Filtres céramiques

L'apparition des filtres céramiques n'est pas récente. En effet, avant la généralisation de cegenre de circuits dans les appareils de l'électronique de divertissement, cette technologieétait déjà utilisée lors de l'introduction de la télévision couleur.
Alors que les premiers postes de télévisions couleur fonctionnaient encore avec des tubesélectroniques, la ligne à retard chrominance utilisait le principe de la piézoélectricité. Que cesoit dans les normes PAL, SECAM ou NTSC, pour décoder les signaux couleurs, il estnécessaire de retarder le signal de la valeur d'une ligne, soit 64 [µs].
Comme nous l'avons vu dans les chapitres précédents, un filtre peut également êtreconsidéré comme un réseau à retard, ou à avance. Cela signifie que le signal met un certaintemps pour traverser le filtre, ce qui provoque un déphasage de la tension d'entrée parrapport à la tension de sortie.
Le principe de fonctionnement des premières lignes à retard télévision était assez simple etmettait en pratique les notions vues précédemment. Le signal de chrominance d'unefréquence de 4.43 [MHz] pour le système PAL est injecté sur un petit cristal piézoélectrique.
La propriété de ce cristal est de se déformer lorsqu'il est soumis à une tension électrique.
Cette propriété est réversible, ce qui signifie que le cristal va produire une tension électriquelorsqu'il sera soumis à une déformation mécanique.
Dans la pratique, le signal à 4.43 [MHz] arrive sur le premier cristal que se met en vibrationultrasonore. Cette vibration met un certain temps pour traverser le corps en verre de la ligneà retard, avant d'arriver sur le second cristal qui va transformer cette vibration en tensionélectrique. La durée du retard dépendra des dimensions mécaniques du corps de la ligne àretard, dans notre cas ce sera de 64 [µs]. Le trajet du signal fera perdre de l'amplitude à lavibration, donc à l'amplitude de la tension fournie par le second cristal. Cette perte detension sera facilement compensée par un étage amplificateur.
Exemples pratique de ligne à retard à cristal piézoélectrique Ce genre de ligne à retard a été très utilisé jusqu'au milieu des années 80. Ensuite, denouvelles technologies sont apparues et les téléviseurs récents sont maintenant équipés delignes à retard sous forme de circuits intégrés. Ils fonctionnent selon le principe dutransfert de charges CCD que nous étudierons plus tard.
Après les lignes à retard utilisants des cristaux de quartz, les ingénieurs se sont penchés surd'autres applications. La plus répandue actuellement se trouve dans tous les appareils del'électronique de divertissement. Il s'agit de ce que l'on appelle communément les filtres àondes de surface.
Ils portent ce nom car il s'agit, comme pour la ligne à retard, d'une onde acoustique émisepar un cristal piézoélectrique et qui se propage sur une certaine matière appelée substrat.
Cette onde va rencontrer des obstacles qui vont modifier sa propagation en fonction de safréquence. C'est ce qui donnera le courbe de réponse du filtre.
Composition des filtres à ondes de surface Le transducteur d'entrée qui transforme le signal électrique en onde acoustique. Comme nous l'avons
vu précédemment, le transducteur se déforme en fonction du signal électrique et va créer une onde
acoustique comme les transducteurs des anciennes télécommandes TV à ultra son.
Le transducteur de sortie qui transforme l'onde acoustique ( vibration mécanique ), en signal
électrique. Ce transducteur fonctionne de la même manière que celui de l'entrée.
Substrat piézoélectrique sur lequel l'onde va se propager. Il est en nobiate de lithium ( Li NbO3 ).
Cette matière a été choisie en fonctionne de son coefficient de couplage qui est élevé et des faibles
pertes en signal.
Eléments absorbant acoustique. Ce sont deux bandes placées aux extrémités du substrat qui vont
absorber les ondes qui se dirigent vers elles. Elle sont là pour éviter une réflexion des ondes, ce qui
provoquerait des interférences néfastes pour la courbe du filtre ( voir cours d'électroacoustique ).
Eléments coupleurs. Ce sont les éléments les plus importants du filtre, car ce sont eux qui lui donnent
ses catéchistiques, en fonction de leurs dimensions. L'onde de surface ne peut être transmise que si
la fréquence est telle que les nœuds de vibration se trouvent tous entre deux dents successives. Si le
peigne ( coupleurs ) présente des écarts de dents légèrement différents, ce n'est plus une seule
fréquence, mais une plage de fréquences qui peut traverser le filtre. Nous obtenons alors le bande
passante désirée.
