Brevet FR2331912A1 — publié le 19770610

La présente invention concerne un filtre actif passe-bas du deuxième ordre, à paramètres réglables de façon indépendante. Des filtres actifs passe-bas du deuxième ordre sont utilisés par exemple pour constituer les filtres de modulation et de démodulation des dispositifs d'émission et de réception d'impulsions téléphoniques codées. Les filtres actifs du type mentionné ci-dessus comprennent essentiellement un amplificateur opérationnel ainsi qu'un réseau de résistances et de eondensateurs, connecté notamment de façon à appliquer une contre-réaction déterminée à l'amplificateur opérationnel. Pour conférer une fonction de transfert et un gain déterminés à un filtre actif de ce genre, il faut tenir compte des écarts que peuvent présenter, par rapport à leurs valeurs nominales respectives, d'une part les composants résistifs et capacitifs du réseau mentionné, et d'autre part les caractéristiques de l'ampll- ficateur opérationnel.Parmi ces différents éléments, seules les valeurs des résistances du réseau peuvent eAtre ajustées assez facilement, et notamment de façon continue, pour tenir compte des écarts entre les valeurs réelles des autres eons tituants du filtre, et leurs valeurs nominales. Par suite, ayant mesuré les caractéristiques de l'amplificateur opération nel et les valeurs des composants capacitifs~ du réseau, on peut théoriquement calculer les valeurs que doivent présenter les composants résistifs dudit réseau pour que le filtre pré- sente la fonction de transfert et le gain désirés. On conçoit cependant que cette méthode est peu satisfaisante,dans la mesure où,d'une part,elle nécessite des mesures précises de tous les composants du filtre et des calculs compliqués, et où,d'autre part,elle ne permet pas d'obtenir en toute certitude des filtres actifs dont les différents paramètres ont exactement les valeurs prévues.C'est pourquoi on s'est orienté, pour la réalisation des filtres actifs du type mentionné,- vers une méthode consistant à mesurer de façon continue les différents para mètres à régler du filtre actif, au fur et à mesure que l'on procède au réglage continu des composants résistifs de son réseau la mise en oeuvre de cette méthode est parti culièrement commode dans le cas, de plus en plus fréquent, où le filtre actif considéré est matérialisé par un circuit solide, du type intégré ou du type hybride, sur lequel les différents composants résistifs sont matérialisés par des plages ou des rubans résistifs, dont les dimensions transversales peuvent être ajustées de façon continue afin de régler avec une précision élevée la valeur de la résistance correspondante ; on a développé notamment, à cet effet, un appareil produisant un faisceau de rayonnement laser, dont les mouve ments sont commandés automatiquement par un calculateur de façon à ajuster les dimensions du ruban résistif que vient frapper ledit faisceau de rayonnement laser.Cette méthode perfectionnée présente l'important avantage de ne plus nécessiter la mesure précise des caractéristiques de l'amplificateur opérationnel et des valeurs des composants capacitifs du réseau,non plus que des calculs compliqués à partir des valeurs mesurées. Jusqu'à présent, on a seulement envisagéd'aprli quer cette methode perfectionnée de réglage des paramètres1 à deux typeede filtres actifs passe-bas du deuxième ordre, qui sont constitués respectivement par des structures donnues, soit du type dit de SALLEN KEY, soit du type dit de RAUCH. Dans le cas du filtre actif constitué par la structure de SALLEN KEY qui est illustrée sur la figure 1, l'ajustement des valeurs des résistances h ,- ht-et > ou R4, permet effectivement d'ajuster la fonction de-transfert du filtre actif, mais ne permet cependant de définir son gain qu a une constante additive près. Le rapport des capa cités C1 et C2 peut cependant être choisi quelconque. Dans le cas par contre de la structure de SATTEN KEY qui est illustrée sur la figure 2, l'aJustement des valeurs des résistances G1, G3 et G4 permet de régler avec précision non seulement la fonction de transfert du filtre actif, mais aussi la valeur dé son gain. Par contre, l'obtention d'une réaction négative pour l'amplificateur opérationnel A nécessite qUe le rapport des valeurs des capacités des copdensateurs 1 et C2 soit supérieur a' 4 Q2, Q étant le coefficlent de surtension de la fonction de transfert du filtre; en effet, si cette condition n'est pas satisfaite, l'ampl-i- ficateur opérationnel est soumis à une réaction positive, qui le transforme en oscillateur.Cependant, il n'est pas-toujours possible de donner au rapport des valeurs des capacités des condensateurs C et C2 une valeur suffisamment élevée pour qu'elle soit supérieure à 4Q2, notamment lorsque le filtre est réalisé dans la technique hybride. La méthode perfectionnée de réglage des paramètres d'un filtre actif, qui a été indiquéeprécédemment, n'a donc pas pu être appliquée Jusqu'à présent de façon touours satisfaisante à un ou plusieurs filtres actifs passe-bas du deuxième ordre. La présente invention propose une structure de filtre actif passe-bas du deuxième ordre,dont les paramètres peuvent être réglés de façon indépendante, par application de la méthode perfectionnée, indiquée ci-dessus1 et cela quelle que soit la technique de réalisation du filtre actif considéré. Le filtre actif passe-bas du deuxième ordre selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement par une structure dite de Rauch colportant une cellule en T, R1, Cii R2 > connectée à une entrée de l'amplificateur opérationnel,un un condensateur de réaction, inséré entre ladite entrée et la sortie de llaVplificateur- opérationnel, et une résistance de réaction R3 insérée entre la sortie de l'amplificateur opérationnel et le point Commun de la cellule en T, et qu'une résistance R4 est en outre connectée en parallèle sur la capacité Ci de ladite cellule en T, ce qui permet de régler successivement