Filtres en électronique

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Un filtre est un circuit électronique qui réalise une opération de traitement du signal ; il atténue certaines composantes d’un signal et en laisse passer d’autres. Les filtres sont principalement utilisés dans les radios ou les télévisions, notamment le filtre passe-bande qui permet d’isoler le signal que l’on souhaite capter.

L’utilisation de filtre passe-bas permet de laisser passer les basses fréquences (BF), et d’atténuer les aiguës du signal audio (haute fréquence). A l’inverse, un filtre passe-haut permet de laisser passer les hautes fréquences (HF), et d’atténuer les graves du signal audio (basse fréquence).

bande_audible_homme_basse_haute_fréquence_aigu_grave_hertz

Les filtres sont aussi utilisés pour améliorer la netteté de nos photos ou leur donner un effet artistique ; voici un exemple qui montre ‘grosso-modo’ le comportement de ces filtres lorsqu’on les applique sur une photo :

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  • Pour un filtre passe-bas, seules les basses fréquences sont maintenues, les hautes sont coupées ; le résultat est similaire à une image floue.
  • Pour un filtre passe-haut, seules les hautes fréquences sont maintenues, les basses sont coupées ; les contrastes sur la photo originale apparaissent davantage sur la photo filtrée.
  • Pour un filtre passe-bande, seule une bande est maintenue, les basses et hautes fréquences sont coupées ; le résultat est similaire à une image floue et contrastée, le filtre passe-bande est en quelque sorte l’association d’un filtre passe-bas et d’un filtre passe-haut.

Il existe 6 types de filtres linéaires fondamentaux qu’il est nécessaire de connaître en électricité : les filtres passe-bas et passe-haut d’ordre 1, et les filtres passe-bas, passe-haut, passe-bande et coupe bande d’ordre 2.

Chacun de ces filtres correspond à un circuit électrique particulier !

(en plus de cet article, je vous conseille de lire ou relire l’article sur les composants principaux en électricité pour une meilleure compréhension).

Voici un récapitulatif avec les explications en dessous, (et à la fin de l’article, pour les plus curieux, vous pourrez retrouver les mêmes circuits, mais cette fois ci, accompagnés des diagrammes de Bode en gain et en phase, qui représentent les fonctions de transfert, et qui feront aussi l’objet d’une autre astuce) :

astuces_filtre_passe_bas_passe_haut_passe_bande_coupe_bande_schémas
Circuits des filtres avec les astuces !

Dans le premier circuit RC du filtre Passe-Bas du premier ordre, le condensateur (C) est en sortie, c’est à dire tout à fait à droite, ainsi pour s’en souvenir, il faut penser à un élève qui passe son Bac : « Passe-BaC » sachant que le C correspond au Condensateur, le C se trouve à la fin de « Passe-BaC », donc il se trouve en sortie du circuit RC. 

Dans le deuxième circuit RL du filtre Passe-Haut du premier ordre, la bobine (L) est en sortie, pour s’en souvenir, il faut penser à un élève qui passe dans le hall : « Passe-HauL » sachant que le L correspond à la Bobine, le L est à la fin de « Passe-HauL » et donc il se trouve en sortie du circuit RL.

Il en est de même pour ces deux types de filtres en ordre 2, sauf que puisque que nous sommes en ordre 2, il y a les trois composants électriques dans le circuit (Résistance, Bobine et Condensateur, (RLC)), donc pour le Passe-Bas (« Passe-BaC »), le condensateur se trouvera en sortie ; et pour le Passe-Haut (« Passe-HauL »), la bobine se trouvera en sortie.

Dans le circuit RLC du filtre Passe-Bande du deuxième ordre, la résistance (R) est en sortie, il faut se dire qu’il faut passer autour d’une plaie pour bander une blessure : « Passe-BandeR » sachant que le R correspond à la Résistance, il se trouve à la fin de « Passe-BandeR » et donc en sortie du circuit RLC.

Enfin, dans le circuit RLC du filtre Coupe-Bande d’ordre 2, le Condensateur (C) et la Bobine (L) sont en sortie, il faut penser à un un couple : « CoupLe-Bande » avec C pour le condensateur et L pour la Bobine, comme pour les astuces précédentes, il faut se dire que le L et le C se trouvent en sortie du circuit RLC.

astuces_filtre_passe_bas_passe_haut_passe_bande_coupe_bande
Circuits des filtres avec les diagrammes de Bode en gain et en phase (pour les curieux)

Par ailleurs, l’astuce précédente avec Passe-Bas/Passe-BaC et Passe-Haut/Passe-HauL permet aussi de mémoriser à vie, les formules liées au facteur de qualité Q :

formules liées au facteur de qualité

En effet, on remarque que le C (capacité du condensateur) se trouve toujours au dénominateur, il faut repenser au passe-baC (en bas) ; de même, le L (inductance de la bobine) se trouve toujours au numérateur, il faut repenser au passe-hauL (en haut) !

Dans tous les cas, la R (résistance) se trouve au dénominateur ; et lorsque la pulsation propre (ωo) intervient, celle-ci suit toujours le L ou le C !

Remarque : Bien évidement, cette astuce sert de garde-fou, elle permet d’être sûr de ne pas s’être trompé ; en temps normal, lors d’un examen, la démonstration sera sûrement demandée.

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