Ces filtres sont actuellement très utilisés dans les étages HF et MF des récepteurs RTV.
Leurs caractéristiques varient en fonction de leur application.
Un filtre MF radio utilisé pour la réception AM sera accordé sur une seule fréquence qui sesituera entre 450 et 500 [kHz]. Ce filtre aura une bande passante étroite.
Un filtre MF utilisé pour la réception FM sera accordé sur une fréquence de 10.7 [MHz]. Cefiltre aura une bande passante plus large que le précédent pour couvrir l'excursion defréquence FM.
Le principal avantage de ces filtres est d'offrir la possibilité d'une très grande sélectivité.
Selon la forme des coupleurs sur le substrat, il sera accordé sur une fréquence bien précise,pour être utilisé comme filtre bouchon, ou sur une bande de fréquences, comme filtre passe-bande.
La grande sélectivité du cristal nous permet d'obtenir des filtres qui élimineront oufavoriseront une fréquence bien précise.
Les deux schémas ci-dessous représentent une chaîne MF son d'un téléviseur couleurmultinorme. Ce téléviseur doit pouvoir fonctionner en normes B, G et I. En norme BG, la moyennefréquence est accordée sur 5.5 [MHz], alors qu'en norme I, la MF est accordée sur 6 [MHz].
Cela ne rend pas possible la réalisation d'un montage LC fonctionnant simultanément sur les deuxfréquences. La première version est réalisée au moyen d'éléments réactifs. Pour l'adaptation à lanorme I, il est nécessaire de changer la valeur du condensateur C2102 et de procéder au réglagede la bobine L5100. Dans la seconde version, l'emploi de 2 filtres à ondes de surface nous permetde prévoir le fonctionnement sur les deux fréquences. Chaque filtre est accordé sur la fréquencecorrespondant à la norme B, G ou I. Il n'est même pas utile de prévoir une commutation grâceaux caractéristiques des filtres à ondes de surface.
Les deux filtres OS sont simplement montés en parallèle et leurs caractéristiques se combinentpour permettre le fonctionnement avec les deux fréquences MF. La sélectivité des filtres OSétant particulièrement bonne, les deux filtres ne se perturbent pas l'un sur l'autre.
Module son. Téléviseur couleur Philips, châssis 2B Cet exemple parle de lui-même. La disparition de tout réglage est un avantage non négligeable,le filtre céramique étant taillé en usine pour une certaine fréquence. On peut toutefoisremarquer que le constructeur a conservé des circuits accordés et couplés à bobines etcondensateurs pour les deux discriminateurs. Il aurait tout aussi bien pu choisir des filtrescéramiques.
L'emploi de ces filtres ne se limite pas à la télévision couleur. Nous les retrouvons maintenantrégulièrement dans les récepteurs radio. Que ce soit dans les petits Walkman, ou dans leschaînes Hi-Fi haut de gamme.
Schéma d'un récepteur FM. Il est composé d'un mélange entre des filtres conventionnels, réalisés au moyen d'éléments réactifs et des filtres à ondes de surface.
Dans la partie AM, il y a également un filtre à ondes de surface.
Cette fois, il est combiné avec un filtre LC dans le but d'en améliorer la sélectivité.
Dans un téléviseur, la courbe de réponse des étages d'amplification MF doit correspondre àun gabarit très précis. Avant l'arrivée des filtres à ondes de surface, toute une série decircuits accordés filtraient le signal MF pour qu'il soit conforme aux niveaux désirés. Outrele prix supérieur en matériel de ce genre de réalisation, tous ces filtres nécessitaient unréglage, d'où une perte de temps à l'usine ainsi que des risques supplémentaires de pannes.
Ces filtres RL sont maintenant remplacés par des filtres à ondes de surface, comme lemontrent les deux exemples ci-dessous Ancien châssis, utilisant les filtres accordés pour chaque fréquence.
Même étage, mais équipé d'un filtre à ondes de surface. La simplification est évidente ! Pour permettre le choix du filtre, les fabricants nous fournissent des caractéristiquestechniques qui se présentent de la manière suivante.
Tableau des valeurs et courbe de réponse Par rapport à une atténuation de référence 0 [dB] à 37 [MHz] Cette courbe représente la réponse en fréquence du filtreRW 153A, utilisé dans les étages MF des téléviseurs. Ellecorrespond au gabarit MF normalisé, et aux valeursindiquées dans le tableau du haut de la page.

Source: http://www.est-usmba.ac.ma/benbrahim/ENSA/cours/filtres/ceramiques.pdf