Le montage proposé dans cet article est inspiré de la documentation constructeur de l’amplificateur opérationnel OPA620 (Texas Instrument). Il s’agit d’une structure originale à base d’un amplificateur opérationnel double qui permet d’obtenir un filtre passe bande dont on peut ajuster facilement le facteur de qualité Q à des valeurs importantes (Dans la doc Q=100 pour fo=1MHz).

highQ_bandpass_filterPour l’étude on suppose bien évidemment que les 2 amplificateurs opérationnels sont parfaits et fonctionnent en régime linéaire. Dans ces conditions le calcul de la fonction de transfert de ce filtre nous donne :Equation1_highQbandpass

Pour le détail du calcul je vous propose le document suivant : calcul_passebande_highQ.pdf
Ce résultat peut se mettre sous la forme d’une fonction de transfert passe bande du 2nd ordre :Equation2_highQbandpassComme le montre les équations précédentes, le dimensionnement de ce filtre est donc très simple puisque il convient de choisir le couple R2 C pour fixer la fréquence centrale en utilisant, par exemple, la petite application que je mets à disposition sur ce site. La résistance R1 est alors ajusté pour obtenir la bonne valeur du facteur de qualité Q.
Un exemple de réglage et du résultat de simulation est donné ci-dessous :

result_simul

Fichier de simulation LTSpice prêt à l’emploi : verif_pbande_HighQ.asc

Po6189228_origur ce quatrième devoir de vacances, je vous propose de revenir sur les structures de filtrage du 2nd ordre que l’on rencontre couramment dans les systèmes électroniques. Au programme de ce devoir vous retrouverez donc les filtres passe bas, passe bande et passe haut du 2nd ordre. Par ailleurs ce devoir vous permet de revoir l’application du théorème de Millman dans un certain nombre de montages à amplificateur opérationnel. Le corrigé du devoir n°3 est maintenant disponible en téléchargement. Le corrigé de ce devoir n°4 sera disponible d’ici une dizaine de jours avec un nouveau devoir.

Pour ce 5ième devoir je vous propose quelques exercices autour des filtres passe bas, passe haut et passe bande du 2nd ordre. Des fichiers de simulation LTSpice sont fournis pour vérifier le fonctionnement et le bon dimensionnement des filtres proposés dans ce devoir. Un corrigé et un nouveau devoir seront disponibles d’ici une semaine. Le corrigé du devoir n°4 est maintenant disponible.

filtre_cycliste

Lorsque l’on souhaite caractériser rapidement le comportement d’un filtre électrique en fonction de la fréquence, il est possible d’utiliser une méthode de balayage automatique en fréquence que l’on appelle généralement Sweep. Je vous propose, à travers cet article, de décrire la mise en oeuvre de cette méthode de mesure en utilisant le montage d’étude suivant qui est un filtre passe bande spécialement adapté aux composantes fréquentielles de la voix compte tenu de la bande passante choisie :

montage_etude

La manip proposée est la suivante dans laquelle on utilise un générateur de fonction arbitraire AFG3022B et un oscilloscope numérique de la famille TDS2xxxB. La sortie trigger du générateur est connecté sur la voie CH1 de l’oscilloscope comme le montre la figure suivante et l’on synchronise l’oscilloscope sur cette voie en sélectionnant la pente descendante.

manip_sweep

Compte tenu des caractéristiques du filtre passe bande on choisit un balayage en fréquence entre 20Hz et 20kHz en utilisant une progression logarithmique. On choisit un temps de balayage de 250ms suffisamment lent pour permettre au filtre de répondre. Bien évidemment l’amplitude à l’entrée du filtre est choisie de telle sorte à rester dans un fonctionnement linéaire (pas de saturation en sortie de l’ampli-op). L’écran ci-dessous résume la configuration du générateur  AFG3022B dans le mode SWEEP :

Menu_AFG3022_Sweep

En réglant l’oscilloscope avec une base de temps de 25ms on obtient la totalité du balayage sur les 10 divisions horizontale de l’écran :

Screen Capture

A partir de cet instant il est alors possible d’obtenir une mesure des fréquences de coupure en utilisant la méthode des 5/7 carreaux. On ajuste donc l’échelle verticale de la voie CH2 afin d’obtenir une enveloppe maximale sur 7 carreaux comme le montre la capture d’écran suivante.

Screen Capture

Il est alors possible de déterminer les 2 fréquences de coupures fc1 & fc2 en effectuant le relevé des N1 & N2 divisions décrites sur la figure suivante :

7_5_carreaux

Comme le balayage s’effectue suivant une progression logarithmique, voici la marche à suivre pour déterminer les valeurs des fréquences de coupure fc1 & fc2 :equations_7_5carreaux

Pour ce 5ième devoir de vacances je vous propose quelques exercices sur l’étude de filtres électriques : Etude de cellules du 2nd ordre (passe bas, passe bande, passe haut) ainsi que leur association (fonction d’approximation de Butterworth). Le corrigé du devoir n°4 est désormais disponible ci-dessous :

bandpass_filter_illustration