Sallen-Key filtresinin normal ikinci dereceden bir filtreye göre avantajı nedir?


11

Vikipedi, bir Sallen-Key filtresine aktif bir düşük geçiş olarak bağlanır, bu yüzden LTSpice ile denedim.

Frekans yanıtı ve faz yanıtı doğrusal değildir, bunun yerine frekans yanıtı 10kHz'den sonra daha da artar. Bu neden ve neden "normal" düşük geçiş filtresi yerine Sallen-Key filtresi kullanmalıyım?

Sallen-Key mavi çizgide.

Devre

Frekans tepkisi


4
"Normal" ikinci siparişiniz basamaklı bir birinci dereceden filtre çifti gibi görünüyor. Her zaman aşırı hasar görür. Sallen & Key sönüm faktörünün tam kontrolünü sağlar. Ve 10kHz'in üstünde, eski LM324'ten kazanç bant genişliği ürünü tükeniyor.
Brian Drummond

Yanıtlar:


27

"Normal" olarak adlandırdığınız şey, çok kötü seçiciliğe sahip basit bir iki aşamalı RC filtresidir (yalnızca iki gerçek kutup). Tersine. Sallen-Key topolojisi çok daha iyi seçicilik (daha yüksek kutup Qp) ve çeşitli olası yaklaşımlarla (Butterworth, Chebyshev, Thomson-Bessel, ...) ikinci dereceden bir düşük geçiş yanıtı üretebilir.

Bununla birlikte, Sallen-Key yapısının büyük bir dezavantajı vardır - diğer aktif filtre topolojileriyle karşılaştırıldığında (çoklu geri besleme, GIC filtreleri, durum değişkeni, ...): Doğrudan bir yol vardır (örneğin: C4) ) giriş ağından opamp çıkışına.

Bunun anlamı: Kesme frekansından çok daha büyük frekanslar için opamp'tan çıkış voltajı - istendiği gibi - çok düşüktür. Bununla birlikte, doğrudan C4 yolundan gelen ve opampın sonlu çıkış direncinde bir çıkış sinyali oluşturan bir sinyal vardır. Ve bu direnç frekansla artıyor!

Sonuç olarak, bu filtrenin sönümleme özellikleri olması gerektiği / olması gerektiği kadar iyi değildir. Ve bunu gözlemlediniz: Büyüklük, daha büyük frekanslar için yükselen bir özellik gösterir. (Bu istenmeyen sönümleme bozulmasına kazanç-bant genişliği ürününün sınırlamaları neden değildir).

İyileştirme: Durum, parça değerlerinin ölçeklendirilmesiyle iyileştirilebilir: Daha küçük kapasitörler ve daha büyük direnç değerleri.

Yorum 1 : Geri besleme kapasitörlü (çıkış ve giriş devresi arasında) herhangi bir opamp devresinin bu istenmeyen özelliği, klasik MILLER entegratörü için de gözlemlenebilir.

Yorum 2: Peki - Sallen-Key filtrelerinin diğer aktif filtre yapılarına kıyasla avantajları var mı? Evet var. En sık kullanılan iki topolojiyi karşılaştıralım:

(1) Sallen-Key çok düşük "aktif duyarlılık" rakamlarına (opamp ideal olmayanlara karşı duyarlılık) ve oldukça yüksek "pasif duyarlılık" rakamlarına (pasif toleranslara karşı duyarlılık) sahiptir.

(2) Çoklu geri besleme filtreleri (MF): Yüksek "aktif duyarlılık" ve düşük "pasif duyarlılık" rakamları.

Her iki duyarlılık da tüm filtrelerin oldukça önemli özellikleridir, çünkü istenen ve gerçek filtre tepkisi arasındaki sapmaları belirlerler (IDEAL koşulları altında tüm filtre türleri aynı performans özelliklerine sahip olacaktır).


"Parça değerlerini ölçeklendirerek durum iyileştirilebilir: daha küçük kapasitörler ve daha büyük direnç değerleri" eklediğinize göre, cevabınızı tamamen gönül rahatlığıyla yükseltebilirim. :)
Enric Blanco

'Bu, kazanç-bant genişliği ürününün sınırlamalarından kaynaklanmaz' - Kapalı bir döngü sisteminin çıkış direnci doğrudan kazanım tarafından belirlenir, bu nedenle bağlantının önerdiğinizden daha güçlü olduğunu düşünüyorum. GBW daha yüksek olsaydı, yanıttaki bükülme noktası da daha yüksek olurdu
user3125280 21:09

GBW ürününden hiç bahsetmedim. Bahsettiğim etki, (istenen) düşük geçiş özelliklerinden (azalan opamp çıkış sinyalini) ve - aynı zamanda - giriş ve çıkış arasındaki doğrudan yolun (geri besleme kondansatörü yoluyla) artan katkısından kaynaklanmaktadır.
LvW

