Filtre actif passe haut du 2ème ordre : schéma

Avec un potentiomètre double, on peut réaliser un filtre actif passe haut avec réglage de la fréquence de coupure. Avec un ampli op, on obtient un filtre actif d'ordre 2 qui permet une atténuation bien prononcée des basses (pente de 12dB par octave). Voici donc le schéma du filtre actif, comment brancher le potentiomètre de réglage de la fréquence et quelques explications sur la conception de ce petit schéma.

Schéma du filtre actif passe haut d'ordre 2

Voici le schéma du filtre actif passe haut du deuxième ordre :

Filtre actif passe haut d'ordre 2 : le schéma

Le filtre actif passe haut repose sur un ampli op utilisé dans une structure de Sallen-Key. La structure de Sallen-Key ne nécessite que 4 composants autour de l'ampli op. C'est pour cela qu'elle a été choisie. Comme les condensateurs ont des valeurs fixes, l'élément variable est donc nécessairement la résistance (ici, le potentiomètre).

C1 et C2 sont choisies de valeur identique entre elles pour la simplicité des calculs. Le potentiomètre doit être doublé (stéréo) pour avoir deux résistances variables couplées (qui valent la même valeur et varient de la même façon quand on tourne l'axe du potentiomètre). L'amortissement du filtre actif de Sallen-Key est alors défini uniquement par le rapport des résistances (potentiomètre + R1 pour l'une, potentiomètre + R2 pour l'autre). R2 est choisie supérieure à R1 pour obtenir une réponse en fréquence de type Butterworth (le meilleur compromis souvent adopté en audio) lorsque le potentiomètre est en butée (valeur nulle, fréquence de coupure du filtre la plus élevée). Lorsque le potentiomètre augmente en valeur, le rapport des deux résistances totales tend vers 1 et la réponse en fréquence devient alors un peu plus arrondie autour de la fréquence de coupure.

Mathématiquement parlant, l'amortissement du filtre est égal à la racine carrée du rapport des résistances totales. Lorsque le potentiomètre est en butée, il vaut racine de (4.7k/10k), soit environ 0.7 (filtre de Butterworth) et lorsque la fréquence de coupure baisse (la valeur du potentiomètre augmente, l'amortissement se rapproche de 1. La réponse en fréquence est alors plus arrondie autour de la fréquence de coupure (la réponse en fréquence va moins "dans le coin", à la façon des poneys paresseux dans les manèges qui ne vont pas suffisamment dans les coins !).

Voici les réponses en fréquence du filtre actif simulées avec LTSpice IV :

Filtre actif passe haut d'ordre 2 : la réponse en fréquence

La fréquence de coupure va de 48Hz à 480Hz environ.

Montage du potentiomètre stéréo double pour le filtre actif

Si on souhaite que la fréquence de coupure la plus basse se situe en butée du côté gauche (comme un ampli au volume minimum), il faut brancher le potentiomètre double de cette façon vers le filtre actif passe haut :

Filtre actif passe haut du 2ème ordre : potentiomètre de réglage de la fréquence

Réalisation d'un filtre actif d'ordre 2

Pour établir la liaison entre le potentiomètre de réglage de fréquence (monté en face avant de votre réalisation par exemple) et le filtre actif, on peut utiliser un câble blindé à 3 fils. En effet, une des quatre connexions correspond à la masse. Cette liaison de masse entre le filtre et le potentiomètre permet de blinder les trois autres fils qui portent le signal audio. Voici un exemple de câblage pour une version stéréo de ce filtre actif.Branchement du potentiomètre 2 x 100kOhms de réglage de fréquence :

Branchement du potentiomètre 2 x 100kOhms de réglage de fréquence

Applications du filtre actif d'ordre 2

Ce filtre actif est tout à fait adapté à un système 2.1 avec caisson de grave et satellites. Chaque satellite devra avoir son filtre actif. Il n'est pas possible avec cette méthode de faire un réglage de fréquence commun aux deux satellites (stéréo) étant donné qu'on trouve difficilement des potentiomètres quadruples (4 résistances qui varient simultanément).

Exemple de réalisation de deux filtres actifs passe haut sur une maquette d'ampli classe D :

Ici, il s'agit d'un ampli classe D stéréo 2 x 250W, alimenté par une alimentation à découpage (demi pont basé sur un transfo d'alimentation de PC ATX et d'un driver IR2153D). Les filtres actifs sont basés sur un TL072 et deux potentiomètres doubles 2 x 100kOhms. On voit les deux réglages de fréquences et le potentiomètre de volume stéréo, ainsi que le connecteur RCA d'entrée et le bornier haut-parleur (sortie de l'ampli).