Filtres passe-bande : conception, implémentation et conseils pratiques

Comment créer un filtre passe-bande

Dans de nombreux systèmes électroniques, seule une plage spécifique de fréquences doit traverser une chaîne de signal. Un filtre passe-bande laisse passer précisément cette bande tout en rejetant toutes les fréquences plus basses et plus élevées. En combinant un étage passe-bas et un étage passe-haut, on obtient un filtre unique qui satisfait cette exigence.

Voici un diagramme de blocs au niveau système illustrant le concept :

Diagramme de blocs au niveau système d'un filtre passe-bande.

Conception d'un filtre passe-bande utilisant des condensateurs

Lorsque les deux étages sont câblés en série, le circuit résultant ne laisse passer que les fréquences qui ne sont ni trop basses ni trop hautes. Voici un schéma typique construit avec des composants passifs, et la réponse en fréquence correspondante est montrée ci-dessous.

Filtre passe-bande capacitif.

filtre passe-bande capacitif v1 1 0 ac 1 sin r1 1 2 200 c1 2 0 2.5u c2 2 3 1u rload 3 0 1k .ac lin 20 100 500 .plot ac v(3) .end

La réponse d'un filtre passe-bande capacitif culmine dans une plage de fréquences étroite.

Conception d'un filtre passe-bande utilisant des inductances

Bien que les inductances puissent également réaliser une réponse passe-bande, les condensateurs offrent généralement une « pureté » plus élevée dans leur comportement réactif, donnant aux concepteurs un avantage clair. Voici une conception représentative à base d'inductances :

Filtre passe-bande inductif.

Réorganiser les sections passe-haut et passe-bas n'altère pas l'action de filtrage fondamentale ; le circuit rejette toujours les fréquences hors de la bande désirée.

Cependant, se fier uniquement à l'action de blocage de chaque étage introduit des limitations pratiques. Même au pic du filtre, l'atténuation combinée des sections passe-bas et passe-haut peut réduire l'amplitude du signal. Dans l'analyse SPICE ci-dessus, la tension de charge n'excède jamais 0,59 V, malgré une source de 1 V. L'atténuation s'aggrave si le filtre est rendu plus pentu ou plus sélectif.

Des techniques plus avancées peuvent obtenir une bande passante à sommet plat sans sacrifier la force du signal, et nous explorerons ces méthodes plus loin dans ce chapitre.

RÉSUMÉ :

• Un filtre passe-bande ne laisse passer que les fréquences dans une plage spécifiée, bloquant à la fois les fréquences plus basses et plus hautes.
• Il peut être construit en cascade d'un filtre passe-bas avec un filtre passe-haut (ou vice versa).
• « Atténuer » signifie réduire l'amplitude du signal ; c'est le même principe que celui derrière le contrôle de volume d'une chaîne stéréo.

FICHIERS D'EXERCICES ASSOCIÉS :

• Fiche d'exercices sur les filtres actifs