Cevapta azalan opamp çıkışının sınırlı GBW ürününün bir sonucu olmadığını düşündüren bir cümle var. Beni hemen ikna etmeyen tek parça bu
user3125280

Azalan opamp çıkışı, elbette, istenen alçakgeçirim fonksiyonunun sonucudur.
LvW

3

UnityGainBandWidth'den daha yüksek gibi gerçekten yüksek frekanslarda, opamp Vout'un kontrolünü kaybetti. Bu eviren tek kutuplu alçak geçidin, hızlı giriş darbelerine nasıl INVERTING tepkisine sahip olduğuna dikkat edin. Geri Bildirim, giriş şarjının doğrudan çıkışta görünmesini sağlar.

resim açıklamasını buraya girin

Devre ve OpAmp parametreleri: resim açıklamasını buraya girin

BODE'nin (2. ekran görüntüsü) daha yüksek frekanslarda zayıflamasının tek nedeni 'CL' 15pF'dir ve 2 dirençli VirtualGround'a sahip LowPass oluşturur. [Daha iyi Yüksek Frek zayıflaması istiyorsanız, 470pF kapağını 2 giriş direncinin ortasına toplayın.]

Amplifikatörler ROUT'unu düzenleyerek eğleneceksiniz. Ve bu giriş filtresi kondansatörünü etkinleştirerek. Ve 15pF Cload'u düzenliyoruz.

Bu örnek, 19 benzersiz günlük kullanım için robustcircuitdesign.com adresinden ücretsiz olarak indirilebilen Signal Wave Explorer'a ait BUILTIN (SPICE bilgisi gerekmez) ürünlerinden biridir.

Ve Analog Devices'dan Walt Jung, on yıl önce LPF'nin bu zayıflığını tartıştı.

Aktif ve Kapatma modları için bir opamp'ın ÖLÇÜLEN Zout'u (500MHz'e yakın, 10pF. 31 Ohm'a benziyor) örneği: resim açıklamasını buraya girin


Bu vahiy, giriş empedansını açık döngü çıkış empedansından çok daha fazla yapan ihtiyatlı tasarımı göz ardı etmektedir. Bu durumda, Rout 1k ve Rin (dc) = 1.5k olup, yukarıda gösterildiği gibi> 1Mhz test dalga formlarında devreyi açık bir şekilde zayıf bir değer seçimi olan yüksek geçişli bir filtre yapar. GBW sınırlamasındaki bu zayıflığı hafifletmek için> 10 kat daha yüksek Rin için ölçeklendirme hatırlanmalıdır. OA'nın BW üzerinde büyük sinyaller bekleniyorsa da, ön filtreleme şarttır.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Yükselen f'ye sahip feedthru, Zout'un BW eksikliğinden kaynaklandığı geri bildirim kapağında ileri beslemeli geçişe sahip Sallen anahtar filtresi üzerinde Çoklu Geribildirim cct'sini daha iyi bir seçim haline getirir.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

1

Grup gecikmesi, Q, bant geçiren dalgalanma, bant durdurma zayıflaması, etek dikliği özelliklerine bağlı olarak birçok yapılandırma arasından seçim yapabilirsiniz.

Hem Sallen-Key hem de Çoklu Geribildirim aynı sonuçları elde edebilir.

aşağıya bakınız.

resim açıklamasını buraya girin

Her ikisi de seçtiğiniz OP'nin GBW'si ile sınırlı yüksek kazanç elde edebilir.

Bu TI yazılımı herhangi bir aktif filtre tasarlayabilir ve her iki yapılandırmadan birini seçmenize ve uygun değeri seçen direnç toleranslarını seçmenize olanak tanır. Giriş empedansını belirtmenize izin vermez, böylece tüm RC değerlerini buna uyacak şekilde ölçeklendirebilirsiniz.

Bessel yanıtını seçtim, bu yüzden grup gecikmesi düz.

Katma

Açık döngü çıkış direncinin veya herhangi bir Op Amp'in (Rail-Rail tiplerine çok daha kötü) açık devre çıkış direncinin sınırlanmasını ortaya koyan diğer cevaptan, Sallen-Keys filtresinin BW'nin üzerindeki zayıflama için daha kötü olduğunu öneriyorum ve açık döngü yüksek frekans (> GBW) zayıflamasının, Zout'taki negatif geri besleme azalmasının kazanç eksikliği nedeniyle hiçbir etkisi olmadığı GBW eşiğinin üzerindeki giriş / Çıkış empedans oranına bağlıdır.

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik



@ LvW..eğişken en çok hoş geldiniz elektroniği.stackexchange.com
questions/289527/…
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.