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RÉSUMÉ
Avec une grande quantité de filtres disponibles, le filtrage est l’une des fonctions les plus utilisées dans les systèmes électroniques. Qu’il soit d’affaiblissement ou correcteur de phase, le filtre possède une fonction assimilable à un traitement du signal, le signal utile est envoyé à travers un ensemble de circuits électroniques qui modifient son spectre de fréquence et/ou sa phase. Le but du filtrage est d’extraire une partie de l’information, afin de restituer un signal plus intelligible. Le filtre électrique vient lui modifier un signal électrique d’entrée, en un signal électrique de sortie. Cet article passe en revue et compare les différents types de filtre existant (numériques, analogiques, passifs, actifs à capacités commutées…), avec leurs réalisations et caractéristiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Gaëlle LISSORGUES : Professeur à l'ESIEE, agrégée de physique appliquée - Ancienne élève de l'École normale supérieure de Cachan
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Henri FÉLIX : , ingénieur de l'École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace et ancien coordinateur des projets de coopération Esprit et Eurêka à Bull SA, paru en 1997.
INTRODUCTION
Le filtrage, qui consiste à isoler une bande de fréquences d'un signal de forme complexe, est l'une des fonctions les plus utilisées dans les ensembles électroniques et en traitement du signal. La plupart des systèmes électroniques comportent de grandes quantités de filtres qui répondent à des besoins fonctionnels très variés.
De façon très générale, le filtrage est une forme de traitement de signal, obtenu en envoyant le signal utile à travers un ensemble de circuits électroniques, qui modifient son spectre de fréquence, et/ou sa phase, donc sa forme (figure 1). Le filtrage a pour but d'extraire une partie de l'information liée à ce signal, le plus souvent de restituer à partir d'un signal incident un signal plus intelligible quant à l'information qu'il contient et que l'on souhaite sélectionner. Il peut s'agir d'éliminer ou d'affaiblir des fréquences parasites indésirables, ou d'isoler dans un signal complexe la ou les bandes de fréquence utiles.
Enfin, un filtre électrique opère une modification d'un signal électrique d'entrée, par exemple une tension v 1(t), vers un signal électrique de sortie, soit une tension v 2(t). À la modification du signal temporel v 1(t) correspond une modification du spectre V 1(jω) pour produire un nouveau spectre V 2(jω) associé au signal v 2(t).
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Réalisation des filtres
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1. Concept de filtre
Le plus connu consiste à extraire d'un signal complexe ses composantes comprises dans une certaine plage de fréquences. On parle alors de filtre d'affaiblissement. En dehors d'un intervalle de fréquence particulier, l'amplitude du signal est très atténuée.
Un filtre peut aussi avoir pour rôle de modifier uniquement la réponse en phase d'un signal. On parle alors de filtre correcteur de phase.
Le filtrage s'applique à des signaux représentés sous forme analogique (filtres analogiques), ou sous forme numérique après échantillonnage du signal (filtres numériques). Les premiers agissent donc directement sur le signal analogique d'entrée et sont constitués d'un ensemble de composants analogiques (résistances, condensateurs, inductances, éléments actifs, résonateurs…), tandis que les seconds demandent une numérisation préalable du signal d'entrée et sont constitués d'un ensemble d'opérateurs numériques (multiplieurs, additionneurs, délais…).
Les filtres s'appliquent aux systèmes de télécommunication (téléphonie, télévision, radiodiffusion, transmission de données), aux systèmes d'acquisition et de traitement de signaux physiques (surveillance médicale, ensemble de mesure, capteurs, radars), et de façon générale à tous les signaux porteurs d'une information, qu'ils soient analogiques ou numériques.
Notons que les systèmes d'alimentation électriques utilisent des filtres spécifiques (passe-bas) pour éliminer les parasites indésirables.
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Concept de filtre
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZVEREV (A.I.) - Handbook of filter synthesis - . Révision, Wiley (2005).
-
(2) - SEDRA (A.S.), BRACKETT (P.O.) - Filter theory and design: active and passive - . MatrixPub (2004).
-
(3) - WILLIAMS (A.B.) - Electronic Filter Design Handbook - . McGrawHill (2007).
-
(4) - BELLANGER (M.) - Traitement numérique du signal - . Masson (1997).
-
(5) - MITRA (S.) - Digital Signal Processing: A computer based approach - . McGrawHill (2007).
-
(6) - HUELSMAN (L.P.) - Active and Passive Analog Filter Design - . McGrawHill (1993).
-
(7) - DEDIEU (H.), DEHOLLAIN (C.) - Les...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
(liste non exhaustive)
SPICE (Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis), MicroSim Corporation
Logiciel de simulation de circuits électroniques développé à l'université de Californie depuis 1975 http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE
ADS (Advanced Design System), Agilent
Logiciel de simulation circuits et systèmes pour applications radio et hyperfréquences http://www.agilent.com
MATLAB, The Math Works Inc.
Logiciel d'outils mathématiques http://www.mathworks.fr/matlab
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