(filtrer, amplifier, …) un signal d`entrée (tension) et fournir un signal

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avril 17
TP2 : étude expérimentale d’un filtre analogique RC passe-bas
1. Quadripôle : définition
Un quadripôle est un montage électronique possédant 4 bornes : deux bornes d’entrée et deux bornes de
sortie.
Il s’agit en général un montage qui va traiter (filtrer, amplifier, …) un signal d’entrée (tension) et fournir un
signal de sortie (tension) en conséquence.
On étudie alors la fonction de transfert : T 
vs
.
ve
T va généralement dépendre des valeurs des composants (R, L, C) du quadripôle et de la fréquence f (ou de
la pulsation ) de ve .
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Le plus souvent on représente graphiquement :
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- en ordonnée le gain G  20log T (en décibels – dB) où T est le module de T : T  T 
VS
.
VE
- en abscisse la fréquence f sur une échelle logarithmique.
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On appelle cette représentation un diagramme de Bode en amplitude. Elle renseigne sur l’action
d’amplification ou d’atténuation du filtre.
On peut y joindre un second graphique :
- en ordonnée l’avance de phase
  arg(T )
(en radians) de Vs sur Ve
- en abscisse la fréquence f sur une échelle logarithmique.
On appelle cette seconde représentation un diagramme de Bode en phase. Elle renseigne sur l’action de
retard ou d’avance du filtre.
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2 filtre de Haut parleur – étude expérimentale.
En réalité, ce filtre de haut parleur intègre deux filtres distincts :
-
Un filtre pour sélectionner les graves (woofer) entre la borne noire
et la borne verte
Un filtre pour sélectionner les aigus (tweeter) entre la borne noire
et la borne jaune
-
GBF
woofer
ue
Filtre
graves
us1
Filtre
aigus
us2
tweeter
2.1 Montage
a) Matériel :
-
Un filtre de haut parleur
-
Une enceinte (woofer ou tweeter)
-
Un GBF
-
Un oscilloscope
-
Câbles de connection (de type banane et/ou coaxial, T d’adaptation)
b) Réalisez le montage ci-dessus .
c) Ne connectez que le filtre des graves (borne verte) ou des aigus (borne jaune) selon l’enceinte dont
vous disposez.
d) Reliez à l’oscilloscope :
-
La masse (borne noire)
-
La borne rouge (signal de sortie du GBF) sur la voie Ch1
-
La borne jaune (ou verte), signal de sortie du filtre sur la voie Ch2
e) réglage du GBF
- Tension ue sinusoïdale , d’amplitude 1V crête à crête, de fréquence variable de 20Hz à 20kHz
f) réglage de l’oscilloscope
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On veille à avoir en permanence deux courbes (Ch1 et Ché) qui occupent l’écran dans sa totalité, sur 2 ou
3 périodes.
Afficher les mesures automatiques de Ve et Vs (tensions efficaces) ainsi que de la fréquence
Ajuster régulièrement l’amplitude de Ve pour rester autour de 1 V , la diminuer si le son provoque une
gêne.
2.2 Mesures
Ouvrir un fichier Regressi de type « clavier ». On définira 3 variables :
-
f : La fréquence (Hz)
-
La valeur efficace
U e de ve (t ) (V)
-
La valeur efficace
U s de vs (t ) (V)
Dans l’onglet « expressions » on définira 2 grandeurs :
US
(c’est l’amplification)
UE
-
T
-
G  20 * log( T )
(c’est le gain, en dB)
On veillera à enregistrer régulièrement ce fichier sur le disque dur du PC
Saisir les mesures pour les valeurs suivantes de f :
20, 50,100,200,500,1000,2000,5000,10000,20000 Hz
2.3 Diagramme de Bode en amplitude
Tracer le diagramme de Bode en amplitude (l’échelle de fréquence sera logarithmique).
Sauvegarder le diagramme sur le compte-rendu.
Le schéma ci-dessous explique la lecture de l’échelle logarithmique.
Si le graphe semble manquer de mesures dans une bande de fréquence, ajouter quelques mesures
intermédiaires en fin de liste Regressi, puis activer la fonction « tri ».
2.4 Exploitation
- Quelle est la fonction assurée par ce filtre ? quel est son rôle ?
- Mesurer à –3dB la fréquence de coupure fc. Faire apparaître la mesure sur le diagramme.
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2.3 Diagramme de Bode en phase
mesure de l’avance (ou décalage horaire) de Vs sur Ve : voir dessins ci-dessous
Ici la courbe U2 est en avance sur la courbe U1. On a donc t0  t1  t 2 représente l’avance temporelle de u1 sur u2
L’avance de phase :
    2f  2
t0
(en radian)
T
 (ou tau), dont l’unité est la seconde (s).
-
Sur le fichier Regressi, ajouter une variable
-
Mesure sa valeur pour les fréquences correspondant à la liste du fichier.
-
Dans l’onglet « expressions », définir   2f (on ecrira phi=2*pi*tau). L’unité de  est le radian.
-
Afficher le diagramme de Bode en phase en cocordance verticale avec le diagramme de Bode en
amplitude.
Interprétation : que dire du déphasage provoqué par le filtre dans la bande passante du filtre ?
-
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