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1 Chapitre IV Les Filtres Actifs

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1

Chapitre IV

Les Filtres Actifs

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2

Introduction :

Les filtres actifs sont constituรฉs uniquement de rรฉsistances, de condensateurs et dโ€™รฉlรฉments

actifs (amplificateurs opรฉrationnels la plupart du temps).

Ils prรฉsentent les avantages suivants :

Encombrement rรฉduit

Faciles ร  rรฉaliser donc moins coรปteux.

Cependant, les composants actifs limitent leur usage aux frรฉquences basses (typiquement

jusquโ€™ร  quelques dizaines de MHz) et prรฉsentent les inconvรฉnients suivants :

Introduisent du bruit

Limitent la tension maximale filtrable

Nรฉcessitent une alimentation

Les filtres actifs se rรฉalisent le plus souvent par la mise en cascade de cellules รฉlรฉmentaires du

Second ordre (plus un circuit du premier ordre pour les filtres dโ€™ordre impair). Cette mise

en cascade impossible ร  rรฉaliser avec des รฉlรฉments passifs devient trรจs aisรฉe dans le cas

de circuits actifs, car chaque circuit รฉlรฉmentaire possรจde une impรฉdance dโ€™entrรฉe รฉlevรฉe et

une impรฉdance de sortie faible.

Cependant, les filtres obtenus par cette mรฉthode sont trรจs sensibles aux dรฉrives des valeurs des

composants. Des filtres ร  hautes performances peuvent รชtre obtenus ร  partir dโ€™un prototype

LC simulรฉ ร  lโ€™aide de composants actifs de faรงon ร  faire disparaรฎtre les inductances (filtres ร 

gyrateur).

Dรฉfinition :

La fonction filtrage de frรฉquence sert ร  assurer la suppression (attรฉnuation) des signaux de

frรฉquences non dรฉsirรฉe (parasites, bruits etc.) et conserver ou mรชme amplifier, les signaux de

frรฉquence dรฉsirรฉe.

Pour un signal pรฉriodique quelconque considรฉrรฉ comme somme d'une sรฉrie de Fourier

f(t)= ao+ ๐‘›=1 an cos(nฯ‰t) + bn sin(nฯ‰t)

an cos(nฯ‰t) + bn sin(nฯ‰t) : terme harmonique de rang n (de pulsation nฯ‰ ).

avec ฯ‰ = 2ฯ€ /T la pulsation du signal.

Filtrer ce signal, c'est choisir, parmi les harmoniques (les termes de la somme), ceux qu'on

dรฉsire transmettre et รฉliminer les autres. Les filtres se prรฉsentent sous diffรฉrentes formes.

Lorsqu'il n'y a pas d'amplification de la puissance du signal d'entrรฉe par un รฉlรฉment actif

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3

(transistor, ALI), il est passif ; dans le cas contraire il est actif.

Les filtres peuvent รชtre classรฉs selon leurs natures (analogiques, numรฉriques), selon leur

composants (actifs, passifs) ou selon leurs degrรฉs.

Nous allons dans la suite de ce cours nous intรฉresser aux filtres actifs (utilisant des

composants actifs tels que les amplificateurs opรฉrationnels ou les transistors) de premier et de

second ordre.

1 Diagrammes de Bode

Afin de tracer les diagrammes de Bode correspondants ร  une fonction de transfert H(jฯ‰),

Il faut tout dโ€™abord commencer par exprimer le gain GdB, le gain en dรฉcibel, ainsi que le

dรฉphasage ฯ† en fonction de la frรฉquence ou de la pulsation ฯ‰ avec :

GdB = 20 Log (H(jw) )

Et ฯ† = arg(H(jw))

Pour reprรฉsenter graphiquement le gain et la phase sur un large domaine de frรฉquences, on

utilise une รฉchelle logarithmique. On reprรฉsente donc en abscisse (log ฯ‰). On reprรฉsente

parfois log f, ou log u = log ๐œ”

๐œ”๐‘œ

Le diagramme de Bode est constituรฉ des deux courbes :

