’avantage d’être facile à synthétiser, c’est-à-dire de passer d’un format demandé avec des paramètres exigés à un filtre sous forme de circuit.

Une fois de plus, on fait appel à Bode qui nous montre le genre de filtre que l’on vient de créer. Victoire, on obtient un passe-bande, c’est-à-dire que les fréquences passent où il y a le pic (environ 10 kHz)!

Mais bon, à quoi ça sert toute cette marde là? Et bien, sans cette “marde” là, on ne pourrait pas avoir de télévision, ni de radio. En fait, probablement tout ce qui est de nature sonore et visuelle doit être traité afin de s’afficher ou de s’exprimer de façon correcte sans contenir de bruits. Merci à la science des filtres, certains élèves auront mal à la tête des jours durant et préfèreront s’abstenir de fréquenter un laboratoire d’électronique.

NOTE: Il manque probablement beaucoup d’explications, ça viendra au cours des semaines à suivre 🙂

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