le gain du filtre (Vs/Ve), - R/R1 en ajustant la valeur de la résistance puis sa fréquence de coupure on ajustant la valeur de la résistance R2, et enfin son coefficient de surtension en ajustant la valeur de la résistance R4. L'application de la méthode perfectionnée, qui a été mentionnée précédemment1 au réglage des paramètres du filtre actif selon la présente invention, d'une part, permet de déterminer avec précision non seulement la fonction de transfert de ce filtre, mais aussi son gain, et, d'autre part, elle n'impose au rapport des valeurs des composants capacitifs dudit filtre, aucune condition difficile à satisfaire avec certaines techniques de réalisation. On a d'autre part constaté, de façon surprenante, que le filtre actif selon la présente invention offre l'important avantage supplémentaire de présenter des coefficients de sensibilité aux dérives de ses composants, plus favorables que les coefficients de sensibilité correspondants de la structure de SALLEM KEY, illustrée sur la figure 2. Â titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation du filtre actif selon la présente invention. La figure 3 représente cette forme de réalisation. ta figure 4 représente une structure de filtre, antérieurement ónnue,dont dérive la forme de réalisation illustrée sur la figure 3. La forme de réalisation du filtre actif selon la présente invention, qui est illustrée sur la figure 3, comprend un amplificateur opérationnel A, A une des entrées, par exemple l'entrée négative, duquel est connectée une cellule en , formée par deux résistances, R1 et R2 en série entre la borne d'entrée a du filtre et ladite entrée négative de l'amplificateur opérationnel A, et par un condensateur, C1, qui est connecté en parallal entre le point commun des résistances Ri et h d'une gart, et la masse d'autre part, une résistance R4 étant en outre connectée, selon la présente invention, en parallèle sur la capacité C1. Un condensateur de réaction, C2, est inséré entre l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel A et sa sortie,tandis qu'une résistance de réaction R3 est insérée entre ladite sortie de l'amplificateur opérationnel Â et le point commun aux résistances et R2 de la cellule en X. L'autre entrée, positive, de l'amplificateur opérationnel Â est réunie 9 lamasse à travers ime résistance R La fonction transfert,Vs/Ve = f (p),du du filtre actif illustré sur la figure 3, exprimée en fonction des valeurs de ses composants résistifs et capacitifs, peut être déduite de lrexpression de la fonction de transfert de la structure connue, dite de Rauch,qui peut être elle-même trouvée par exemple dans l'ouvrage intitulé "Réseaux actifs-Filtres"de J.P. GUILLET. La structure de Rauch, dont le schéma est illustré sur la figure 4, constitue également un filtre actif, dont le réglage des paramètres n'autorise cependant pas le recours a la méthode perfectionnée, qui a été mentionnée précédemment. Si l'on remplace, dans l'expression de la fonction de transfert de la structure de Rauch, l'impédance du condensateur C1 (figure 4) par ocelle du circuit 24-C1 parallèle (figure 3), on obtient l'expression suivante de la fonction de transfert du filtre actif selon la présente invention, - en fonction de la fréquence f :- 1') p ^ f J étant le symbole imaginaire. Des formules 4 et 1')on peut déduire facilement les expressions suivantes des principaux paramètres du filtre actif selon la présente invention, - savoir son gain en tension Vss/VeX avec la notation de la figure 3, sa fréquence de coupure fc, et le coefficient de surtension Q de sa fonction de transfert s Les parametres du filtre actif selon la présente invention sont alors réglés les uns indépendamment des autres, dans l'ordre suivant : en ajustant la valeur de la résistance R3, on règle le gain Vs/Ve, conformément à la relation 2) cidessus Ensuite, en ajustant la valeur de la résistance R2 s les valeurs des capacités Ci et C2 étant fixes, on règle la fréquence de coupure 9 du filtre, conformément à la relation 3) ci-dessu39 Enfin, en ajustant la valeur de la résistance R4, celle de la résistance RI étant fixe, on règle la valeur du coefficient de surtention Q de la fonction de transfert, conformément à la relation W) ci-dessus. Le filtre actif selon la-présente invention peut être utilisé avantageusement pour constituer le filtre de modulation du dispositif d'émission et de réception d'impulsions téléphoniques codées, qui est décrit dans la demande de brevet principal N 72 00r02 déposée le 4 janvier 1972 par la Demanderesse pour "Dispositif d'émission et de réception d'impulsions téléphoniques codées", dans sa demande de Premier Certificat d'Addition NO 72 43763, déposée le 8 décembre 1972, et dans sa demande de Deuxième Certificat d'Addition1 déposée le même jour que la présente demande de brevet (filtre de modulation F Â Y représenté sur la figure 2). REVENDICATIONS 1.- Filtre actif passe-bas du deuxième ordre, à paramètres réglables de façon indépendante, caractérise on ce qu'il est constitué essentiellement par une structure dite~de -RauchJ comportant une cellule en T, R1, C1, R2,connectee à une entrée de l'amplificateur opérationnel, un condensateur de réaction, C2. inséré entre ladite entrée, et la sortie de l'ampliricateur opérationnel, et une résistance de réaction R,. insérée entre la sortie de l'amplificateur opérationnel etle point commun de la cellule en T, et qutune résistance R4 est en outre connectée en parallble sur la capacité C1 de ladite cellule en T, ce qui permet de régler successivement le gain du filtre (Vs/Ve) f=o= - R/R1 en ajustant la valeur de la résistance R3, puis sa fréquence de coupure en ajustant la valeur de la résistance R2, et enfin son coefficient de surtension en aJustant la valeur de la résistance R4. 2. Application du filtre actif selon la revendication 1 pour constituer le filtre de modulation d'un dispositif d'émission et de réception d'iWpulsions téléphoniques codées.