Le gain G(dB) = f (log ฯ‰) et lโ€™argument = f (log ฯ‰)

Pour la pulsation ฯ‰1, on dรฉfinit x1 = log ฯ‰1. Pour la pulsation ฯ‰2, on dรฉfinit x2 = logฯ‰2

Lโ€™รฉcart entre x1 et x2 est : x = x2-x1 = log ฯ‰2 - log ฯ‰1= log ๐œ”2

๐œ”1

Si ฯ‰2 = 2ฯ‰1, on a โˆ†x = log 2 = 0,3. On dit quโ€™on a une octave.

Si ฯ‰2 = 10ฯ‰, on a โˆ†x = log10 = 1. On dit quโ€™on a une dรฉcade.

2 Pulsation de coupure ร  โ€“3 dB :

Cโ€™est la pulsation ฯ‰c pour laquelle G(ฯ‰c) = ๐บ๐‘š๐‘Ž๐‘ฅ

2max. En prenant le logarithme de cette

expression, on a :

20log G(ฯ‰c) = 20log ( ๐บ๐‘š๐‘Ž๐‘ฅ

2)= 20log ๐บ๐‘š๐‘Ž๐‘ฅ - 20log 2

1 1,3 1,7 2 3 x = log ฯ‰

10 20 50 100 1000 ฯ‰

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4

La premiรจre relation est ร  utiliser pour calculer la pulsation de coupure ร  โ€“3 dB en

utilisant la fonction de transfert.

La deuxiรจme relation est trรจs pratique pour une dรฉtermination graphique ร  partir du

diagramme de Bode.

3 Produit de fonction de transfert :

๐ป(jฯ‰) = ๐ป1(jฯ‰) . ๐ป1(jฯ‰), alors ๐บ = ๐บ1 .๐บ2 = 1 + 2

et ๐บ๐‘‘๐ต = ๐บ๐‘‘๐ต1 .๐บ๐‘‘๐ต2

= 1 + 2

2 Les filtres actifs de premier ordre :

Sโ€™appellent aussi filtre ร  un pole possรฉdant seulement un condensateur. Ces filtres ne peuvent

donner que des rรฉponses Passe bas ou passe haut.

Pour les filtres Passe bande ou Coupe bande il faut que lโ€™ordre n soit supรฉrieur ร  1.

2.1 Les filtres passe-bas dโ€™ordre 1

Sa structure รฉlectronique ร  base dโ€™A.L.I est la suivante :

Comme son nom lโ€™indique ce type de filtre laissera passer les signaux basses frรฉquences et

attรฉnuer les signaux de hautes frรฉquences.

Sa fonction de transfert est de la forme :

Z =R2 // ZC =

๐‘…2

๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘…2+ 1

๐‘—๐ถ๐œ”

=๐‘…2

1+๐‘—๐‘…2๐ถ๐œ”

๐ป(jฯ‰) = ๐‘‰๐‘ 

๐‘‰๐‘’ = -

๐‘

๐‘… = -

๐‘…2

๐‘…+๐‘—๐‘…2๐‘…๐ถ๐œ” = -

๐‘…2

๐‘… .

1

1+๐‘—๐‘…2๐ถ๐œ”

Ve

-

++3

2

6

74R

R2

Vs

C

Ve

-

++3

2

6

74

C

R

R

Vs

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5

Pour avoir des expressions simples ร  interprรฉter, il faut faire apparaรฎtre dรจs que possible des

termes sans dimension tels que RCฯ‰.

Pour mettre cette fonction de transfert sous forme canonique, on pose :

ฯ‰o = 1

๐‘…2๐ถ et Ho = -

๐‘…2

๐‘…

Donc la forme canonique dโ€™un filtre passe-bas du premier ordre :

๐ป(jฯ‰) = Ho 1

1+๐‘— ๐œ”๐œ”๐‘œ

La frรฉquence de coupure est : fc= 1

2๐œ‹๐‘…2๐ถ

Diagramme de Bode :

Diagramme de Bode Pour le gain :

La mรฉthode est de chercher les asymptotes. Il est plus simple de raisonner directement sur la

fonction de transfert que sur le module de la fonction de transfert. On en dรฉduit aussi la phase

dans les cas limites.

