STI2D SIN TP : Le filtrage

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1 I. PARTIE N 2 : «Etude du filtre passe bas» I.1 Fonction du filtre I.2 Analyse et exploitation de la caractéristique d un filtre passe bas Filtre sous forme d une boite noire Constitution d un filtre passe bas Ve(t) Filtre passe bas Vs(t) Q1 : Sur le schéma électrique du filtre, placer la tension d entrée Ve(t) et la tension de sortie Vs(t). Q2 : Sous Multisim dessiner le filtre passe bas et lancer une simulation fréquentielle de 1Hz à 100kz et tracer la fonction de transfert du filtre DB(Vs/Ve). Q3 : Mesurer la fréquence de coupure (Fc) de ce filtre pour une atténuation du signal de -3db. Q4 : Reporter votre résultat le diagramme semi-logarithmique ci-après. Q5 : Indiquer la bande de fréquence ou le filtre laisse passer le signal d entrée. Q6 : Indiquer la bande de fréquence ou le filtre attenu le signal d entrée. Fonction de transfert du filtre passe bas Réponse : Mesure de la fréquence de coupure Fc Bande de fréquence ou le filtre laisse passer le signal d entrée Bande de fréquence ou le filtre attenu le signal d entrée I.3 Mesure du gain ou de l atténuation Soit un signal Ve appliqué à l entrée du filtre tel que Ve =10V et que F=10Hz. Enseignement de spécialité Page 1 sur 7

2 Soit un signal Ve appliqué à l entrée du filtre tel que Ve =10V et que F=10kHz. I.4 Calcul de la fréquence de coupure d un filtre passe bas Il est possible de calculer la fréquence de coupure du filtre du premier ordre à l aide de la formule suivante : Q1 : Pour votre filtre passe bas calculer la fréquence de coupure. Q2 : Valider votre calcul à partir de vos mesures. I.5 Notion d ordre du filtre L ordre du filtre permet de caractériser le gain ou l atténuation du filtre. Un filtre d ordre 1 :.. Un filtre d ordre 2 :.. Un filtre d ordre 3 :.. Q1 : Sur la décade (1kHz-10kHz) mesurer l atténuation. Q2 : Déterminer l ordre de votre filtre passe bas. I.6 Notion de tracé asymptotique Le tracé asymptotique est un tracé simplifié qui représente la caractéristique du filtre avec deux droites. - De 0 < f < : une droite horizontale qui représente le gain du filtre. - De < f < : une droite de pente de 20db par décade. Q1 : Tracer le diagramme asymptotique du filtre passe bas sur le graphe de la page 4. I I. PARTIE N 3 : «Etude du filtre passe haut» II.1 Fonction du filtre II.2 Analyse et exploitation de la caractéristique d un filtre passe haut Filtre sous forme d une boite noire Constitution d un filtre passe haut Ve(t) Filtre passe haut Vs(t) Enseignement de spécialité Page 2 sur 7

3 Q1 : Sur le schéma électrique du filtre, placer la tension d entrée Ve(t) et la tension de sortie Vs(t). Q2 : Réaliser le filtre sous Multisim Q3 : Lancer une simulation fréquentielle de 1Hz à 100kz et tracer la fonction de transfert en DB. Q4 : Mesurer la fréquence de coupure (Fc) de ce filtre pour une atténuation du signal de -3db. Q5 : Reporter votre résultat sur le graphe semi-logarithmique. Q6 : Indiquer la bande de fréquence ou le filtre laisse passer le signal d entrée. Q7 : Indiquer la bande de fréquence ou le filtre atténue le signal d entrée. Fonction de transfert du filtre passe haut Réponse : Mesure de la fréquence de coupure Fc Bande de fréquence ou le filtre laisse passer le signal d entrée Bande de fréquence ou le filtre attenu le signal d entrée II.3 Mesure du gain ou de l atténuation Soit un signal Ve appliqué à l entrée du filtre tel que Ve =10V et que F=10Hz. II.4 On suppose que Ve =10V et que F=5kHz, II.5 Calcul de la fréquence de coupure d un filtre passe haut Il est possible de calculer la fréquence de coupure du filtre du premier ordre à l aide de la formule suivante : Enseignement de spécialité Page 3 sur 7

