Les filtres actifs Ce sont ceux qui ont des sources contrôlées ou des éléments actifs, tels que des amplificateurs opérationnels, des transistors ou des tubes à vide. Grâce à un circuit électronique, un filtre permet de réaliser la modélisation d'une fonction de transfert qui modifie le signal d'entrée et donne un signal de sortie selon la conception.
La configuration d'un filtre électronique est généralement sélective et le critère de sélection est la fréquence du signal d'entrée. En raison de ce qui précède, selon le type de circuit (série ou parallèle) le filtre permettra le passage de certains signaux et bloquera le passage du reste..
De cette manière, le signal de sortie sera caractérisé en étant affiné en fonction des paramètres de conception du circuit qui constitue le filtre..
Index des articles
- Les filtres actifs sont des filtres analogiques, ce qui signifie qu'ils modifient un signal analogique (entrée) en fonction des composantes de fréquence.
- Grâce à la présence de composants actifs (amplificateurs opérationnels, tubes à vide, transistors, etc.), ce type de filtre augmente une section ou la totalité du signal de sortie, par rapport au signal d'entrée..
Ceci est dû à l'amplification de puissance par l'utilisation d'amplificateurs opérationnels (OPAMS). Cela permet d'obtenir plus facilement une résonance et un facteur de qualité élevé, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des inducteurs. De son côté, le facteur de qualité - également appelé facteur Q - est une mesure de l'acuité et de l'efficacité de la résonance..
- Les filtres actifs peuvent combiner des composants actifs et passifs. Ces derniers sont les composants de base des circuits: résistances, condensateurs et inductances..
- Les filtres actifs permettent des connexions en cascade, sont configurés pour amplifier les signaux et permettre l'intégration entre deux ou plusieurs circuits si nécessaire.
- Dans le cas où le circuit a des amplificateurs opérationnels, la tension de sortie du circuit est limitée par la tension de saturation de ces éléments.
- Selon le type de circuit et les valeurs nominales des éléments actifs et passifs, le filtre actif peut être conçu pour fournir une impédance d'entrée élevée et une faible impédance de sortie..
- La fabrication de filtres actifs est économique par rapport à d'autres types d'assemblages.
- Pour fonctionner, les filtres actifs nécessitent une alimentation, de préférence symétrique.
Des filtres du premier ordre sont utilisés pour atténuer les signaux au-dessus ou en dessous du degré de rejet, par multiples de 6 décibels à chaque fois que la fréquence est doublée. Ce type de montage est généralement représenté par la fonction de transfert suivante:
En décomposant le numérateur et le dénominateur de l'expression, nous avons:
- N (jω) est un polynôme de degré ≤ 1
- t est l'inverse de la fréquence angulaire du filtre
- Wc est la fréquence angulaire du filtre, et est donnée par l'équation suivante:
Dans cette expression fc est la fréquence de coupure du filtre.
La fréquence de coupure est la fréquence limite du filtre pour laquelle une atténuation du signal est induite. En fonction de la configuration du filtre (passe-bas, passe-haut, passe-bande ou élimination des bandes), l'effet de la conception du filtre est présenté précisément à partir de la fréquence de coupure..
Dans le cas particulier des filtres du premier ordre, ceux-ci ne peuvent être que passe-bas ou passe-haut.
Ce type de filtre laisse passer les basses fréquences et atténue ou supprime les fréquences supérieures à la fréquence de coupure..
La fonction de transfert des filtres passe-bas est la suivante:
La réponse en amplitude et en phase de cette fonction de transfert est:
Un filtre passe-bas actif peut remplir la fonction de conception en utilisant des résistances d'entrée et de décharge à la terre, ainsi que des amplificateurs opérationnels et des configurations de résistances et de condensateurs en parallèle. Un exemple de circuit inverseur passe-bas actif est présenté ci-dessous:
Les paramètres de la fonction de transfert pour ce circuit sont:
De leur côté, les filtres passe-haut ont l'effet inverse, par rapport aux filtres passe-bas. En d'autres termes, ce type de filtre atténue les basses fréquences et laisse passer les hautes fréquences..
Même, en fonction de la configuration du circuit, des filtres passe-haut actifs peuvent amplifier les signaux s'ils ont des amplificateurs opérationnels spécialement agencés à cet effet. La fonction de transfert d'un filtre passe-haut actif du premier ordre est la suivante:
La réponse en amplitude et en phase du système est:
Un filtre passe-haut actif utilise des résistances et des condensateurs en série à l'entrée du circuit, ainsi qu'une résistance dans le chemin de décharge vers la terre, pour servir d'impédance de rétroaction. Voici un exemple de circuit actif passe-haut inverseur:
Les paramètres de la fonction de transfert pour ce circuit sont:
Les filtres du second ordre sont généralement obtenus en réalisant des connexions de filtres du premier ordre en série, pour obtenir un assemblage plus complexe qui permet d'accorder sélectivement les fréquences.
L'expression générale de la fonction de transfert d'un filtre du second ordre est:
En décomposant le numérateur et le dénominateur de l'expression, nous avons:
- N (jω) est un polynôme de degré ≤ 2.
- Wou alors est la fréquence angulaire du filtre, et est donnée par l'équation suivante:
Dans cette équation fou alors est la fréquence caractéristique du filtre. En cas de circuit RLC (résistance, inductance et condensateur en série), la fréquence caractéristique du filtre correspond à la fréquence de résonance du filtre.
À son tour, la fréquence de résonance est la fréquence à laquelle le système atteint son degré maximal d'oscillation.
- ζ est le facteur d'amortissement. Ce facteur définit la capacité du système à amortir le signal d'entrée.
À son tour, à partir du facteur d'amortissement, le facteur de qualité du filtre est obtenu par l'expression suivante:
En fonction de la conception des impédances du circuit, les filtres actifs du second ordre peuvent être: des filtres passe-bas, des filtres passe-haut et des filtres passe-bande.
Les filtres actifs sont utilisés dans les réseaux électriques afin de réduire les perturbations dans le réseau, dues à la connexion de charges non linéaires.
Ces perturbations peuvent être permutées en combinant des filtres actifs et passifs, et en faisant varier les impédances d'entrée et les réglages RC dans l'ensemble de l'assemblage..
Dans les réseaux électriques de puissance, des filtres actifs sont utilisés pour réduire les harmoniques de courant qui circulent à travers le réseau entre le filtre actif et le nœud de génération d'énergie électrique..
De même, les filtres actifs aident à équilibrer les courants de retour qui circulent à travers le neutre, et les harmoniques associées à cette circulation de courant et à la tension du système..
De plus, les filtres actifs jouent un excellent rôle dans la correction du facteur de puissance des systèmes électriques interconnectés..
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