Si ๐œ” 0 ๐ป(jฯ‰) = 1 ๐บ๐‘‘๐ต 0 0

Si ๐œ” ๐ป(jฯ‰) = 1

๐‘— ๐œ”

๐œ”๐‘œ

๐บ๐‘‘๐ต =

๐œ”

๐œ”๐‘œ

= โˆ’ฯ€/2

๐บ๐‘‘๐ต = 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ” โˆ’ 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ”๐‘œ = โˆ’ฯ€/2

Si on pose y = 20 log G et x = log ฯ‰. On a y = 20 x0 โ€“ 20 x.

Cโ€™est lโ€™รฉquation dโ€™une droite de coefficient directeur โ€“20.

- Quand on passe dโ€™une frรฉquence au double de la frรฉquence, lโ€™intervalle sโ€™appelle une octave.

Si x1 = log ๐œ”1 et x2 = log 2๐œ”1, โˆ†x = x2 โ€“ x1= log 2 = 0,3 et โˆ†y = โ€“ 30 ร— 0,3 = โ€“ 0,6

On a une droite de pente โ€“6 dB par octave.

- Quand on passe dโ€™une frรฉquence ร  10 fois la frรฉquence, lโ€™intervalle sโ€™appelle une dรฉcade.

Si x1 = log ๐œ”1 et x2 = log 2๐œ”1, โˆ†x = x2 โ€“ x1= log 10 = 1 et โˆ†y = โ€“ 20 ร— 1 = โ€“ 20

On a une droite de pente โ€“20 dB par dรฉcade.

Intersection des asymptotes : 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ”๐‘œ โˆ’ 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ” = 0 โ‡’ ฯ‰ = ฯ‰o

Le point dโ€™intersection a pour abscisse ฯ‰o et pour ordonnรฉe 0 dB.

La courbe rรฉelle vaut pour ฯ‰ = ฯ‰o : G(ฯ‰o) = 1

2 โ‡’ ๐บ๐‘‘๐ต = โ€“ 3dB

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Diagramme de Bode asymptotique pour le gain (f0 = 1000 Hz)

Pulsation de coupure ร  โ€“3 dB :

Cโ€™est la pulsation ฯ‰c pour laquelle G (ฯ‰c ) = ๐บ๐‘š๐‘Ž๐‘ฅ

2

Calcul de ฯ‰c : G (ฯ‰c ) = 1

2 =

1

1+( ๐œ”๐‘

๐œ”๐‘œ)2 ๐œ”๐‘ = ๐œ”๐‘œ

Diagramme de Bode pour la phase :

On se contente des 3 points trouvรฉs prรฉcรฉdemment :

ฯ‰ = 0 : = 0 ; ฯ‰ = ฯ‰0 : = โˆ’ ฯ€

4 ; ฯ‰ โ†’ โˆž : โ†’ โˆ’

๐œ‹

2

๐บ๐‘‘๐ต 0dB Asymptote ร  -20 dB par dรฉcade

-20dB

fo ๐‘“

๐บ๐‘‘๐ต

0dB

Coupure ร  GdBmax -3 = -3dB

Asymptote ร  -20 dB par dรฉcade

-20dB

fo ๐‘“

Bande passante ร  3dB

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7

Exemples :

Figure 46- Exemples de filtres Passe Bas

โˆ’๐œ‹

4

0

โˆ’๐œ‹

2 fo f

Ve

-

++3

2

6

74

C

R2

R1

Vs

Ve

-

++3

2

6

74

C

R2

R1

VsR

H(jฯ‰)=- ๐‘…2

๐‘…1 .

