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Filtre Actif 2ème ordre

Posté par
v3x0
29-03-18 à 13:27

Bonjour à tous!

me voici bloqué sur la dernière d'un exercice d'électricité: je vous met le circuit en PJ.

J'arrive à établir la fonction de transfert:


\underline{H}=\frac{1}{1-2(RCw)^2+2jRCw}


j'ai ensuite trouvé le comportement asymptotique du gain: en 0 il tend vers 0 et en l'infini c'est une pente de -40dB/dec.

Je trouve aussi que le gain max est de 0 et la fréquence de coupure de ((\frac{1}{4})^\frac{1}{4} \frac{1}{RC}     (ici, pas vraiment sur)



Pour la phase:  

\Phi = -arctan(\frac{2RCw}{1-2(RCw)^2})

et ainsi, en 0 il tend vers 0 et en l'infini il tend aussi vers 0: je ne sais pas comment tracer le diagramme

J'aurais bien essayé de diviser H en H1*H2 pour décomposer les diagramme de phase et ensuite trouver le comportement en 0 et l'infini, mais je n'y parvient pas.


Quelqu'un pourrait-il m'aider?

Merci d'avance!

Posté par
vanoise
re : Filtre Actif 2ème ordre 29-03-18 à 13:51

Bonjour
Juste une indication sur le diagramme asymptotique de la phase :  la différence entre les ordonnées des deux asymptotes est égale au produit de (/2) par l'ordre du filtre. Tu as ici un filtre d'ordre deux. Si l'asymptote à très basse fréquence correspond à =0, l'asymptote à très haute fréquence doit correspondre à =-rad
Je te laisse réfléchir à tout cela, le temps de vérifier tes calculs...

Posté par
vanoise
re : Filtre Actif 2ème ordre 29-03-18 à 13:58

OK pour la pulsation de coupure même s'il est possible de simplifier un peu 4^{\frac{1}{4}}

Posté par
v3x0
re : Filtre Actif 2ème ordre 29-03-18 à 14:14

Merci pour cette réponse aussi rapide, en effet \frac{1}{4}^\frac{1}{4} vaut  \sqrt(2)

Je vois que l'image n'a pas chargé, j'essai de la transférer dans ce message.

Cependant, j'ai beau relire mon calcul, je ne comprend pas comment obtenir - pi rad...

peut être que le problème vient de ma fonction de transfert, je me suis pourtant bien relu

Filtre Actif 2ème ordre

Posté par
v3x0
re : Filtre Actif 2ème ordre 29-03-18 à 14:19

\frac{1}{\sqrt2} évidemment! petit erreur

Posté par
vanoise
re : Filtre Actif 2ème ordre 29-03-18 à 14:35

Soit de façon très générale :

\Phi=\arg\left(A+jB\right)
où A et B sont deux réels. Il faut se méfier de la fonction arctangente. Pour rendre cette fonction bijective, on la définit uniquement pour \Phi compris entre - /2et +/2, . Il y a donc des aménagements à prévoir quand A est négatif. En effet :

\tan\left(\Phi\right)=\frac{B}{A}\quad avec\quad\cos\left(\Phi\right)\text{ du signe de A et}

\sin\left(\Phi\right)\text{du signe de B}
Voir ici par exemple :
Ta fonction de transfert n'est pas en cause ! Voici le diagramme de Bode tracé pour RC=1ms.
Je te laisse réfléchir...

Filtre Actif 2ème ordre

Filtre Actif 2ème ordre

Posté par
v3x0
re : Filtre Actif 2ème ordre 31-03-18 à 13:49

J'avoue sécher sur ce point... en quoi le fait que A soit négatif influence t-il la bijectivité?
(Désolé du temps de réponse, je n'avais pas accès au WIFI )

Posté par
vanoise
re : Filtre Actif 2ème ordre 31-03-18 à 15:27

Je te propose deux méthodes ; tu choisiras en fonction de ton degré de familiarisation avec la fonction arctangente.
Première méthode : on raisonne sur la tangente. Comme celle-ci ne définit l'angle qu'à rad près, on lève l'ambiguïté en tenant compte du signe du sinus et/ou du cosinus. Ici :
\Phi=\arg\left(1-2X^{2}-2jX\right)\quad avec\quad X=RC\omega

\tan\left(\Phi\right)=\frac{-2X}{1-2X^{2}}

avec : \sin\left(\Phi\right)\leq0 et \cos\left(\Phi\right) du signe de \left(1-2X^{2}\right)

le sinus est négatif : la phase varie entre (-) et zéro.