4 Q1 : Pour votre filtre passe haut calculer la fréquence de coupure. Q2 : Valider votre calcul à partir de vos mesures. Q3 : Pour cette fréquence calculer l atténuation et calculer l amplitude de sortie et comparer votre résultat avec. Q4 : Conclure. II.6 Notion d ordre du filtre Q1 : Sur la décade (10Hz-100Hz) mesurer l atténuation. Q2 : Déterminer l ordre de votre filtre passe bas. II.7 Notion de tracé asymptotique Q1 : Tracer le diagramme asymptotique du filtre passe haut sur le graphe de la page 6. I I I. PARTIE N 4 : «Etude du filtre passe bande» III.1 Fonction du filtre III.2 Analyse et exploitation de la caractéristique d un filtre passe bande Filtre sous forme d une boite noire Constitution d un filtre passe bande Ve(t) Filtre passe bande Vs(t) A partir de la Partie n 2 du TP Q1 : Donner le nom de la structure n 1.. Q2 : Calculer la fréquence de coupure F1... Q3 : Tracer en bleu le diagramme asymptotique de la structure n 1. A partir de la Partie n 3 du TP Q1 : Donner le nom de la structure n 2.. Q2 : Calculer la fréquence de coupure F2... Q3 : Tracer en rouge le diagramme asymptotique de la structure n 2. Q4 : Tracer en vert la caractéristique complète du filtre passe bande. Enseignement de spécialité Page 4 sur 7

5 Fonction de transfert du filtre passe bande et diagramme asymptotique A partir de Multisim Q1 : Simuler le filtre sur une bande de fréquence de 1 à 100khz. Q2 : Mesurer les fréquences de coupure F1 et F2 et comparer à vos calculs. Q3 : Représenter la caractéristique de votre filtre sur le diagramme asymptotique précédent. Q5 : Indiquer la bande de fréquence ou le filtre laisse passer le signal d entrée. Q6 : Indiquer les bandes de fréquence ou le filtre attenu le signal d entrée. III.3 Mesure du gain ou de l atténuation Soit un signal Ve appliqué à l entrée du filtre tel que Ve =10V et que F=3Hz. Soit un signal Ve appliqué à l entrée du filtre tel que Ve =10V et que F=300Hz. Soit un signal Ve appliqué à l entrée du filtre tel que Ve =10V et que F=30kHz. Enseignement de spécialité Page 5 sur 7

6 Exercice n 1 : «Comparaison de deux filtres» Structure n 1 Structure n 2 Pour les structures n 1 et n 2 : Q1 : Avec Multisim, tracer la fonction de transfert des filtres et compléter le document réponse n 1. Q2 : Indiquer le type de filtre réalisé. Q3 : Mesurer les fréquences de coupure. Q4 : Tracer les diagrammes asymptotiques. Q5 : Mesurer l atténuation sur une décade et déterminer l ordre du filtre. Q6 : Calculer l atténuation réalisée par ces deux filtres pour des fréquences de 10 et 1000hz si Ve=10V. Q7 : Expliquer la différence entre ces deux structures. Documents réponses Exercice n 2 : «Construction d un filtre» (Db) -3db 500hz 5khz -15db Enseignement de spécialité Page 6 sur 7

7 Questions Figure n 1 Série normalisée On souhaite construire un filtre dont la fonction de transfert s inscrit dans le gabarit de la figure n 1. Q1 : Reporter le gabarit sur le papier semi-logarithmique avec une échelle de 1Hz à 100kHz Q2 : Lire sur le gabarit, la pente minimale du futur filtre et sa fréquence de coupure. Q3 : Choisir une structure permettant de respecter le gabarit imposé et dessiner la solution retenue. Q4 : Rappeler pour ce filtre la fréquence la formule de la fréquence de coupure. Q5 : Calculer les valeurs des composants R et C, en utilisant la série normalisée E12. Q6 : Effectuer la simulation sous Multisim et valider vos choix. Q7 : Retracer le gabarit sur la simulation, page suivante. Enseignement de spécialité Page 7 sur 7