Comprendre l'électronique par la simulation.
par Serge Dusausay  Espace lecteur  plan du site


 Article 15 
   Quelques informations supplémentaires des pages 97 à 100 du livre.


Le filtre actif proposé est du type à contre réaction multiple.
Cette structure est "classique" et permet de réaliser un filtre passe haut (cas de l'article) ou passe bas (comme indiqué en page 100).
L'article 15 est volontairement court, et présente essentiellement la différence de réponse harmonique entre un montage simulé avec un amplificateur opérationnel parfait, et un montage simulé avec un amplificateur opérationnel "réel", c'est à dire, en fait, analysé par Pspice par son macromodèle.
L'essai réel développé ici rappelle qu'il existe quelques écarts entre la pratique et la simulation.

Rappel : errata
page 98 : L'expression donnant fo est erronée. Il faut lire :
page 100 : Erreur d'indice : il faut lire (en bas de la page) Y4= j C2 w


Le montage câblé est identique à celui présenté en page 98.
Les résistances sont à 5 %. Les condensateurs à 10%. L'ampli Op est un uA 741 (le même circuit intégré que celui exploité dans l' article 14). L'alimentation est +- 15 V.

3 essais sont présentés ci dessous. Le signal d'entrée est issu d'un G.B.F. réglé pour délivrer un signal sinusoïdal.

1) Un point dans la bande passante, en régime linéaire.

Un essai dynamique à 30 kHz a été réalisé.

Est présenté ci dessous :
- le signal d'entrée (Voie 1, trace supérieure),
- le signal de sortie (Voie 2, trace inférieure).

recopie d'écran scannérisée
Réponse à 30 kHz
10 us / carreau haut : CH1 : 200 mV / c bas : CH2 : 1 V / c
Interprétation :
- l'amplitude du signal d'entrée est de 230 mV (457 mV Pk-Pk).
- l'amplitude du signal de sortie est environ 1,875 V (3,75 V Pk-Pk).

Le signal de sortie est en opposition de phase.
Le gain à cette fréquence est de 20 log (3,75/0,457) = 18,3 dB soit exactement ce que le calcul (page 98) et la simulation (page 99) donnent.


2) Réponse harmonique.

En faisant varier la fréquence, on peut vérifier la réponse harmonique.
Celle-ci suit celle donnée en page 99.
Quelques points particuliers expérimentaux :
fréquence (kHz) 1,026 20 30 40 60 80 100 110 120
Gain (en dB) 0 18,2 18,3 18,3 18,3 17,95 16,63 16 15,36

Interprétation :
Comme simulé dans le livre, on retrouve la fonction passe haut :
- les basses fréquences sont coupées (la courbe traverse 0 dB à 1 kHz environ),
- un plateau à 18,3 dB à partir de 20 kHz environ,
- une chute de gain, liée à la caractéristique du uA 741. On perd 3 dB vers 120 kHz.

3) Détails

Pour mieux illustrer le paragraphe précédent, donnons 2 relevés particuliers :
2.a
Basse fréquence
Il a été choisi tout simplement le passage à 0 dB :

recopie d'écran scannérisée
Réponse à 1 kHz
500 us / carreau haut : CH1 : 200 mV / c bas : CH2 : 200 mV / c
Une simple mesure des amplitudes montre que le gain vaut 0 dB.

2.b
Haute fréquence
Il faut noter une particularité de ce montage : l'impédance d'entrée diminue avec la fréquence. Cela occasionne un pont diviseur avec l'impédance de sortie du G.B.F., traditionnellement de 50 Ohm.
2 conséquences :
- il faut, à chaque fréquence mesurer les amplitudes de la sortie ET de l'entrée, (ne pas considérer que le signal d'entrée est inchangé pour tout l'essai harmonique),
- en hautes fréquences, le montage perturbe le G.B.F., qui est dimensionné pour débiter sur 50 Ohm.
En effet, asymptotiquement, avec un ampli Op parfait, l'impédance d'entrée du filtre tend vers C1 en série avec l'association C2 parallèle à C3, ce qui représente, à 1 MHz par exemple, environ 7 Ohm.

Le relevé ci dessous, pris à 1 MHz, en témoigne :

recopie d'écran scannérisée
Réponse à 1 MHz
200 ns / carreau haut : CH1 : 200 mV / c bas : CH2 : 200 mV / c

Le signal issu du G.B.F. est déformé par la charge du montage. Pour s'en convaincre, il suffit de le déconnecter du circuit pour retrouver un signal parfaitement sinusoïdal.
Notons pour finir, qu'il est ambigu de parler de réponse harmonique quand le signal de sortie -et celui d'entrée- ne sont plus sinusoïdaux.

De plus, il a été remarqué une remontée de gain de la réponse harmonique vers 12 MHz.

En conclusion, la simulation -et la théorie- représentent parfaitement bien le phénomène principal (ici, la réponse en fréquence d'un filtre passe haut avec un Ampli Op uA 741). Par contre, l'expérimentation réserve quelques surprises liées aux instruments, conditions de mesure, phénomènes secondaires...
C'est aussi un des rôles de cette page de montrer ces cas.

fin de l'article 15

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