La tâche d’un filtre passe-haut est juste l’inverse d’un filtre passe-bas : offrir un passage facile à un signal haute fréquence et un passage difficile à un signal basse fréquence. Comme on peut s’y attendre, les versions inductive (figure ci-dessous) et capacitive (figure ci-dessous) du filtre passe-haut sont juste l’opposé de leurs conceptions respectives de filtre passe-bas :
Filtre passe-haut capacitif.
L’impédance du condensateur
L’impédance du condensateur (figure ci-dessus) augmente avec la diminution de la fréquence. (Figure ci-dessous) Cette impédance élevée en série tend à bloquer les signaux basse fréquence pour les empêcher d’arriver à la charge.
capacitive highpass filter v1 1 0 ac 1 sin c1 1 2 0.5u rload 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .end
La réponse du filtre passe-haut capacitif augmente avec la fréquence.
Filtre passe-haut inductif.
L’impédance de l’inducteur
L’impédance de l’inducteur (Figure ci-dessus) diminue avec la diminution de la fréquence. (Figure ci-dessous) Cette faible impédance en parallèle a tendance à court-circuiter les signaux basse fréquence pour les empêcher d’atteindre la résistance de charge. Par conséquent, la majeure partie de la tension chute aux bornes de la résistance série R1.
inductive highpass filter v1 1 0 ac 1 sin r1 1 2 200 l1 2 0 100m rload 2 0 1k .ac lin 20 1 200 .plot ac v(2) .end
La réponse du filtre passe-haut inductif augmente avec la fréquence.
Cette fois, la conception capacitive est la plus simple, ne nécessitant qu’un seul composant au-dessus et au-delà de la charge. Et, encore une fois, la pureté réactive des condensateurs par rapport aux inductances tend à favoriser leur utilisation dans la conception de filtres, en particulier avec les filtres passe-haut où les hautes fréquences provoquent généralement un comportement étrange des inductances en raison de l’effet de peau et des pertes du noyau électromagnétique.
Fréquence de coupure
Comme pour les filtres passe-bas, les filtres passe-haut ont une fréquence de coupure nominale, au-delà de laquelle la tension de sortie augmente au-dessus de 70,7 % de la tension d’entrée. Tout comme dans le cas du circuit de filtre passe-bas capacitif, la fréquence de coupure du filtre passe-haut capacitif peut être trouvée avec la même formule :
Dans le circuit de l’exemple, il n’y a pas de résistance autre que la résistance de charge, c’est donc la valeur de R dans la formule.
Application du filtre passe-haut
En prenant une chaîne stéréo comme exemple pratique, un condensateur connecté en série avec le haut-parleur d’aigus (tweeter) servira de filtre passe-haut, imposant une impédance élevée aux signaux de basse fréquence, évitant ainsi que cette puissance soit gaspillée sur un haut-parleur inefficace pour reproduire de tels sons.
De la même manière, une inductance connectée en série avec le haut-parleur de graves (woofer) servira de filtre passe-bas pour les basses fréquences que ce haut-parleur particulier est conçu pour reproduire.
Dans ce circuit d’exemple simple, le haut-parleur de médium est soumis à tout le spectre des fréquences de la sortie de la stéréo. Des réseaux de filtres plus élaborés sont parfois utilisés, mais cela devrait vous donner une idée générale.
Ne perdez pas de vue non plus que je ne vous montre qu’un seul canal (gauche ou droit) sur cette chaîne stéréo. Une vraie chaîne stéréo aurait six haut-parleurs : 2 woofers, 2 midranges et 2 tweeters.
Le filtre passe-haut achemine les hautes fréquences vers le tweeter, tandis que le filtre passe-bas achemine les basses vers le woofer.
Pour de meilleures performances encore, nous pourrions souhaiter disposer d’une sorte de circuit de filtrage capable de faire passer les fréquences qui se situent entre les basses (graves) et les hautes (aigus) vers le haut-parleur de médium, afin qu’aucune de la puissance du signal basse ou haute fréquence ne soit gaspillée sur un haut-parleur incapable de reproduire efficacement ces sons.
Ce que nous rechercherions s’appelle un filtre passe-bande, qui est le sujet de la section suivante.
REVUE:
- Un filtre passe-haut permet un passage facile des signaux haute fréquence de la source à la charge, et un passage difficile des signaux basse fréquence.
- Les filtres passe-haut capacitifs insèrent un condensateur en série avec la charge ; les filtres passe-haut inductifs insèrent une résistance en série et une inductance en parallèle avec la charge. La première conception de filtre essaie de « bloquer » le signal de fréquence indésirable tandis que la seconde essaie de le court-circuiter.
- La fréquence de coupure d’un filtre passe-haut est la fréquence à laquelle la tension de sortie (charge) est égale à 70,7% de la tension d’entrée (source). Au-dessus de la fréquence de coupure, la tension de sortie est supérieure à 70,7 % de la tension d’entrée, et vice versa.
Formulaires d’exercices connexes :
- Fiche de travail sur les filtres actifs
- Fiche de travail sur les circuits de filtres passifs
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