ウィキペディアはアクティブローパスとしてSallen-Keyフィルターにリンクしているので、LTSpiceで試してみました。
周波数応答と位相応答は線形ではなく、代わりに周波数応答は10kHz後にさらに高くなります。それはなぜですか。また、「通常の」ローパスフィルターの代わりにSallen-Keyフィルターを使用するのはなぜですか?
Sallen-Keyは青い線上にあります。
ウィキペディアはアクティブローパスとしてSallen-Keyフィルターにリンクしているので、LTSpiceで試してみました。
周波数応答と位相応答は線形ではなく、代わりに周波数応答は10kHz後にさらに高くなります。それはなぜですか。また、「通常の」ローパスフィルターの代わりにSallen-Keyフィルターを使用するのはなぜですか?
Sallen-Keyは青い線上にあります。
回答:
「通常」と呼ぶものは、選択性が非常に悪い単純な2段RCフィルターです(2つの実極のみ)。対照的に。Sallen-Keyトポロジは、はるかに優れた選択性(より高い極Qp)とさまざまな可能な近似(Butterworth、Chebyshev、Thomson-Bessel、...)で2次のローパス応答を生成できます。
ただし、Sallen-Key構造には大きな欠点が1つあります-他のアクティブなフィルタートポロジ(マルチフィードバック、GICフィルター、状態変数など)と比較した場合:直接的なパスがあります(例ではC4 )入力ネットワークからオペアンプ出力へ。
つまり、カットオフ周波数よりもはるかに高い周波数では、オペアンプからの出力電圧は-必要に応じて-非常に低くなります。ただし、オペアンプの有限出力抵抗で出力信号を生成するC4パスを直接通過する信号があります。そして、この抵抗は周波数とともに増加しています!
結果として、このフィルターの減衰特性は、本来あるべき/そうでない可能性があります。そして、それはあなたが観察したことです。大きさは、より大きな周波数に対して上昇する特性を示します。(この望ましくない減衰の低下は、ゲイン帯域幅積の制限によるものではありません)。
改善:状況は、部品の値をスケーリングすることで改善できます:より小さなコンデンサーとより大きな抵抗値。
コメント1:フィードバックコンデンサ(出力と入力回路間)を備えたオペアンプ回路のこの望ましくない特性は、古典的なMILLER積分器でも観察できます。
コメント2:それでは-他のアクティブなフィルター構造と比較して、Sallen-Keyフィルターには利点がありますか?はい、あります。最も頻繁に使用される2つのトポロジを比較してみましょう。
(1)Sallen-Keyの「アクティブ感度」の数値は非常に低く(オペアンプの非理想性に対する感度)、かなり高い「パッシブ感度」の数値(パッシブトレランスに対する感度)です。
(2)マルチフィードバックフィルター(MF):高い「アクティブ感度」と低い「パッシブ感度」の数値。
両方の感度は、望ましいフィルタ応答と実際のフィルタ応答との偏差を決定するため、すべてのフィルタのかなり重要なプロパティです(IDEAL条件では、すべてのフィルタタイプは同じパフォーマンスプロパティを持ちます)。
UnityGainBandWidthより高いなどの非常に高い周波数では、オペアンプはVoutの制御を失いました。この反転単極ローパスには、高速入力パルスに対する非反転応答があることに注意してください。Cフィードバックにより、入力電荷が出力に直接現れるようになります。
BODE(2番目のスクリーンショット)がより高い周波数で減衰する唯一の理由は、「CL」15pFがVirtualGroundへの2つの抵抗でLowPassを形成することです。[より良い高周波数減衰が必要な場合は、2つの入力抵抗の中間で470pFのキャップをグランドに取り付けてください。]
Amplifiers ROUTを編集することで、楽しくなります。そして、その入力フィルタコンデンサを有効にすることにより。そして、15pF Cloadを編集します。
この例は、Signal Wave ExplorerのBUILTIN(SPICEの知識は不要)の1つであり、19日間のユニークな使用期間中、robustcircuitdesign.comから無料でダウンロードできます。
そして、Analog DevicesのWalt Jungは、数十年前にLPFのこの脆弱性について議論しました。
アクティブモードとシャットダウンモードのオペアンプのMEASURED Zout(500MHz付近、10pFのように見える。31オーム)の例を次に示します。
群遅延、Q、バンドパスリップル、バンドストップ減衰、スカートの急峻性の仕様に応じて、多くの構成から選択できます。
Sallen-KeyとMultiple Feedbackの両方で同じ結果が得られます。
下記参照。
どちらも、選択したOPのGBWによって制限される高ゲインを実現できます。
このTIソフトウェアは、任意のアクティブフィルターを設計でき、いずれかの構成から選択し、適切な値を選択する抵抗許容差を選択できます。入力インピーダンスを指定することはできないため、これに合わせてすべてのRC値をスケーリングできます。
ベッセル応答を選択したため、群遅延はフラットです。
オープンループの出力抵抗またはオペアンプの電流制限(Rail-to Railタイプはさらに悪い)であるオペアンプBWの制限を明らかにする他の回答から、私はSallen-KeysフィルタがBWを超える減衰に対してより悪いことを提案しますオペアンプの性能と、オープンループの高周波(> GBW)減衰は、ゲインの不足によりZoutの負帰還が影響を与えないGBWしきい値を超える入力/出力インピーダンス比に依存すること。
この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図