FR2624327A1 - Filtre actif traitant des gammes de frequence independament les unes des autres - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un filtre actif permettant de doser les hautes fréquences par rapport aux hauts médiums et les bas médiums par rapport aux basses fréquences. Il est constitué d'un composant logique CMOS à quatre portes NAND. Chaque porte, couplée à un filtre passif constitué de résistances et de condensateurs, permet de traiter une gamme de fréquence spécifique. Le système selon l'invention est particulièrement destiné à la correction de tonalité.

Description

DESCRIPTION
La présente invention concerne un filtre actif traitant les gammes de fréquence indépendamment les unes des autres.

Généralement, un signal destiné à passer dans un amplificateur de puissance, est traité en amont dans un pré-amplificateur dont la fonction est de corriger la tonalité. Ce principe est notamment appliqué en haute fidélite.

L'invention vise en outre, les appareillages pour la mise en oeuvre de ce procédé, ainsi que la structure spécifique de certaines parties ou unités des dites installations.

Les procédés actuels permettant de traiter les signaux, ont pour but de filtrer des fréquences particulières en les coupant plus ou moins par des filtres passifs. Ces procédés sont utilisés en tant que pré-amplificateur.

Pour améliorer ces pré-amplificateurs, on fait appel & BR< des amplificateurs opérationnels soigneusement choisis. Ces derniers demandent des circuits de contre-réaction bien étudiés car l'amplification est assez puissante, mais les filtres qui sont précis sont toujours passifs.

Les systèmes existant permettent de faire varier le gain des hautes et basses fréquences d'environ plus ou moins 10 à 12 décibels dans la gamme de fréquence de référence. Pczlr cela, on utilise généralement des résistances et des condensateurs afin de réaliser des filtres de coupure de fréquences type passe-haut ou passe-bas, après quoi on choisit d'amplifier celles que l'on veut favoriser. Dans ce cas, on crée une déformation du signal original.

Le principe général est de bloquer le passage de certaines fréquences ou d'en augmenter le gain. Le coupage se fait de façon sélective. Différence, le gain maximal obtenu par ce principe ne peut en général excéder plus ou moins 12 décibels par rapport au signal original.

Dans le domaine de la haute fidélité, la largeur du spectre est souvent restreinte, notamment dans les hautes fréquences, même si les caractéristiques techniques sont performantes. De ce fait, la dynamique du signal d'entrée parait atténuée. Ces inconvénients ne peuvent être corrigés avec des composants analogiques comme "le transistor".

L'invention est caractérisée en ce qu'elle repose sur l'utilisation de composants logiques fonctionnant dans un systeme analogique couplés avec un filtre passif pour obtenir un filtre actif.

A l'entrée du système, on bloque le passage d'une gamme de fréquence que l'on rentre dans une porte CMOS. A la sortie, on retrouve le signal restant plus la fréquence préalablement bloquée qui se rajoute amplifiée, puis on repasse dans un deuxième filtre qui s' occupe uniquement des médiums, puis dans un troisième qui lui ne s'occupe que des basses fréquences. Le principe est en effet de traiter activement trois groupes de fréquences : hautes, médiums et basses. On obtient donc la possibilité de doser les hautes fréquences par rappcrt aux hauts médiums et les bas médiums par rapport aux basses fréquences.

La capacité du procédé décrit dans l'invention, a isolé le domaine des fréquences responsables du souffle et permet ainsi de limiter les hautes fréquences en favorisant les médiums, donc le son n'est pas sourd comme traditionnellement.

La capacité du procédé décrit dans l'invention fonctionne sur la base de composants logiques et permet de ne pas atténuer la dynamique du signal d'entrée, et de ne pas couper les fréquences, mais uniquement de les doser.

Ces composants logiques permettent d'agir en filtres actifs et de modifier la composition spectrale du signal, sans modifier dans les autres composants, le signal original.

Ce procédé permet d'agir efficacement sur toutes les fréquenceE présentes du signal.

Les dessins annexés illustre. l'invention
La figure 1 représente un filtre actif pour hautes
et basses fréquences.

La figure 2 représente un filtre actif pour fré
quences médiums.

La figure 3 représente l'association du principe
général.

La figure 4 représente le schéma d'un correcteur de
tonalité sur le principe appliqué.

La figure 5 représente uneimplantation de composant
d'un correcteur de tonalité applicable
en haute fidélité.

La figure 6 représente un exemple de circuit
d'application du procédé à l'échelle 1
vu de face.

Le procédé réside dans l'utilIsation d'un composant CMOS à deux entrées et quatre portes NAND de type A (sans buffer) par exemple la référence MC 14011 U ou autres, couplé avec des condensateurs et résistances pour obtenir un filtre actif.

Chaque porte, porte CMOS-NAND est elle-même constituée de deux entrées inverseuses de très hautes impédances et d'une capacité de l'ordre de 5 pico-farad. L'adjonction d'un condensateur C1 et d'une résistance R2 en série à l'entrée de la porte permet de faire fonctionner le circuit en amplificateur.

La porte inverseuse NAND a ses deux entrées reliées en parallèle et une résistance R1 est placée aussi en parallèle entre l'entrée et la sortie de la porte. Le gain est alors formé par le rapport de R1 sur R2. R1 a une valeur ohmique importante afin d'obtenir un filtre passe-haut ou passe-bas, selon la valeur du condensateur en parallèle avec R1.