A très haute fréquence, la tangente tend vers zéro ; la phase tend vers zéro ou -. Puisque le cosinus est négatif, il faut retenir la valeur (-).
Deuxième méthode : on raisonne sur l'arc tangente. Pas de problème tant que la partie réelle reste positive ou nulle ; on obtient ton résultat :

\Phi=\arctan\left(\frac{-2X}{1-2X^{2}}\right)=-\arctan\left(\frac{2X}{1-2X^{2}}\right)
puisque la fonction arctangente est impaire.

Lorsque la partie réelle du complexe devient négative, puisque l'arctangente ne peut retourner qu'une valeur comprise entre (-/2) et (/2) rad, l'astuce consiste à multiplier ce complexe par :

1=\left(-1\right)^{2}=-1.e^{-j\pi}

\Phi=\arg\left(1-2X^{2}-2jX\right)=\arg\left[\left(2X^{2}-1+2jX\right).e^{-j\pi}\right]=\arg\left(2X^{2}-1+2jX\right)+\arg\left(e^{-j\pi}\right)

\Phi=\arctan\left(\frac{2X}{2X^{2}-1}\right)-\pi

Je te laisse vérifier que ce résultat est cohérent avec ce qui a été obtenu par la première méthode concernant le diagramme asymptotique.

Remarque : il serait possible de remplacer (-) par () dans le raisonnement précédent. L'expression de la phase ainsi obtenue reste correcte puisque la phase est définie modulo 2. Ce second choix a cependant un inconvénient : je te laisse vérifier que choisir ici () plutôt que (-) entraîne une discontinuité de \Phi de 2, ce qui n'est pas faux mathématiquement mais rend l'étude graphique malaisé comme le montrent les deux diagrammes de Bode de la phase représentés ci-dessous (en rouge, j'ai choisi (-), en bleu, j'ai choisi (). Pour plus de généralité, j'ai porté en abscisse le rapport (/o) en échelle log...
Pour résumer et généraliser : si \Phi=\arg\left(A+jB\right) :
Si A0 :
\Phi=\arctan\left(\frac{B}{A}\right)
Si A<0 :
\Phi=\arctan\left(\frac{-B}{-A}\right)\pm\pi
Sachant qu'il est préférable de choisir +rad si B>0 et (-)rad si B<0 pour éviter ce décalage de 2rad...

Filtre Actif 2ème ordre

Filtre Actif 2ème ordre

Posté par
vanoise
re : Filtre Actif 2ème ordre 01-04-18 à 15:33

Pour illustrer un peu mieux les problèmes posés par l'arctangente, voici une représentation illustrant différentes expressions de l'argument d'un complexe en utilisant la notion d'affixe comme tu le fais en math. Les deux premières figures correspondent au cas d'un filtre passe -bas du deuxième ordre tel que celui que tu as étudié avec B <0 et A tantôt positif tantôt négatif. Les deux autres figures illustrent le cas d'un filtre passe bas inverseur du second ordre avec B>0... Pose des questions complémentaires si tu le juges utile.

Filtre Actif 2ème ordre

Posté par
v3x0
re : Filtre Actif 2ème ordre 03-04-18 à 08:34

D'accord, je comprend mieux! Mais n'y a t-il pas un problème pour la phase en wc?
Car en fonction de par ou on arrive,  à gauche elle veut +pi/2 et à droite -pi/2 ...

Hum :o

Posté par
v3x0
re : Filtre Actif 2ème ordre 03-04-18 à 11:31

Je n'ai rien dis, en fait tout est beaucoup plus clair! Merci beaucoup de ton aide Vanoise c'est vraiment gentil à toi !



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