Régime linéaire - Circuits dépendants de la fréquence
L'étude est ici faite en régime harmonique en considérant les impédances complexes des différents composants. La boucle de contre-réaction induit un fonctionnement linéaire de l'amplificateur opérationnel (V+ = V-). Cette page ne décrit pas une étude complète et rigoureuse d'un filtre (pas de diagramme de Bode), mais se contente de proposer un montage dont le comportement est celui recherché (filtre passe-bas, passe-haut, passe-bande, ...). Il est supposé que le lecteur possède des notions sur le gain, les fréquences de coupure ainsi que sur le coefficient d'amortissement et de qualité d'un filtre.
Ce montage est l'association d'une cellule passive de type passe-bas R-C et d'un AOP monté en suiveur. Ce dernier permet de recopier la tension du pont diviseur en sortie sans influencer ce dernier (pas de tirage de courant entre R et C, le pont peut être considéré comme parfait si l'on néglige le très faible courant d'entrée de l'ampli).
Pour obtenir la fonction de transfert de ce filtre, on applique la formule du pont diviseur de tensions en considérant la capacité comme impédance complexe Zc, ainsi que les tensions complexes Ve et Vs :
La fonction de transfert H(jw) a la forme classique d'un filtre passe-bas du 1er ordre et la fréquence de coupure est déterminée par les valeurs des éléments R et C.
Ce montage possède un gain maximal de 1 (montage suiveur), soit de 0 dB. Il vous reste maintenant à étudier l'évolution de son module et de sa phase en fonction de la fréquence. Au final, cela vous menera au tracé d'un diagramme de Bode.
.NB : Attention, en pratique la bande passante de l'AOP est limitée !
Oublions un instant les mathématiques et posons nous la question suivante : "Que se passe t'il physiquement dans ce montage ?" L'impédance du condensateur étant inversement proportionnelle à la fréquence, plus celle ci est élevée, plus ce dernier se rapproche d'un simple fil (court-circuit). De fait, il "met" à la masse l'entrée non inverseuse de l'AOP qui, lui, recopie cette tension (nulle) en sortie. On court-circuit ainsi les hautes fréquences pour ne laisser passer que les basses. Le comportement global du montage s'apparente donc bien à celui d'un filtre passe-bas.
Pour ajouter un gain strictement positif à ce filtre, il suffit de rajouter deux résistances au niveau de la boucle de contre-réaction, à l'instar du montage amplificateur non-inverseur :
On trouve facilement :
Inversez R et C dans le montage pour obtenir un filtre passe-haut.