Malgré un gain important, il est possible d'atteindre des bandes passantes étendues, ce qui n'est pas le cas des amplificateurs compensés en fréquence. Du fait de la capacité d'entrée de l'ordre de 5 pico-farad de la porte NAND, on monte un condensateur C2 en parallèle avec R1 pour profiter de l'effet MILLER, ainsi le système deviendra un filtre actif. Ce principe est appliqué pour les hautes et les basses fréquences. Seul le condensateur C2, en prenant différentes valeurs, change le niveau des fréquences traitées. Il est bon de signaler que l'emploi d'un transistor de type NPN laissant passer au moines 100 KHz est utilisé à la sortie de la porte, pour rehausser le signal du MOS qui est toujours trop faible pour attaquer une ligne (Fig.1).

Muni de ces deux filtres actifs, il ne reste plus qu'à utiliser une troisième porte NAND pour le traitement des fréquences médiums (hautes et basses). Pour les hautes, il suffit par l'intermédiaire d'une résistance variable P2 et par l'intermédiaire d'un condensateur C4 d'entrer dans une porte NAND. De même pour les basses, on part d'une résistance variable P1 par l'intermédiaire d'un condensateur C5 et d'une résistance R4 en série afin d'entrer dans la même porte NAND.

Les fréquences de sortie dans ce cas sont les médiums qui sont réinjectés sur P2 et sur P1 à travers une résistance R5.

La sortie de cette porte rentre directement sur le traitement actif des basses fréquences (Fig.2).

Ainsi on schématise un traitement de fréquences fait en trois étapes (Fig.3)
- Les hautes fréquences (1)
- Les médiums fréquences (2)
- Les basses fréquences (3)
Le principe de l'invention réside donc dans la possibilité de pouvoir doser les hautes fréquences par rapport aux hauts médiums et de même les bas médiums par rapport aux basses fréquences.

Mais ce traitement peut-être fait dans un ordre différent et surtout on peut, en associant 50 ou plus filtres actifs en chaîne, travailler des bandes de fréquences plus restreintes.

Dans ce cas, le dosages s'effectuent d'une bande par rapport à une autre et ainsi de suite.

La caractéristique principale de ce type de traitement est la possibilité d'amplifier un gain de correction de plus ou moins 20 décibels (dans les mêmes gammes de références que précédemment). La conséquence directe en est l'élargissement du speztre quel qu'en soit les dosages sélectionnés.

L'utilisation de ce type de filtre peut-être appliqué par exemple
- Dans des autoradios en remplacement du correcteur de tonalité ou encore en tant qu'égaliseur de fréquence en divisant le systeme en bandes beaucoup plus petites.

- Dans tout ce qui est correction de tonalité, ainsi que dans des systèmes de très hautes performances techniques
necessitant une sélection active des fréquences dans un
signal.

Un pré-amplificateur haute fidélité pour autoradio est
une facon de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus.

Dans ce cas, le principe décrit est repris en totalité
en rajoutant seulement une résistance variable pour fabriquer
une BALANCE afin d'équilibrer un signal d'origine stéréo
ls un réglage du niveau de sortie pour attaquer un ampli
ficateur de puissance (Fig.4). Cependant, le signal d'entrée
ne doit pas excéder 240 mV sous une impédance de 47 K ou
adapter la résistance d'entrée en fonction du signal.

Ce correcteur doit être intégré dans l'autoradio ou placé
dans un boîtier séparé.

L'implantation des composants (voir fig 5) est donnée à
titre d'exemple et peut être beaucoup plus concentrée grâce
aux caractéristiques du CMOS (dégagement calorifique très
faible).L'emploi du composant de surface est donc tout à fait
possible (Fig.5). La figure 6 est donnée aussi à titre
d'exemple de réalisation pratique.

Liste des composants utilisés pour ce correcteur
Résistances :
R26, R27, R28, R29 = 2,20 Kohm
R24, R25 = 3,30 Kohm
R20, R21, R22, R23 = 4,70 Kohm
R18, R19 = 6,20 Kohm
R16" R17 = 1,00 Kcw RlO R11, R12, R13, R14, R15 = 33,00 K
R 8, R 9 = 39,00 Kohm.

R 6, R 7 = 47,00 Kohm
R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 = 100,00 Kohm
Condensateurs :
C 1, C 2 = 33,00 pF
C 3, C 4 = 68,00 pF
C 5, C 6 = 4,70 nF
C 7, C 8, C 9, ClO = 10,00 nF
C11, C12, C13, C14 = 0,22 F
C15, C16 = 220,00 F/25 V
C18, C19, C20, C21, C22, C23 = 1,00 ssF/63 V
C17 = condensateur de filtrage 1000 F/25 V
T1, T2, T3, T4 sont du type BC 109 ou BC 237
Les 2 MOS sont des MC 14011 U.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1) Filtre actif traitant les gammes de fréquences indépendamment les unes des autres caractérisé en ce qu'il est constitué par l'association en série de 2 ou plusieurs filtres actifs utilisant les portes NAND d'un composant CMOS couplé à des filtres passifs à résistances et condensateurs.

2) Filtre actif selon la revendic-tion 1 caractérisé en ce qu'un composant logique CMOS soit utilisé dans un signal analogique capable de part sa fidélité de traitement de corriger un signal de haute fidélité.

3) Filtre actif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'un amplificateur pré-amplificateur intégré haute fidélité en soit équipé.

4) Autoradio comportant un amplificateur, pré-amplificateur, radio, platine cassette ou laser caractérisé en ce que l'amplificateur et le pré-amplificateur répondent à la revendication 3.

5) Haute fidélité comportant un amplificateur, un préamplificateur, une platine disque, une platine cassette, une platine à bande, une platine laser, une platine audionumérique ou une radio caractérisé en ce que l'amplificateur et le pré-amplificateur répondent à la revendication 3.

6) Totale de mixage comportant des correcteurs c': tonalité pour chaque entrée et sortie cara térise en ce te le preamplificateur réponde aux revendications 1, 2, 3.