Filtre Passe Bande De Rauch

Tue, 18 Jun 2024 05:00:10 +0000
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1. Introduction Les filtres de Sallen et Key ( [1]) sont des filtres actifs construits à partir de réseaux RC, comportant seulement des résistors et des condensateurs. L'absence de bobines d'auto-induction permet de les faire fonctionner à basse fréquence, par exemple pour le traitement du signal audio. Ce document présente des exemples de filtres de Sallen et Key. On s'intéresse tout d'abord à une cellule élémentaire qui réalise un filtre d'ordre 2, puis on verra comment associer plusieurs cellules afin d'obtenir un ordre plus élevé. 2. Filtre passe-bas 2. a. Filtre d'ordre 2 La figure suivante montre le schéma d'un filtre passe-bas de Sallen et Key: Figure pleine page L'élément actif est un amplificateur de tension de gain K. Idéalement, l'amplificateur doit avoir une impédance d'entrée assez grande pour pouvoir être considérée comme infinie, et une impédance de sortie nulle. Il réalise la fonction suivante: À l'origine, il s'agissait d'un amplificateur à tube. Aujourd'hui, les transistors (inventés en 1947) ont remplacés les tubes (ceux-ci sont encore utilisés en Hi-Fi haut de gamme).

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L'étude est ici faite en régime harmonique en considérant les impédances complexes des différents composants. La boucle de contre-réaction induit un fonctionnement linéaire de l'amplificateur opérationnel (V+ = V-). Cette page ne décrit pas une étude complète et rigoureuse d'un filtre (pas de diagramme de Bode), mais se contente de proposer un montage dont le comportement est celui recherché (filtre passe-bas, passe-haut, passe-bande,... ). Il est supposé que le lecteur possède des notions sur le gain, les fréquences de coupure ainsi que sur le coefficient d'amortissement et de qualité d'un filtre. Ce montage utilise la structure de Rauch pour produire un filtrage passe-bas. Cette structure est caractérisée par la relation suivante: Sachant qu'ici: A savoir que nous cherchons à obtenir une fonction de transfert normalisée H de la forme passe-haut du second ordre: Les calculs nous donnent, en remplacant dans l'équation générale chaque admittance par son expression: En simplifiant le montage par un choix de capacités identiques, nous identifions les différents termes de la fonction de transfert: La fonction de transfert obtenue correspond bien à celle d'un filtre passe-haut du deuxième ordre.

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Si l'on souhaite opérer à gain constant, on peut ajouter en sortie un étage d'amplification avec un gain 1/A. La figure suivante montre une réalisation de ce filtre avec un ampli-op et un potentiomètre permettant de régler précisément le coefficient K entre 4. 3 et 5. 3. Figure pleine page Voici le diagramme de Bode pour K=4. 8: K=4. 8 (2)/(2**R*C) m=(5-K)/(2) return K/(5-K)*(1j*m*f/f0)/(1+1j*m*f/f0-(f/f0)**2) 4. Filtre passe-haut Comme pour le filtre passe-bas, on choisit pour avoir une pente constante de +20 décibels par décade dans la bande atténuée. Voici le diagramme de Bode: import math import cmath return K*(f/fc)**2/(1+1j*m*f/fc-(f/fc)**2) Références [1] A practical method of designing RC active filters, (J. Audio Eng. Soc p. 74-85, 1955) [2] F. Manneville, J. Esquieu, Electronique, systèmes bouclés linéaires, de communication et de filtrage, (Dunod, 1998) [3] P. Horowitz, W. Hill, Traité de l'électronique, (Elektor, 1996)

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Filtres de Rauch Schma Gain Phase Fmax kHz Les filtres de Rauch sont des filtres à contre-réaction multiple et utilisent un amplificateur opérationnel associé à des cellules RC. La structure de base d'ordre 2 comporte 5 impédances et un amplificateur. Pour les cellules d'ordre 3, on ajoute une cellule RC avant une cellule d'ordre 2. Le calcul de la fonction de transfert pour les filtres d'ordre 2 est indiqué dans la page Filtres de Rauch. Attention: Cette fonction de transfert suppose un amplificateur opérationnel idéal. Si cette hypothèse n'est pas vérifiée, l'expression des fonctions de transfert est bien plus complexe. En utilisant pour nommer les admittances la notation du schéma du filtre passe-bas d'ordre 2, on peut aussi montrer que l'expression de la fonction de transfert est: H(p) = S(p) / E(p) = − Y1. Y3 / [ Y3. Y4 + Y5(Y1 + Y2 + Y3 + Y4)]. Pour la cellule passe-bas, on retient en général la configuration [Z1 = R, Z2 = C, Z3 = R, Z4 = R, Z5 = C]. On obtient une cellule passe-haut en permutant résistances et condensateurs de la cellule passe-bas ce qui donne la configuration [Z1 = C, Z2 = R, Z3 = C, Z4 = C, Z5 = R].

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En utilisant les coefficients de Bessel, on obtient une coupure douce mais une variation régulière de la phase pour avoir une réponse sans oscillation à un échelon. Les coefficients de Chebyscheff donnent une pente raide mais induisent des oscillations du gain et une variation de phase non linéaire. Les coefficients de Butterworth donnent la courbe de gain la plus plate possible. Détermination des composants Passe-bas: On prend Z1 = Z3 = Z4 = R. On pose C 0 = 1 / R ω 0 avec ω 0 la pulsation de coupure. Ensuite on prend C 1 = K1. C 0, C 2 = K2. C 0, C 3 = K3. C 0. Les valeurs des Ki sont fonction du type de filtre choisi. Passe-haut: On prend C1 = C2 = C3 = C. On pose R 0 = 1 / C ω 0 avec ω 0 la pulsation de coupure. Ensuite on prend R 1 = R 0 / K1, R 2 = R 0 / K2, R 3 = R 0 / K3. Les valeurs des Ki sont fonction du type de filtre choisi. Utilisation: La liste de gauche permet la sélection d'un type de filtre. Les boutons radio permettent d'afficher le schéma du filtre, sa courbe de gain ou sa courbe de phase.

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Ainsi: et soit En introduisant cette dernière expression dans la première, on obtient finalement: On obtient un passe-bas, passe-haut, passe-bande ou coupe-bande par un choix judicieux de résistances et condensateurs pour les admittances à. La fonction de transfert canonique d'un filtre passe-haut du second ordre est: A présent qu'il est clair et bien assimilé que les admittances sont des quantités complexes, nous abandonnons la notation spécifique avec le souligné en dessous de la quantité pour alléger la notation. Il vient immédiatement que et doivent être des condensateurs. Au dénominateur, la seule chance pour avoir le terme réel (1 dans le polynôme duu second degré en p) réside dans le produit: il est donc clair que ces deux admittances seront des résistances. Nous choisissons: La cellule de Sallen-Key correspondante est représentée en figure ci-dessous dans laquelle l'amplificateur est un suiveur donc de gain unité. Moyennant le choix des composants ci-dessus introduit dans la fonction de transfert générique de la cellule, on trouve après calculs: puis, par identification assez directe,, et.

Le programme calcule les valeurs des composants en fonction de ce choix. La position "utilisateur" de la liste de droite permet de modifier les valeurs des coefficient Ki. Les boites de saisie permettent de modifier les valeurs de R et de C. Il faut valider les entrées dans les boites de saisie. Pour les filtres de bande du second ordre poser C1 = C5 / n et faire varier n entre 1/100 et 100.