schema_filtre_notchDans le cadre de l’étude de systèmes électroniques biomédicaux, je propose l’étude du filtre réjecteur ou filtre notch centrée sur la composante 50Hz. Ce filtre permet de supprimer la composante secteur EDF tout en préservant le contenu fréquentiel des signaux de mesures (ECG, SPO2, etc..). Le schéma classique que l’on retrouve dans de nombreux équipements est représenté sur la figure ci-contre.

On montre que la fonction de transfert de ce montage peut s’écrire sous la forme :

equation_notch

La simulation LTSpice suivante avec le fichier notch_filter_AnalyseAC.asc permet de vérifier le bon fonctionnement de ce montage comme le montre le résultat suivant :

simul_notch

Pour la mise en œuvre de ce filtre il est possible d’utiliser les composants suivants R=47kΩ (précision 1%) et C=68nF (précision 1%).

Pour une caractérisation rapide et simple de ce filtre on propose d’effectuer un balayage en fréquence automatique avec le générateur AFG3022 (mode Sweep) dont on règle les paramètres suivants comme le montre la photo ci-dessous.

copie_AFG3022

Afin d’obtenir une représentation correcte sur l’oscilloscope, on utilise la sortie TTL du générateur comme signal de synchronisation que l’on visualise. On opte pour un mode de déclenchement normal en choisissant un déclenchement sur front descendant et en réglant le seuil du trigger à 2V. Bien évidemment la base de temps est choisie de telle sorte à observer la totalité du balayage soit ici 200ms/div. Le résultat traduit bien la réjection en fréquence de la composante 50Hz qui se situe bien au milieu de l’écran (balayage logarithmique).

caractérisation_notch

 

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