1

1+๐‘— ๐‘…๐ถ2๐œ” H(jฯ‰)=

1+ ๐‘…2

๐‘…1

1+๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”

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2.2 Filtres passe-haut

Les filtres passe-haut vont quant ร  eux laisser passer les hautes frรฉquences au dรฉpend des

basses frรฉquences. Leur forme gรฉnรฉrale est la suivante :

Z =R2 //ZC =

๐‘…2

๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘…2+ 1

๐‘—๐ถ๐œ”

=๐‘…2

1+๐‘—๐‘…2๐ถ๐œ” .Zc = R1 +

1

๐‘—๐ถ๐œ” =

1+๐‘—๐‘…1๐ถ๐œ”

๐‘—๐ถ๐œ”

๐ป(jฯ‰) = ๐‘‰๐‘ 

๐‘‰๐‘’ = -

๐‘…2

๐‘ = -

๐‘…2 1+๐‘—๐‘…1๐ถ๐œ”

๐‘—๐ถ๐œ”

= โˆ’ ๐‘—๐‘…2๐‘๐œ”

1+ ๐ฝ๐‘…1๐ถ๐œ”

Fonction de transfert :

๐‘ฏ(jฯ‰) = ๐‘ฝ๐’”

๐‘ฝ๐’† = โˆ’

๐’‹๐‘น๐Ÿ๐’„๐Ž

๐Ÿ+ ๐‘ฑ๐‘น๐Ÿ๐‘ช๐Ž

Pour mettre cette fonction de transfert sous forme canonique, on pose : ฯ‰o = 1

๐‘…๐ถ , et ฯ‰1 =

1

๐‘…2๐ถ

Ho = 1.

Donc la forme canonique dโ€™un filtre passe-haut du premier ordre :

๐‘ฏ(jฯ‰) = Ho๐’‹

๐Ž

๐Ž๐Ÿ

๐Ÿ+๐’‹ ๐Ž

๐Ž๐’

On retrouve le comportement limite prรฉvu prรฉcรฉdemment sans calcul. Le degrรฉ du

dรฉnominateur est รฉgal ร  1 et celui du numรฉrateur vaut 1. Le filtre est donc un passe-haut du

premier ordre.

Les diagrammes de Bode sont tracรฉs de la mรชme maniรจre que celui du passe-bas :

Diagramme de Bode :

Diagramme de Bode pour le gain 1รจre mรฉthode

Ve

-

++3

2

6

74

C

R2

R1

Vs

e s

e

sR1

10k

R2

10k

VsS

C

1nF

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9

Si ๐œ” 0 ๐ป(jฯ‰) = ๐‘— ๐œ”

๐œ”๐‘œ

๐บ =๐œ”

๐œ”๐‘œ

= ฯ€/2

๐บ๐‘‘๐ต = 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ” โˆ’ 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ”๐‘œ = ฯ€/2

On a une droite de pente +20 dB par dรฉcade.

Si ๐œ” ๐ป(jฯ‰) = 1 ๐บ๐‘‘๐ต = 0 = 0

Intersection des asymptotes : 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ”๐‘œ โˆ’ 20๐‘™๐‘œ๐‘” ๐œ” = 0 ฯ‰ = ฯ‰o

Le point dโ€™intersection a pour abscisse ฯ‰o et pour ordonnรฉe 0 dB.

La courbe rรฉelle vaut pour ฯ‰ = ฯ‰o : (ฯ‰o ) : G(ฯ‰o ) = 1

2 GdB = โˆ’3dB .

Pulsation de coupure ร  โ€“3 dB :

Cโ€™est la pulsation ฯ‰c pour laquelle G (ฯ‰c ) = ๐บ๐‘š๐‘Ž๐‘ฅ

2

Calcul de ฯ‰c : G (ฯ‰c ) = 1

2 =

๐œ”๐‘

๐œ”๐‘œ

1+( ๐œ”๐‘

๐œ”๐‘œ )2

ฯ‰c = ฯ‰o

Les digrammes Bode correspondant ร  ce filtre passe-haut sont les suivants pour H >0 :

GdB

GdB max = 0 dB

-20dB

Droite de pente + 20 dB par dรฉcade et d'รฉquation 20log๐œ”

๐œ”๐‘œ

fo f

Coupure a -3dB

Asymptote a +20 dB par

dรฉcade

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10

Pour le calcul du dรฉphasage :

Page 11: Chapitre IV Les Filtres Actifs - elearning-facsci.univ

11

Exemples :

Figure 47- Exemples de filtres Passe Haut

Ve

-

++3

2

6

74

C

R1

R2

R

Vs

H(jฯ‰)=(1 + ๐‘…2

๐‘…1) .

๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”

1+๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”

Page 12: Chapitre IV Les Filtres Actifs - elearning-facsci.univ

12

2.3 Filtre Passe-Tout du 1er ordre ou dรฉphaseur

Un filtre passe tout a pour forme gรฉnรฉrale :

๐‘‰โˆ’ = ๐‘‰๐‘’+๐‘‰๐‘ 

2 ; ๐‘‰+ =

1

1+๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”.Ve

๐‘‰+ = ๐‘‰โˆ’ ๐‘‰๐‘’+๐‘‰๐‘ 

2=

1

1+๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”.Ve

๐‘‰๐‘ 

๐‘‰๐‘’ =

1โˆ’๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”

1+๐‘—๐‘…๐ถ๐œ” = G(ฯ‰) G =1 GdB = 0

- Pour le calcul du dรฉphasage :

(jฯ‰) =Arg(1 โˆ’ ๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”)- Arg(1 + ๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”)= -arctg (๐‘…๐ถ๐œ”) -arctg (๐‘…๐ถ๐œ”)= -2 arctg (๐‘…๐ถ๐œ”)

ฯ‰ 0 (jฯ‰) = 0

ฯ‰ (jฯ‰) = -ฯ€

Ce qui donne le tableau de limites suivant :

GdB

ฯ‰

ฯ‰o

ฯ‰o

ฯ‰

Ve

-

++3

2

6

74

R

R

Vs

R

C

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13

Autre Exemple :

2.3 Filtre Passe Bande :

Z1 = R + Zc = 1+๐‘—๐‘…๐‘๐œ”

๐‘—๐‘๐œ”

Z2 = R // Zc = ๐‘…

1+๐‘—๐‘…๐‘๐œ”

Ve

-

++3

2

6

74

R

Vs

R C

C

Figure 48- Filtre Passe-Tout ou dรฉphaseur

Ve

-

++3

2

67

4

R

R

Vs

R

C

H(jฯ‰)= โˆ’1+ ๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”

1+๐‘—๐‘…๐ถ๐œ”

H(jฯ‰) = -๐‘2

๐‘1 =

๐‘—๐‘…๐‘๐œ”

(1+๐‘—๐‘…๐‘๐œ” )2

Page 14: Chapitre IV Les Filtres Actifs - elearning-facsci.univ

14

3 Filtres actifs de second ordre

Pour les filtres actifs de second ordre, plusieurs structures existent, deux seront utilisรฉes dans

ce cours, ร  savoir la structure de Rauch et celle de Sallen et Key.

Une รฉtude gรฉnรฉrale des deux structures permettra par la suite de dรฉduire les diffรฉrents types de

filtres.

3.1 Structure de Rauch

Elle est prรฉsentรฉe par la figure suivante :

Afin de calculer la fonction de transfert de cette structure, le thรฉorรจme de Millman dans les

trois nล“uds N, V+ et V- sera utilisรฉ.

