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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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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5. Réalisation de filtres actifs complexes
On peut réaliser des filtres actifs complexes en associant des cellules biquadratiques ou en simulant un filtre LC.
5.1 Cascade simple de cellules biquadratiques
Pour des filtres d’ordre peu élevé (jusqu’à 8, par exemple), et à largeur de bande B pas trop faible (ordre de grandeur : B > 20 %), la synthèse par mise en cascade simple de cellules biquadratiques convient. En effet, les coefficients Q des cellules gardent dans ce cas des valeurs faibles ou modérées (Q < 10 à 15, par exemple) et les sensibilités restent acceptables. La conception est très simple et l’indépendance des différentes cellules facilite les réglages.
Trois précautions sont à prendre en pratique :
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veiller à ce que l’ordre de mise en cascade préserve la dynamique du filtre. Forts Q en tête pour des signaux faibles, et faibles Q en tête pour des signaux de forte amplitude ;
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pour les filtres ayant des zéros de transmission, veiller à ce que les pôles et zéros des fonctions biquadratiques soient appairés de façon optimale. Pratiquement, on se contentera d’associer à une paire de pôles la paire de zéros la plus proche ;
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veiller à ce que la répartition des gains des différentes cellules biquadratiques préserve la dynamique de l’ensemble. Une bonne façon de faire consiste à égaliser les maxima des réponses de toutes les cellules.
Voici deux exemples de synthèse d’un tel filtre. Le premier est un filtre passe-bas de Tchebycheff d’ordre 5 réalisé avec les cellules les plus simples, celles de Sallen-Key. Le second est un filtre de Tchebycheff inverse passe-bande d’ordre 6, réalisé avec des cellules à variable d’état de Tow et Thomas.
HAUT DE PAGE5.1.1 Filtre passe-bas de Tchebycheff d’ordre 5
Il correspond au gabarit de la figure 27a :
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affaiblissement maximal en bande passante : 1 dB, de 0 à 1 kHz ;
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affaiblissement minimal en bande atténuée : 45 dB, au-delà de 2 kHz.
La fonction de transfert normalisée,...
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