Filtre passe-bande

Types de filtres passe-bande

Un filtre passe-bande est un circuit électronique qui peut filtrer les signaux électriques. Il est fabriqué de différentes manières, en utilisant différentes technologies, pour répondre à diverses exigences. Voici quelques-uns des principaux types de filtres passe-bande :

• Filtre passe-bande LC analogique

  Un type spécial de filtre passe-bande, connu sous le nom de circuit LC passe-bande, peut être construit en utilisant des inductances et des condensateurs connectés en série ou en parallèle. On ne le trouve que dans le filtre analogique.

• Filtre passe-bande à rétroaction multiple

  Le filtre passe-bande à rétroactions multiples est un type de BF mis en œuvre dans une configuration à rétroaction négative d’amplis opérationnels. Il a un facteur Q élevé et est donc utilisé dans les applications de filtrage sélectif.

• Filtre passe-bande standard du second ordre

  Certaines applications doivent filtrer le signal d’entrée de manière standard tout en préservant la sortie en onde sinusoïdale ; dans de tels cas, le BF du second ordre standard est utilisé. Il est conçu à dessein pour fournir une norme de performance spécifiée pour les filtres passe-bande.

• Filtre passe-bande Butterworth

  Un filtre passe-bande Butterworth est lisse et ne présente aucune ondulation dans la réponse en fréquence. L’ordre du filtre détermine le grain du filtre et la vitesse à laquelle la réponse s’aplatit.

• Filtre passe-bande Tchebychev

  Le BP de Tchebychev a une réponse en fréquence caractérisée par des ondulations dans la bande passante et une pente de coupure plus raide. Il est utile lorsque l’élimination rapide des fréquences indésirables est nécessaire.

• Filtre passe-bande Bessel

  Les BP de Bessel sont principalement utilisés lorsque la réponse impulsionnelle doit être maximisée. Ils offrent un délai de groupe maximalement plat, ce qui est essentiel pour la préservation du signal dans des applications telles que la conversion de données.

• Filtre passe-bande de Savitzky-Golay

  Ce filtre lisse les données brutes. Il réduit le bruit dans les données sans supprimer les caractéristiques importantes des données, telles que le pic et la vallée. Il contribue à la préservation de la différenciation.

• Filtre passe-bande de Kalman

  Ce filtre spécifique utilise la technologie de filtre récursif pour réduire le bruit et mesurer incorrectement les données ; il est largement utilisé dans le suivi et le contrôle des signaux.

• Filtre passe-bande numérique

  Les filtres passe-bande numériques prennent des entrées numériques et les traitent pour produire des signaux numériques filtrés. De nombreux filtres passe-bande, tels que les filtres de Kalman, sont mis en œuvre numériquement.

Fonctions et caractéristiques du filtre passe-bande

• Bande passante :

  La fonction essentielle des filtres passe-bande est d’avoir une bande passante, la plage de fréquences où les signaux peuvent passer à travers le filtre. Un filtre passe-bande a une fréquence de coupure inférieure et une fréquence de coupure supérieure qui définissent la bande passante.

• Atténuation :

  Les filtres passe-bande adéquats présentent une bonne atténuation, ce qui montre combien de signaux sont maintenus hors de la bande passante. Les signaux au-dessus de la fréquence de coupure supérieure et en dessous de la fréquence de coupure inférieure doivent être fortement atténués. Cette propriété rend les filtres passe-bande utiles dans les communications.

• Fréquence centrale :

  C’est la fréquence où l’atténuation est nulle, ou la réponse est plate dans la bande passante. La fréquence centrale d’un filtre passe-bande peut être calculée avec cette formule : fc = fr (fl x fh)-0,5, où fc = Fréquence centrale, fr = Moyenne géométrique de fl et fh, fl = Fréquence de coupure basse, et fh = Fréquence de coupure haute.

• Gain :

  Pour qu’un filtre laisse passer les signaux dans la bande passante, il doit avoir un gain constant. Le gain d’un filtre montre combien de puissance est ajoutée ou soustraite du signal. Si le gain est constant, cela montre que la puissance du signal dans la bande passante est stable, et cela conduira à une qualité de signal stable.

• Facteur Q (facteur de qualité) :

  Le facteur Q montre à quel point le filtre est réactif ou aigu. Les filtres réactifs ont des bandes passantes étroites. Un facteur Q élevé montre qu’un filtre a une bande passante étroite. Les facteurs Q faibles ont des bandes passantes plus larges, montrent que le filtre n’est pas très réactif et peuvent atténuer les signaux autour de la fréquence centrale. Le facteur Q est calculé avec cette formule : Q = fc / BW, où BW est la bande passante à -3 dB.

• Ondulation :

  L’ondulation est de petites variations d’amplitude qui peuvent se produire dans la bande passante. Ces variations peuvent affecter la qualité des signaux qui traversent le filtre. Plus la bande passante est cohérente, meilleure est la qualité du signal.

• Distorsion :

  C’est l’atténuation inégale d’un filtre passe-bande. Lorsque la réponse à une fréquence n’est pas la même que la réponse à une autre, cela montre que les fréquences ne sont pas filtrées de manière égale.

Applications des filtres passe-bande

La mesure de la sortie d’un filtre passe-bande dépend de la tension et de la fréquence du signal d’entrée. Le type de filtre passe-bande joue également un rôle dans sa mesure. Les filtres passe-bande mécaniques peuvent être mesurés en décibels, tandis que les filtres passe-bande RF peuvent être mesurés en ohms.