V-=

๐‘‰๐‘

๐‘3+๐‘‰๐‘ 

๐‘51

๐‘3+

1

๐‘5

; V+ =0

VN =

๐‘‰๐‘’

๐‘1+

0

๐‘2+

๐‘‰โˆ’

๐‘3+

๐‘‰๐‘ 

๐‘41

๐‘1+

1

๐‘2+

1

๐‘3+

1

๐‘4

Comme lโ€™amplificateur est supposรฉ idรฉal, V+ = V-

Dโ€™oรน ๐‘‰๐‘

๐‘3+

๐‘‰๐‘ 

๐‘5 = 0 ๐‘‰๐‘ = โˆ’

๐‘3

๐‘5๐‘‰๐‘ 

VN =

๐‘‰๐‘’

๐‘1 +

๐‘‰๐‘ 

๐‘41

๐‘1+

1

๐‘2+

1

๐‘3+

1

๐‘4

= โˆ’ ๐‘3

๐‘5๐‘‰๐‘ 

En rรฉduisant au mรชme dรฉnominateur commun :

โˆ’ ๐‘3

๐‘5๐‘‰๐‘  =

๐‘‰๐‘’๐‘1 +

๐‘‰๐‘ ๐‘4

๐‘2๐‘3๐‘4 + ๐‘1๐‘3๐‘4 + ๐‘1๐‘2๐‘4 + ๐‘1๐‘2๐‘3๐‘1๐‘2๐‘3๐‘4

Ve -

++3

2

6

74

Z5Z4

Z3

Z2

Z1

Vs

Figure 49- Filtres actifs de second ordre

ฮต

Page 15: Chapitre IV Les Filtres Actifs - elearning-facsci.univ

15

= โˆ’ ๐‘3

๐‘5๐‘‰๐‘ .

๐‘2๐‘3๐‘4 + ๐‘1๐‘3๐‘4 + ๐‘1๐‘2๐‘4 + ๐‘1๐‘2๐‘3

๐‘1๐‘2๐‘3๐‘4=

๐‘‰๐‘’

๐‘1 +

๐‘‰๐‘ 

๐‘4

โˆ’๐‘‰๐‘ (1

๐‘5

๐‘2๐‘3๐‘4+๐‘1๐‘3๐‘4+ ๐‘1๐‘2๐‘4+ ๐‘1๐‘2๐‘3

๐‘1๐‘2๐‘4+

1

๐‘4)=

๐‘‰๐‘’

๐‘1

โˆ’๐‘‰๐‘ ( ๐‘2๐‘3๐‘4+๐‘1๐‘3๐‘4+ ๐‘1๐‘2๐‘4+ ๐‘1๐‘2๐‘3+๐‘1๐‘2๐‘5

๐‘1๐‘2๐‘4๐‘5 =

๐‘‰๐‘’

๐‘1

๐‘‰๐‘ 

๐‘‰๐‘’ = โˆ’

๐‘2๐‘4๐‘5

๐‘1๐‘2 ๐‘3+๐‘4+๐‘5 + ๐‘3๐‘4(๐‘2+ ๐‘4)

Une autre mรฉthode peut รชtre utilisรฉe pour le calcul de la fonction de transfert en utilisant les

admittances Yi = ๐Ÿ

๐’๐’Š ร  la place des impรฉdances et utiliser la loi des nล“uds aux point N et A.

Les courants dans les diffรฉrentes branches du circuit sont notรฉs lm avec i ={1,2,3,4,5} comme

le montre la figure ci-dessus. Le sens des courants est choisi arbitrairement.

En choisissant les sens des courants de la figure ci-dessus :

i1= (Ve โ€“ VN).Y1

i2= โ€“ VN.Y2

i3= (๐‘‰โˆ’ โ€“ VN).Y3 = โ€“ VN.Y3

i4= (Vs โ€“ VN).Y4

i5= (๐‘‰โˆ’ โ€“ Vs).Y5 = โ€“ Vs.Y5

La loi des nล“uds au point A donne :

i3 + i5 = 0

โ€“ VN.Y3 โ€“ Vs.Y5 = 0

Ve -

++3

2

6

74

Y5Y4

Y3

Y2

Y1

Vs

i1 i3

i2

i5i4

N

A

ฮต

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16

VN = โˆ’ ๐‘Œ5

๐‘Œ3 Vs

La loi des nล“uds au point N donne :

i1+ i2 + i3 + i4= 0

(Ve โ€“ VN).Y1 โ€“ VN.Y2 โ€“ VN.Y3 + (Vs โ€“ VN).Y4 =0

En remplaรงant VN par sa valeur et en dรฉveloppant on trouve le rapport :

