NOTIONS DE FILTRAGE EN ELECTRONIQUE

La fonction filtrage de fréquence sert à éliminer des signaux de fréquences non désirées. Les filtres se présentent sous diverses formes. On dit qu'un filtre est passif lorsqu'il n'y a pas d'amplification du signal d'entrée par un élément actif (transistor, Aop ). Dans le cas contraire, il est actif.. 
Exemple :

I- Intérêt du filtrage 

Exemple d'application : filtrage audio
Soit le signal audio suivant :

On souhaite séparer les composantes HF (Haute Fréquence) et BF (Basse Fréquence) du signal pour pouvoir les amplifier et les envoyer vers les baffles adaptées. (tweeter pour la HF et boomer pour la BF).
Pour récupérer le signal BF , on injecte Ve dans un filtre Passe Bas de fréquence de coupure Fc . Fc est la fréquence à partir de laquelle le signal sera fortement atténué.

 Le filtre "passe bas " laisse passer les basses fréquences (inférieur à Fc) et atténue fortement les fréquences > Fc . Le signal Vs1 obtenu est alors :

De même, on injecte le signal Ve dans un filtre "Passe Haut" de fréquence de coupure appelé aussi Fc (qui n'est pas forcément la même que pour le passe bas).

Le filtre "passe haut" laisse passer les fréquences supérieur à Fc et atténue fortement les fréquences < Fc.
Le signal Vs2 obtenu est alors :

Conclusion : le filtrage nous permet de séparer les signaux de fréquences différentes.

II - Principe physique du filtre.
Soit le montage ci-dessous : (filtre passif passe bas le plus simple)

Appliquons un signal carré Ve en entrée de ce filtre de basse fréquence (< à Fc) :

On constate qu'en sortie, on retrouve globalement le signal carré (un peu arrondi) : le condensateur a le temps de se charger et de se décharger.
Augmentons la fréquence :

On constate que seule la composante continue (BF) est transmise. Le condensateur n'a pas le temps de se charger / ou décharger au rythme du signal d'entrée : sa charge (tension) va en fait correspondre à la valeur moyenne du signal.

Conclusion pour notre Passe Bas : En BF  le signal d'entrée est transmis en sortie. En HF, le signal en sortie est lissé et Vs correspond à la valeur moyenne du signal, aussi appelée  "composante continue"

** Une petite formule : Pour calculer la fréquence de coupure de votre filtre RC,  ( filtre passe bas ou passe haut )
 Fc = 1/(2piRC) . La fréquence de coupure se définie pour une atténuation -3db (décibel) du rapport Vs/Ve (en module), c'est à dire module (Vs/Ve) = 1/racine(2). A titre d'exercice, vous pouvez le calculer en prenant Zc = 1/jcw  (j : nombre complexe, C: capacité du condensateur en farad, w (oméga) : pulsation (w= 2*pi*f) 

III  Notions de Fonction de transfert des 3 principaux filtres du premier ordre :

Filtre passe bas	Filtre passe bande	Filtre passe haut
Pour fréquence F : échelle logarithmique

Note1 : le filtre passe bande laisse passer une bande de fréquence, c'est à dire les signaux dont la fréquence est comprise entre Fc1 et Fc2 . Pour F<Fc1 ou F> Fc2 , le signal est fortement atténué.
Pente d'un filtre du premier ordre : -6db/octave : signifie que pour passer de Fc à 2*Fc , on a une atténuation de -6db.
Pente d'un filtre du 2ème ordre : - 12db/octave (la pente est donc plus accentuée)
Note 2 : -6db/octave = -20db/décade.
1 octave correspond à un passage d'une fréquence F à 2F. Une décade correspond à un passage de F à 10F.

IV Comportement des divers éléments d'un filtre :

Ce que vous devez savoir, et qui vous sera toujours utile pour  reconnaître (ou fabriquer) un filtre.
- Un condensateur se comporte comme un court circuit en HF et un interrupteur ouvert en BF.
- Une self se comporte comme un court circuit en BF et un interrupteur ouvert en HF.
(note : on utilisera indifféremment l'analogie "court-circuit" ou "interrupteur fermé" , c'est pareil)

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