Les BPF sont largement utilisés pour éliminer les signaux dans une plage de fréquences spécifiée. Les applications de ces filtres dépendent de l’industrie et du type de filtre :

• Communications : Dans les applications d’émetteur et de récepteur pour sélectionner les signaux désirés et supprimer le bruit ou les interférences indésirables. En modulation de fréquence, les BPF sont utilisés pour extraire le signal modulé de l’onde porteuse. En modulation d’amplitude, ils suppriment les harmoniques redondantes de la fréquence porteuse.
• Équipements audio : Pour améliorer des plages de fréquences spécifiques dans les égaliseurs et les processeurs audio. Les musiciens utilisent le filtre passe-bande audio pour créer un filtre de fréquence à intégrer aux pédales de guitare. Cela leur permet de créer un son spécifique en réduisant la bande passante.
• Dispositifs médicaux : Dans les outils de diagnostic pour isoler les composants de fréquence pertinents des signaux biologiques comme l’ECG ou l’EEG.
• Instrumentation : Dans les systèmes de test et de mesure pour nettoyer les signaux avant l’analyse.
• RF : Dans les circuits d’accord pour améliorer la sélectivité et la sensibilité des récepteurs.
• Surveillance environnementale : Pour détecter et mesurer les polluants dans l’air ou l’eau, où ils peuvent isoler et mesurer les concentrations de composés chimiques spécifiques.
• Physique et recherche : Les filtres passe-bande aident à étudier et à analyser les phénomènes ondulatoires. Ils sont utilisés dans les systèmes mécaniques comme les filtres de vibration pour isoler et amortir les vibrations de fréquence spécifiques.

De la liste ci-dessus, il est clair que les filtres passe-bande ont de nombreuses applications dans d’innombrables industries. Cela démontre à quel point ces outils sont essentiels et nécessaires pour effectuer des tâches qui aident à fabriquer et à mesurer des produits de qualité.

Comment choisir des filtres passe-bande

Avant d’acheter un filtre passe-bande à vendre, il est important de tenir compte de certains facteurs pour vous assurer qu’il répond aux exigences nécessaires. En voici quelques-uns.

• Déterminer les besoins de l’application : Connaître le but principal de l’utilisation d’un filtre passe-bande. Tenez compte des fréquences qui sont pertinentes pour l’application spécifique. Établir la bande passante requise. Il s’agit de la plage de fréquences sur laquelle le filtre doit laisser passer le signal d’entrée.
• Connaître les types : Se familiariser avec les différents types de filtres. Chaque type utilise un mécanisme différent pour séparer les signaux. Les filtres électroniques utilisent des circuits avec des résistances et des condensateurs accordés pour fournir une fréquence souhaitée. Les filtres actifs utilisent des composants amplificateurs et les filtres passifs avec des inductances, des résistances et des condensateurs. Le filtre de crossover utilise des canaux d’amplification distincts pour différentes plages de fréquences. L’utilisation du filtre correct étend les capacités du système, il faut donc comprendre la méthode de mise en œuvre du filtre.
• Tenir compte des spécifications du filtre : Choisir un filtre qui répond aux spécifications nécessaires. Déterminer les fréquences de coupure maximale et minimale. Il s’agit de la plage de signaux de fréquence que le filtre laisse passer. Choisir un filtre avec une perte d’insertion adéquate pour le rapport signal sur bruit dans l’application, car une perte plus faible est importante pour les applications sensibles au bruit. Spécifier le filtre de bande où la perte doit être minimale.
• Évaluer la pente : La pente est la vitesse à laquelle le filtre atténue le signal en dehors de la bande passante. Évaluer la pente du filtre pour s’assurer que la transition entre la bande passante et la bande d’arrêt est suffisamment rapide. Rechercher un filtre avec une largeur de transition étroite pour une séparation facile des fréquences adjacentes.
• Température et gestion de la puissance : S’assurer que le filtre peut fonctionner dans la température ambiante de l’environnement prévu sans compromettre les performances ou la fiabilité. Tenez compte du niveau de puissance maximal des signaux que le filtre peut gérer sans distorsion ni dommage. Cela est crucial pour les filtres utilisés dans les systèmes à niveaux de puissance élevés.
• Taille et disposition : Tenir compte de l’espace physique des composants de fréquence, de l’espace disponible et des besoins d’intégration/d’emballage. Les filtres de bande sont disponibles dans de nombreuses formes et dispositions différentes.
• Budget et qualité : Tout en tenant compte de divers facteurs, équilibrer les performances du filtre avec son coût pour établir la valeur globale du système ; s’assurer qu’il répond aux exigences de fiabilité et de performance à long terme.

Filtre passe-bande Q&A

Q1 : Comment choisir le bon filtre passe-bande ?

A1 : Lors de la sélection d’un filtre passe-bande, tenez compte des exigences de l’application, qui comprennent la fréquence centrale qui laisse passer les signaux, la bande passante qui spécifie la plage de fréquences et l’ordre du filtre qui définit la pente de la pente aux fréquences de coupure.

Q2 : Quelles sont les applications des filtres passe-bande ?

A2 : Les BPF sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment l’électronique, le traitement du signal, l’analyse des vibrations et l’acoustique. Ils améliorent les signaux en supprimant le bruit ou les composants indésirables, protègent les circuits de l’énergie hors bande et séparent les signaux dans les systèmes multicanaux.

Q3 : Comment choisir le bon filtre passe-bande ?

A3 : Pour sélectionner le filtre passe-bande approprié, l’acheteur doit identifier la plage de fréquences d’intérêt. Ensuite, déterminer le type de filtre, comme le filtre à encoche ou tout type spécifique. Troisièmement, tenir compte de l’ordre du filtre. Enfin, vérifier les spécifications du BPF.

Q4 : Quels sont les différents types de filtres passe-bande ?

A4 : Il existe différents types de filtres passe-bande, notamment les filtres analogiques comme le filtre Sallen-Key et le filtre à variables d’état, ainsi que les filtres numériques comme les filtres FIR et les filtres IIR.