Compte rendu de TP: Projet 4: Réalisation d un circuit imprimé et étude du filtre passe bande Brice L helgouarc h Gewendal Jouneaux Introdution L objectif de ces séances est de réaliser un filtre passe-bande utilisable dans le chariot filoguidé dont la structure serait plus simple que celle des filtres actuels du chariot. La première séance consistera à concevoir un prototype du filtre passe bande et à le tester sur plaque d expérimentation. Il s agira ensuite de concevoir le circuit imprimé sur lequel seront implantés les composants à l aide du logiciel TCI, puis finalement de réaliser ce circuit imprimé et de souder les composants choisis auparavant sur celui ci afin de réaliser le filtre. Conception de la carte filtre, tests sur plaque d expérimentation. Conception de la carte filtre Au premier abord, nous avons pensé à réaliser le filtre passe-bande par l association d un filtre passe bas et d un filtre passe-haut, tous deux passifs, afin d avoir la structure la plus simple possible. Malheuresement, après avoir réalisé un filtre d une telle structure, nous nous sommes rendus compte que ces filtres présentaient deux inconvénients majeurs: La pente d atténuation de ces filtres (20dB/décade) est insuffisante pour l utilisation que nous allons faire de ces filtres. Le courant de sortie d un filtre passif risque d être trop faible pour être bien traité par la suite par les cartes multiplexeur et redresseur. Sur les conseils de notre responsable, nous nous sommes donc dirigés vers les filtres actifs du second ordre suivant la structure de Rauch, qui éliminent les problèmes d impédance des filtres passifs et qui ont une pente d atténuation plus élevée (40 db/décade). Le schéma du filtre est détaillé en figure. On pose C C 2 pour simplifier les équations. On a les relations suivantes: A max R 3 () 2R f c (2) 2πC R 3 (R //R 2 ) (R //R 2 ) m (3) R 3
Figure : Schéma du filtre passe-bande Nous devons avoir un gain maximal de, on a donc R 3 2R. On cherche aussi à minimiser la bande passante ω 4mπf c de notre filtre: on va donc choisir une valeur élevée pour R 3 afin de minimiser m, et donc de minimiser ω. On choisit donc R 3 260kΩ car il s agit d une des valeurs les plus élevées à notre disposition. La valeur de C est choisie arbitrairement, on a donc C nf. On a R 3 2R, on choisit donc R 30kΩ. Il faut donc déterminer R 2. D après (), on a: f c 2πC R 3 (R //R 2 ) 2πCf c R 3 (R //R 2 ) (2πCf c ) 2 R 3 (R //R 2 ) ( ) R R 2 R 3 R + R 2 (2πCf c ) 2 ( ) R R 2 R + R 2 R 3 (2πCf c ) 2 R + R 2 R 3 (2πCf c ) 2 R + R 2 R 3 (2πCf c ) 2 R 2 R 3 (2πCf c ) 2 R 2
R 2 R 3 (2πCf c ) 2 R Application numérique avec R 30kΩ, R 3 260kΩ, C nf et f c 0khz : R 2 260000 (2π 0 9 0000) 2 30000 R 2 982Ω kω.2 Réalisation sur plaque d expérimentation et tests On utilise un AOP UA74, dont on détermine le brochage à l aide de sa datasheet. Le montage est réalisé selon le schéma obtenu précédemment en utilisant des résistances normalisées, on a donc R 20kΩ, R 2 kω et R 3 270kΩ. On teste le tout en visualisant le signal d entrée et le signal de sortie simultanément sur l oscilloscope: le gain maximal du filtre est bien proche de, mais le filtre ne résonne pas à 0khz, mais plutôt à 9.4khz, faute aux résistances normalisées et aux variations de capacité des condensateurs. Cependant, le 0kHz est suffisemment peu filtré et le 5khz suffisemment filtré pour que le filtre soit utilisable dans le chariot filoguidé. 2 Conception du circuit imprimé de la carte filtre sur TCI La carte utilisée est d une taille de 0 5 cm. On utilise les taille de pastilles et de trous suivantes: Pastilles rondes:.9mm Pastilles ovales:.59mm Pastilles rectangulaires:.59mm Trous: 0,8cm La largeur des pistes est de 0.95mm. Les pastilles rondes sont utilisées pour souder les résistances, les points de tests et les sockets des condensateurs. Les pastilles ovales sont utilisées pour souder le socket de l AOP, et la pastille rectangulaire sert de détrompeur pour ce dernier. On a cherché à espacer au maximum les composants sur la carte afin de faciliter les soudures et le perçage. Malheureusement, nous avons été obligés de faire un strapp sur la piste de l alimentation +5V de l AOP. Les pastilles sont placées sur la couche cuivre et le strapp sur la couche composants. Afin de mieux se retrouver sur le PCB, nous avons écrit le nom des composants sur celui-ci. On obtient le résultat visible en figure 2. 3 Réalisation de la carte filtre On imprime le schéma (en double) sur du papier calque. On superpose les deux schémas pour préparer l étape d insolation afin d enlever la résine photosensible aux endroits ou l on ne veut pas de pistes, puis on met la carte dans l insoleuse. On met la plaque dans le révélateur afin de dissoudre la résine ayant été exposée aux UV durant l étape d insolation, ce qui met le cuivre à nu et permet de dissoudre celui-ci lors de la phase de gravure, qui consiste à pulvériuser du perchlorure de fer sur la carte. Après passage dans la graveuse, on rince la carte et on soude les composants sur celle-ci. 3
Figure 2: Schéma de la carte filtre sur TCI 4 Tests de la carte filtre On branche la carte filtre à l alimentation, au GBF et à l oscilloscope. Tout comme durant la phase de tests, le filtre semble résonner à une fréquence plus proche de 9khz que de 0khz. On obtient les valeurs remarquables suivantes: Gain pour f 0khz: -5.23dB Gain pour f 5khz: -7.69dB Gain maximal: -.39dB en f 9khz Figure 3: Comparaison des signaux en entrée et en sortie du filtre réalisé à des fréquences respctives de 9, 0 et 5khz Après plusieurs mesures, on obtient le diagramme de Bode suivant: 4
Figure 4: Diagramme de Bode du filtre réalisé Conclusion Le filtre réalisé assure bien sa fonction de filtre passe bande, mais résonne à une fréquence plus proche de 9khz que de 0khz. Cependant, le gain pour f 0khz est suffisamment élevé et la différence d attéuation entre des signaux de fréquence 0 et 5khz est suffisemment grande pour que le filtre soit utilisable dans le chariot filoguidé. Références [] http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet /CD0000252.pdf [2] http://electronique.aop.free.fr/aop lineaire F/Filtre Rauch PBande.html 5