Guide complet des types de filtres en traitement du signal

En traitement du signal, les filtres sont des processus ou dispositifs qui éliminent les composantes indésirables d'un signal fréquentiel. On les retrouve en infographie, traitement d'image, systèmes de contrôle, radars, télécommunications, etc. Il existe plusieurs types de filtres que nous allons explorer aujourd'hui.

Types de filtres linéaires électroniques

Qu'est-ce qu'un filtre ?

Un filtre est un circuit qui supprime les composants indésirables — signaux parasites, bruit, etc. — lorsqu'ils traversent un milieu de filtrage.

Une autre définition insiste sur l'atténuation de fréquences spécifiques tout en amplifiant ou laissant passer d'autres fréquences. Ainsi, les filtres électroniques extraient les fréquences utiles d'un signal pollué par des fréquences non pertinentes.

Classification des filtres

Les fabricants classent les filtres selon leur construction et leur réponse en fréquence.

Selon leur construction

Deux grandes familles ressortent de ce critère.

Filtres passifs

Un filtre passif ne contient que des composants passifs : inductances, condensateurs, résistances.

Filtre passe-bande passif

N'ayant pas besoin de source d'énergie externe, ils n'offrent pas de gain en tension : la tension de sortie est toujours inférieure à la tension d'entrée.

En revanche, s'ils ne traitent pas les basses fréquences, les filtres passifs excellent au filtrage des signaux haute fréquence.

Leur conception est simple, mais connecter une charge modifie leurs caractéristiques. De même, les mettre en cascade pour augmenter l'ordre du filtre impacte leurs éléments.

Filtres actifs

À l'inverse, les filtres actifs intègrent des composants actifs : transistors, amplificateurs opérationnels, condensateurs, résistances.

Filtre actif

Ils nécessitent une alimentation externe, mais fournissent un gain de tension élevé qui amplifie les signaux d'entrée faibles. Ils ne traitent pas les fréquences très élevées, mais filtrent remarquablement bien les très basses fréquences.

Leur conception est plus complexe, mais ils offrent une impédance d'entrée élevée et une impédance de sortie faible : l'impédance de charge n'affecte donc pas leurs caractéristiques.

Enfin, pour augmenter l'ordre du filtre, on les cascade sans craindre de perdre la puissance du signal d'entrée.

Selon leur réponse en fréquence

La seconde classification repose sur les types suivants :

Filtre passe-bas

Un filtre passe-bas laisse passer les signaux de basse fréquence sans atténuation, mais rejette les signaux haute fréquence.

Filtre passe-bas

Il comprend un composant réactif dont la réactance varie avec la fréquence d'entrée. Cette variation modifie la chute de tension dans le circuit. Une forte chute de tension à la sortie laisse passer le signal ; une chute faible le bloque.

Filtre passe-haut

Un filtre passe-haut bloque les basses fréquences tout en laissant passer les hautes fréquences sans atténuer leur amplitude.

Filtre passe-haut

Un signal dont la fréquence dépasse la fréquence de coupure passe avec son amplitude complète. À l'inverse, un signal de fréquence inférieure à la coupure est bloqué.

Filtre passe-bande

Ce filtre bloque les fréquences supérieures ou inférieures à la bande passante, mais laisse passer une bande de fréquences précise.

Filtre passe-bande

Il possède deux fréquences de coupure : une supérieure et une inférieure. Le filtre bloque donc les hautes et basses fréquences, ne laissant passer que les fréquences de la bande passante (entre les deux coupures) sans atténuation.

En cascade, un filtre passe-haut (bloque les basses) suivi d'un filtre passe-bas (bloque les hautes) forme un filtre passe-bande.

Filtre coupe-bande / Filtre notch / Filtre rejette-bande

Un filtre rejette-bande atténue ou limite les fréquences dans une bande fixe.

Filtre coupe-bande / rejette-bande

Son fonctionnement est l'exact inverse du filtre passe-bande : il laisse passer les hautes et basses fréquences, mais rejette la bande fixe située entre elles.

Il possède aussi des fréquences de coupure supérieure et inférieure. Tout signal dont la fréquence se trouve entre ces deux valeurs est rejeté.

Courbes de réponse

Les courbes de réponse illustrent le comportement d'un filtre. Le diagramme ci-dessous en présente plusieurs types.

Modèle de réponse en bande

Applications des filtres

On trouve des filtres dans de nombreux domaines :

(Télévision)

(Fabrication automobile)

Conclusion

En résumé, les filtres s'appliquent aux projets nécessitant des signaux sans perturbation. Les différents types guident le choix du dispositif adapté.

Pour toute question sur les filtres fréquentiels, n'hésitez pas à nous contacter.