Présentation
Auteur(s)
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Paul BILDSTEIN : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Docteur-Ingénieur - Directeur du Laboratoire des systèmes microélectroniques (LSM) du Groupe ESIEE (École supérieure d’ingénieurs en électrotechnique et électronique)
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Les filtres actifs sont des filtres incluant des composants actifs : transistors MOS (Metal Oxide Semiconductor), amplificateurs, interrupteurs électroniques...
Cependant, l’usage réserve presque exclusivement cette dénomination aux filtres composés uniquement de résistances, de condensateurs et d’éléments actifs linéaires. Ces derniers sont principalement des amplificateurs opérationnels mais aussi des amplificateurs réalisés avec des transistors MOS. Les inductances, composants encore difficilement intégrables, sont en principe exclues.
L’intérêt principal des filtres actifs réside dans leur faible coût et la possibilité de les réaliser dans un volume très réduit, voire sous forme totalement intégrée.
L’inconvénient est qu’il faut les alimenter et se contenter de filtrer des signaux d’amplitude limitée par la tenue des composants actifs. Le niveau de bruit et la présence de tensions d’offset peuvent aussi en limiter les domaines d’application qui se situent de toute façon dans les gammes de fréquence de fonctionnement des composants actifs utilisés.
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Blocs de base des filtres en cascade3. Méthodes de synthèse des filtres à partir de leur fonction de transfert
Pour calculer et réaliser un filtre actif, on commence par calculer sa fonction de transfert en tension à partir des spécifications. Cette étape est développée en détail dans l’article Fonctions de transfert des filtres électriques auquel le lecteur pourra se reporter.
La fonction de transfert en tension se présente toujours sous la forme d’une fraction rationnelle en p de la forme :
Une fois connu H(p), on synthétise un réseau actif ayant cette fonction de transfert. Deux méthodes sont principalement utilisées : la synthèse en cascade et la synthèse globale. Très différentes dans leur principe, elles aboutissent à des filtres dont les performances en terme de sensibilité sont aussi très différentes.
3.1 Rappel sur les sensibilités des filtres actifs
Les filtres actifs sont des dispositifs complexes et précis. Il est de la plus grande importance que les variations des valeurs des éléments constitutifs n’altèrent pas trop les performances du filtre. Ceci est particulièrement important dans le cas des filtres actifs, qui incluent des composants en silicium, dont les paramètres sont mal définis et pour lesquels les dérives thermiques sont très importantes.
Les caractéristiques d’un filtre étant principalement définies par son gain G, on évalue son degré de sensibilité à la variation d’un élément constitutif noté xi par la grandeur :
Notons que S, qui est une grandeur fonction de la fréquence, est le quotient des variations relatives du gain G et de l’élément xi .
Si l’élément xi est un composant passif (condensateur ou résistance), ses variations sont limitées aux dérives thermiques, au vieillissement et à l’écart entre la valeur théorique et la valeur du composant utilisé. Ces variations restent d’ampleur limitée et l’on pourra s’accommoder de valeurs de sensibilités de...
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