Worldlex Wiki Filtre actif
( Apprenez comment et quand supprimer ce message ) Exemple de filtre actif passe-haut de topologie Sallen-Key . L'amplificateur opérationnel est utilisé comme amplificateur tamp...
Un filtre actif est un type de circuit analogique mettant en œuvre un filtre électronique à l'aide de composants actifs, généralement un amplificateur . Les amplificateurs inclus dans la conception d'un filtre peuvent être utilisés pour améliorer le coût, les performances et la prévisibilité d'un filtre.
Un amplificateur empêche l'impédance de charge de l'étage suivant d'affecter les caractéristiques du filtre. Un filtre actif peut présenter des pôles et des zéros complexes sans recourir à une inductance encombrante ou coûteuse. La forme de la réponse, le facteur de qualité (Q ) et la fréquence d'accord peuvent souvent être ajustés à l'aide de résistances variables peu onéreuses. Dans certains circuits de filtres actifs, un paramètre peut être ajusté indépendamment des autres.
Types
L'utilisation de composants actifs présente certaines limitations. Les équations de conception de filtres de base négligent la bande passante finie des amplificateurs. Les composants actifs disponibles ont une bande passante limitée, ce qui les rend souvent impraticables aux hautes fréquences. Les amplificateurs consomment de l'énergie et injectent du bruit dans le système. Certaines topologies de circuits peuvent s'avérer impraticables si aucun chemin de courant continu n'est prévu pour la polarisation des éléments amplificateurs. La capacité de gestion de la puissance est limitée par les étages d'amplification.
Les configurations de circuits de filtres actifs ( topologie de filtre électronique ) comprennent :
- Filtres Sallen-Key et VCVS (faible sensibilité à la tolérance des composants)
- Filtres à variables d'état et filtres biquadratiques ou biquadratiques
- passe-bande à double amplificateur (DABP)
- Encoche de Vienne
- Filtres à rétroaction multiples
- Fliege (nombre de composants le plus faible pour 2 amplificateurs opérationnels, mais avec une bonne maîtrise de la fréquence et du type)
- les filtres passifs . Les fonctions de transfert courantes sont :
- Filtre passe-haut – atténuation des fréquences inférieures à leur point de coupure.
- Filtre passe-bas – atténuation des fréquences supérieures à leur point de coupure.
- Filtre passe-bande – atténuation des fréquences supérieures et inférieures à celles qu'il laisse passer.
- Filtre coupe-bande (filtre Notch) – atténuation de certaines fréquences tout en laissant passer toutes les autres.
- Des combinaisons sont possibles, comme un filtre coupe-bande et un filtre passe-haut (dans un filtre anti-ronflement où la majeure partie du ronflement indésirable provient d'une fréquence particulière). Un autre exemple est un filtre elliptique .
Conception de filtres actifs
- Filtre de Chebyshev – pic/ondulation dans la bande passante avant le coin ; Q>0,7071 pour les filtres du 2e ordre.
- Filtre de Butterworth – réponse en amplitude parfaitement plate ; Q = 0,7071 pour les filtres du 2e ordre
- Le filtre Legendre-Papoulis sacrifie une certaine planéité dans la bande passante, tout en conservant une réponse monotone , au profit d'une atténuation plus abrupte.
- Filtre Linkwitz-Riley – propriétés souhaitables pour les applications de filtrage audio, temps de montée le plus rapide sans dépassement ; Q = 0,5 ( amortissement critique )
- Filtre de Paynter, de Thompson-Butterworth transitoire ou filtre « de compromis » – atténuation plus rapide que le filtre de Bessel ; facteur de qualité Q = 0,639 pour les filtres du second ordre
- Filtre de Bessel – délai de groupe maximal plat ; facteur de qualité Q = 0,577 pour les filtres du 2e ordre. Il offre une bonne linéarité de phase.
- Filtre elliptique ou filtre de Cauer : l’ajout d’une encoche (ou « zéro ») juste en dehors de la bande passante permet d’obtenir une pente beaucoup plus marquée dans cette zone que la combinaison de l’ordre et du coefficient d’amortissement sans encoche. Le signal de sortie est similaire à celui du filtre idéal (c’est-à-dire une réponse plate aussi bien dans la bande passante que dans la bande d’arrêt).
Comparaison avec les filtres passifs
Un filtre actif peut présenter un gain , augmentant ainsi la puissance disponible dans un signal par rapport à son entrée. Les filtres passifs dissipent l'énergie d'un signal et ne peuvent donc pas présenter de gain de puissance net. Pour certaines gammes de fréquences, par exemple les fréquences audio et inférieures, un filtre actif peut réaliser une fonction de transfert donnée sans utiliser d'inductances , composants relativement volumineux et coûteux comparés aux résistances et aux condensateurs, et plus onéreux à fabriquer avec la haute qualité et la précision requises. Cet avantage est moins important pour les filtres actifs entièrement intégrés sur une puce , car les condensateurs disponibles ont des valeurs relativement faibles, ce qui nécessite des résistances de valeur élevée occupant une surface importante du circuit intégré. Les filtres actifs offrent une bonne isolation entre les étages et peuvent fournir une impédance d'entrée élevée et une impédance de sortie faible ; leurs caractéristiques sont ainsi indépendantes des impédances de la source et de la charge. Plusieurs étages peuvent être mis en cascade pour améliorer les caractéristiques. En revanche, la conception de filtres passifs à plusieurs étages doit tenir compte de la charge de chaque étage, dépendante de la fréquence, de l'étage précédent. Il est possible de réaliser des filtres actifs accordables sur une large bande, contrairement aux filtres passifs. L'absence d'inducteurs permet de réaliser des filtres très compacts, qui ne produisent ni n'interagissent avec les champs magnétiques éventuellement présents.
Comparativement aux filtres actifs, les filtres passifs ne nécessitent aucune alimentation supplémentaire. Les dispositifs d'amplification d'un filtre actif doivent fournir un gain et des performances prévisibles sur toute la gamme de fréquences à traiter ; le produit gain-bande passante de l'amplificateur limite la fréquence maximale utilisable.