En électronique, lorsqu’on travaille avec des signaux électriques comme des mesures de capteurs ou un signal audio, il est courant d’utiliser des filtres. Ces filtres servent à modifier ces signaux dans l’optique de les corriger, de les analyser ou de les exploiter correctement. C’est ce qu’on appelle le traitement du signal.
Définition de signal électronique
Un signal est la représentation d’une information qui transite au sein d’un système. Un signal électronique est limité physiquement en précision, en rapidité et en portée. Il peut également être modifié par des perturbations extérieures. Par exemple, on retrouve, généralement, sur la mesure d’un capteur une perturbation qui fait varier la valeur du capteur autour de la valeur mesurée. Cette perturbation s’appelle un bruit de mesure et peut provenir de champs électromagnétique et de la sensibilité du capteur. Ce bruit de mesure doit être négligé ou supprimé à l’aide d’un filtre pour avoir une valeur correcte.
En théorie, un signal peut avoir une représentation mathématique simple comme une fonction sinusoïdale avec une fréquence et une amplitude fixes. En pratique, un signal peut être décrit comme une superposition de signaux avec des fréquences et des amplitudes différentes. Ce sont les composantes spectrales.
Définition de filtre électronique
En électronique, un filtre est un élément qui modifie les composantes spectrales d’un signal d’entrée. Il existent trois grandes familles de filtres:
- les filtres analogiques passifs réalisés à l’aide de composants électroniques passifs (résistance, condensateur, inductance)
- les filtres analogique actifs réalisés à l’aide de composants électroniques passifs et actifs (transistor, amplificateur opérationnel, circuit intégré)
Avec les signaux analogiques, comme la mesure de capteur ou un signal audio, il est commun de trouver des filtres analogiques passifs ou actif. Passif pour filtrer le bruit de mesure; actif pour amplifier le signal. Une fois, le circuit qui réalise le filtrage est monté la fonction de filtrage ne peut être modifiée.
- les filtres numériques ou digitaux réalisés à l’aide d’un processeur et d’un programme informatique
Un code informatique gère les filtres numériques, ils ne sont donc pas figés. Ils servent souvent au traitement et analyse de données afin de faire ressortir certaines caractéristiques (couleurs d’une image, fréquence dominante d’un signal, etc.)
Types de filtre
Nous avons dit qu’un filtre modifie les composantes spectrales d’un signal. C’est à dire qu’il vient amplifier, supprimer ou atténuer une le signal à une fréquence donnée. Les filtres peuvent avoir différents types selon leurs fonctions:
- passe-bas : pour atténuer les hautes fréquences
- passe-haut: pour éliminer les basses fréquences
- passe-bande: pour laisser passer une plage de fréquence
- coupe-bande: pour atténuer une plage de fréquence
Fonction d’un filtre
Les filtres électroniques sont utiliser dans bon nombre de systèmes électroniques et sont souvent nécessaires au bon fonctionnement du système. Un filtre permet de:
- nettoyer pour avoir une meilleure lecture du signal
- supprimer une composante à une fréquence indésirable parce qu’elle est parasite ou qu’elle perturbe le système
- corriger pour obtenir un signal cohérent
Exemple de filtres analogiques
Les filtres analogiques sont souvent présents dans les systèmes électroniques audio-visuels. Imaginez une radio sur lequel vous pouvez augmenter les aiguës ou les basses.
Exemple de filtres numériques avec Arduino
Après ces définitions, voici quelques exemples courants de traitements du signal avec Arduino
Ce filtre sert à supprimer les bruits de transition d’un signal digitale comme la détection de la pression d’un bouton poussoir.
L’algorithme de moyenne glissante est une méthode facile pour réaliser un filtre passe-bas et éliminer le bruit.