๐‘‰๐‘ 

๐‘‰๐‘’ = โˆ’

๐‘Œ1.๐‘Œ3

๐‘Œ3.๐‘Œ4+๐‘Œ5 ๐‘Œ1+๐‘Œ2+๐‘Œ3+๐‘Œ4

3.2 Structure de Sallen et Key

La deuxiรจme structure รฉtudiรฉe dans ce cours est reprรฉsentรฉe ร  la figure 50 :

La mรฉthode de calcul est la mรชme que pour la structure de Rauch c.-ร -d. utiliser Millmann

pour les trois nล“uds A, B, et C. ce qui donne :

V-= ๐‘…

๐‘…+ ๐‘˜โˆ’1 .๐‘…๐‘‰๐‘  =

๐‘‰๐‘ 

๐‘˜

V+ = ๐‘2

๐‘2+๐‘4.VA VA = (

๐‘2

๐‘4+ 1).V+

VA =

๐‘‰๐‘’

๐‘1+๐‘‰+

๐‘2+

๐‘‰๐‘ 

๐‘31

๐‘1+

1

๐‘2+

1

๐‘3

Comme lโ€™amplificateur est supposรฉ idรฉal, V+ = V- :

Figure 50

Ve

-

++

3

2

6

74

Vs

Z1

Z3

Z2

Z4

(K-1)R

R

A

B

C

Page 17: Chapitre IV Les Filtres Actifs - elearning-facsci.univ

17

VA =

๐‘‰๐‘’

๐‘1+

๐‘‰๐‘ ๐‘˜๐‘2

+ ๐‘‰๐‘ 

๐‘31

๐‘1+

1

๐‘2+

1

๐‘3

( ๐‘2

๐‘4+ 1).V+ =

๐‘‰๐‘’

๐‘1+

๐‘‰๐‘ ๐‘˜๐‘2

+ ๐‘‰๐‘ 

๐‘31

๐‘1+

1

๐‘2+

1

๐‘3

1

๐‘1+

1

๐‘2+

1

๐‘3 (

๐‘2

๐‘4+ 1).

๐‘‰๐‘ 

๐‘˜ =

๐‘‰๐‘’

๐‘1+

๐‘‰๐‘ 

๐‘˜

๐‘2+

๐‘‰๐‘ 

๐‘3

๐‘‰๐‘ 

๐‘˜

1

๐‘1+

1

๐‘2+

1

๐‘3

๐‘2

๐‘4+ 1 โˆ’

1

๐‘2 โˆ’

๐‘˜

๐‘3 =

๐‘‰๐‘’

๐‘1

๐‘‰๐‘ 

๐‘˜

๐‘1๐‘2

๐‘1๐‘4+

๐‘1๐‘2

๐‘2๐‘4+

๐‘1๐‘2

๐‘3๐‘4+

๐‘1

๐‘1+

๐‘1

๐‘2+

๐‘1

๐‘3โˆ’

๐‘1

๐‘2โˆ’

๐‘1๐‘˜

๐‘3 = Ve

1

๐ป(๐‘)=

๐‘‰๐‘’

๐‘‰๐‘  =

1

๐‘˜ 1 + 1 โˆ’ ๐‘˜

๐‘1

๐‘3+

๐‘1

๐‘4+

๐‘2

๐‘4+

๐‘1๐‘2

๐‘3๐‘4

3.3 Filtre passe-bas de second ordre

Les filtres passe-bas de second ordre ont une fonction de transfert de la forme gรฉnรฉrale

suivante :

