Filtre passe-bande passif
Un filtre passe-bande sépare une plage spécifique de fréquences des autres au sein d'un groupe de fréquences particulier. Certains circuits électriques sophistiqués peuvent ne pas trouver approprié de laisser passer des très basses fréquences à 0 Hz ou des très hautes fréquences. Le filtre passe-bande passif remplit les fonctions de sélectivité de fréquence en fonction des combinaisons de résistances et de condensateurs en série dans leur circuit. Ils bloquent à la fois les fréquences inférieures et supérieures en dehors de leur plage passe-bande sélective. Ces filtres sont composés d'un filtre passe-bas et d'un filtre passe-haut.
Construction
Un filtre passe-bande typique doit présenter deux réseaux RC comme indiqué ci-dessous :
Un réseau RC est utilisé en série, tandis que l'autre réseau RC est utilisé en parallèle. Les valeurs de fréquence de coupure peuvent être contrôlées via les valeurs de résistance et de condensateur utilisées dans le circuit de filtre passe-bande. Il peut autoriser une large gamme de fréquences ou une gamme étroite de fréquences, en fonction des valeurs de fréquence de coupure. Par conséquent, une plage spécifique de fréquences passe-bande est appelée bande passante.
Courbe de réponse en fréquence
La courbe de réponse en fréquence est présentée ci-dessous. La courbe de réponse en fréquence montre deux limites de fréquence de coupure : la limite inférieure de fréquence de coupure fL et la limite haute de fréquence de coupure fH. Toutes les fréquences inférieures à la fréquence de coupure inférieure fL sont bloquées jusqu'à ce que la sortie du filtre passe-bande augmente selon la pente de 20 dB/décennie. La sortie atteint alors une valeur maximale de 70,7 % et reste constante pour une plage de fréquences spécifique jusqu'à ce que la limite de fréquence supérieure de fH soit atteinte. La sortie recommence à baisser selon une pente de -20 dB/décennie.
Le gain maximum de -3 dB a été indiqué à la fois par une tendance à la hausse et une tendance à la baisse dans la figure ci-dessous. Par conséquent, la moyenne géométrique de ces deux points de fréquence fournit le point de résonance ou point de fréquence central.
Fréquence de résonnance
La moyenne géométrique de la fréquence de coupure supérieure et de la fréquence de coupure inférieure est exprimée comme suit :
fr présente la fréquence centrale, tandis que fh présente la valeur de fréquence de coupure supérieure et fl représente la valeur de fréquence de coupure inférieure.
Déphasage
Les filtres passe-bande sont des filtres du second ordre. Cela signifie la présence de deux combinaisons d'éléments passifs dans son circuit. L'angle de phase des filtres du second ordre sera le double de l'angle de phase des filtres du premier ordre. Cela signifie que l'angle de phase doit être de 180 degrés dans le filtre passe-bande. Le déphasage indiquait +90 degrés jusqu'à la fréquence centrale et -90 degrés après le point de fréquence centrale.
Fréquences de coupure supérieure et inférieure
Les valeurs de fréquence supérieure et inférieure peuvent être calculées tout comme les calculs de fréquence dans les filtres passe-bande bas et haut. L'expression générale est donnée par :
Exemple:
Un filtre passe-bande doit être conçu pour permettre des fréquences comprises entre 5 kHz et 40 kHz. En supposant que les résistances sont de 20 kΩ, calculez les valeurs des condensateurs et dessinez le filtre passe-bande final.
En utilisant l’expression générale de la fréquence de coupure supérieure et inférieure :
La valeur du condensateur passe-haut peut être calculée en utilisant la limite de fréquence inférieure :
La valeur du condensateur passe-bas peut être calculée en utilisant une limite de fréquence plus élevée :
Conclusion
Les filtres passe-bande fonctionnent sur le principe de laisser passer une gamme sélective de fréquences tout en bloquant toutes les fréquences inférieures ou supérieures. Ils sont composés à la fois de réseaux de filtres passe-bas et de filtres passe-haut dans leur construction.