๐‘‰๐‘ 

๐‘‰๐‘’ =

๐‘Œ1.๐‘Œ3

๐‘Œ1+๐‘Œ2 ๐‘Œ3+๐‘Œ4 + ๐‘Œ3(๐‘Œ4โˆ’๐‘Œ2.๐พ๐ด

Avec KA = ๐‘…1+๐‘…2

๐‘…2

Y1 =1

๐‘…1 ; Y2 = jC1ฯ‰ ; Y3 =

1

๐‘…2 ; Y4 = jC2ฯ‰

Ve

-

++

3

2

6

74

Vs

R R

R1

R2

C1

C2

Page 18: Chapitre IV Les Filtres Actifs - elearning-facsci.univ

18

H(jฯ‰)= KA

1

๐‘…2

(1

๐‘…+๐‘—๐ถ๐œ” )2+

๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘…โˆ’

๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘….๐พ๐ด

= KA

1

๐‘…2

1

๐‘…2+ 3๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘…+(๐‘—๐ถ๐œ” 2)โˆ’

๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘….๐พ๐ด

=

KA1

1+ (3โˆ’๐พ๐ด)๐‘—๐‘…๐ถ๐œ” +(๐‘—๐‘…๐ถ๐œ” 2)

A savoir que nous cherchons ร  obtenir une fonction de transfert normalisรฉe H de la

forme passe-bas du second ordre :

H(jฯ‰)=๐ด

1+2๐‘š๐‘— ๐œ”

๐œ”๐‘+ (๐‘— (

๐œ”

๐œ”๐‘)2

On identifie donc les รฉlรฉments suivants par rapport ร  la forme canonique d'un filtre passe-bas :

A = KA = ๐‘…1+๐‘…2

๐‘…2 ; ฯ‰c =

1

๐‘…๐ถ ; 2m =

1

๐‘„ = 3 โ€“ KA = 2 -

๐‘…1

๐‘…2 m = 1 -

๐‘น๐Ÿ

๐Ÿ๐‘น๐Ÿ

m est appelรฉ facteur dโ€™amortissement du filtre et ฯ‰0 sa pulsation de coupure.

Autre Exemple :

3.4 Filtre passe-haut de second ordre

Les filtres passe-bas de second ordre ont une fonction de transfert de la forme gรฉnรฉrale

suivante :

Ce type de montage est caractรฉrisรฉ de maniรจre gรฉnรฉrale par l'expression suivante :

Ve

-

++3

2

6

74

Vs

R R

C1

C2R

Ve

-

++

3

2

6

74

Vs

C1 C2

R

R R1

R2

Page 19: Chapitre IV Les Filtres Actifs - elearning-facsci.univ

19

๐‘‰๐‘ 

๐‘‰๐‘’ =KA

๐‘Œ1.๐‘Œ3

๐‘Œ1+๐‘Œ2 ๐‘Œ3+๐‘Œ4 + ๐‘Œ3 ๐‘Œ4โˆ’๐‘Œ2๐พ๐ด

Avec KA = ๐‘…1+๐‘…2

๐‘…2

On obtient :

H(jฯ‰)= KA(๐‘—๐ถ๐œ” )2

(1

๐‘…+๐‘—๐ถ๐œ” )2+๐‘—๐ถ๐œ” (

1

๐‘…โˆ’

๐พ๐ด

๐‘…) = KA

(๐‘—๐ถ๐œ”)2

1

๐‘…2+ 2๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘…+(๐‘—๐ถ๐œ” 2)+

๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘…+

๐‘—๐ถ๐œ”

๐‘….๐พ๐ด

=

KA(๐‘—๐‘…๐ถ๐œ” )2

1+ (3โˆ’๐พ๐ด)๐‘—๐‘…๐ถ๐œ” +(๐‘—๐‘…๐ถ๐œ” 2)

A = KA = ๐‘…1+๐‘…2

๐‘…2 ; ฯ‰c =

1

๐‘…๐ถ ; 2m =

1

๐‘„ = 3 โ€“ KA = 2 -

๐‘…1

๐‘…2 m = 1 -

๐‘น๐Ÿ

๐Ÿ๐‘น๐Ÿ

Autre exemple :

3.5Filtre passe-bande de second ordre :

Ve

-

++

3

2

6

74

Vs

C C

R1

R2C

Ve

-

++

3

2

6

74

Vs

C2R1

C1 R2

R3