Wikipedia는 Sallen-Key 필터를 액티브 로우 패스로 연결하므로 LTSpice로 시도했습니다.
주파수 응답 및 위상 응답은 선형이 아니며, 10kHz 후에도 주파수 응답이 높아집니다. 그 이유는 무엇이며 왜 "일반"저역 통과 필터 대신 Sallen-Key 필터를 사용해야합니까?
Sallen-Key는 파란색 선상에 있습니다.
Wikipedia는 Sallen-Key 필터를 액티브 로우 패스로 연결하므로 LTSpice로 시도했습니다.
주파수 응답 및 위상 응답은 선형이 아니며, 10kHz 후에도 주파수 응답이 높아집니다. 그 이유는 무엇이며 왜 "일반"저역 통과 필터 대신 Sallen-Key 필터를 사용해야합니까?
Sallen-Key는 파란색 선상에 있습니다.
답변:
"정상"이라고 부르는 것은 선택성이 매우 나쁜 간단한 2 단계 RC 필터입니다 (두 개의 실제 극만 해당). 대조적으로. Sallen-Key 토폴로지는 훨씬 더 나은 선택성 (고극 Qp)과 다양한 근사치 (Butterworth, Chebyshev, Thomson-Bessel 등)로 2 차 저역 통과 응답을 생성 할 수 있습니다.
그러나 다른 능동 필터 토폴로지 (멀티 피드백, GIC 필터, 상태 변수 등)와 비교할 경우 Sallen-Key 구조의 한 가지 큰 단점이 있습니다. 직접 경로가 있습니다 (예 : C4). )를 입력 네트워크에서 opamp 출력으로
즉, 차단 주파수보다 훨씬 큰 주파수의 경우 원하는대로 opamp의 출력 전압이 매우 낮습니다. 그러나 C4 경로를 통해 직접 들어오는 신호가있어 opamp의 유한 출력 저항에서 출력 신호를 생성합니다. 그리고이 저항은 주파수와 함께 증가하고 있습니다!
결과적으로이 필터의 댐핑 특성은 예상만큼 좋지 않습니다. 그리고 그것은 당신이 관찰 한 것입니다 : 크기는 더 큰 주파수에 대한 상승 특성을 보여줍니다. (이 원하지 않는 댐핑 저하는 이득 대역폭 제품의 제한으로 인한 것이 아닙니다).
개선 : 부품 값을 축소하여 상황을 개선 할 수 있습니다. 더 작은 커패시터와 더 큰 저항 값.
의견 1 : 피드백 커패시터 (출력 및 입력 회로 사이)가있는 모든 opamp 회로의 이러한 원하지 않는 특성은 기존 MILLER 적분기에서도 볼 수 있습니다.
논평 2 : 그렇다면-Sallen-Key 필터가 다른 능동 필터 구조와 비교하여 어떤 장점이 있습니까? 네, 있습니다. 가장 자주 사용되는 두 가지 토폴로지를 비교해 보겠습니다.
(1) Sallen-Key는 "활성 민감도"수치 (opamp 비 이상성에 대한 감도)가 매우 낮고 "수동 감도"수치 (수동 공차에 대한 감도)가 매우 높습니다.
(2) 다중 피드백 필터 (MF) : "활성 감도"가 높고 "수동 감도"가 낮습니다.
두 가지 감도 모두 원하는 필터 응답과 실제 필터 응답 사이의 편차를 결정하기 때문에 모든 필터의 중요한 속성입니다 (IDEAL 조건에서는 모든 필터 유형이 동일한 성능 속성을 가짐).
UnityGainBandWidth보다 높은 주파수에서 opamp는 Vout 제어를 잃었습니다. 이 인 버팅 단극 저역 통과가 빠른 입력 펄스에 대해 비 반전 응답을 갖는 방법에 주목하십시오. Cfeedback을 통해 입력 전하가 출력에 직접 나타납니다.
BODE (2 차 스크린 샷)가 더 높은 주파수에서 감쇠되는 유일한 이유는 2 개의 저항으로 VirtualGround에 LowPass를 형성하는 'CL'15pF입니다. [더 높은 고주파 감쇠를 원한다면 2 개의 입력 저항 중간에 접지에 470pF 캡을 설치하십시오.]
앰프 ROUT을 편집하여 재미있게 보내십시오. 입력 필터 커패시터를 활성화하면 그리고 15pF Cload를 편집하십시오.
이 예제는 Signal Wave Explorer에 대한 BUILTIN (SPICE에 대한 지식이 필요하지 않음) 중 하나이며, 19 일 동안 만 사용하면 robustcircuitdesign.com에서 무료로 다운로드 할 수 있습니다.
그리고 Analog Devices의 Walt Jung은 수십 년 전에 이러한 LPF의 약점에 대해 논의했습니다.
다음은 액티브 및 셧다운 모드에 대한 opamp의 MEASURED Zout (500MHz 근처, 10pF, 31Ω과 유사)의 예입니다.
그룹 지연, Q, 대역 통과 리플, 대역 정지 감쇠, 치마 가파른 사양에 따라 여러 구성 중에서 선택할 수 있습니다.
Sallen-Key와 다중 피드백 모두 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.
아래를 참조하십시오.
두 가지 모두 선택한 OP의 GBW에 의해 제한된 높은 이득을 달성 할 수 있습니다.
이 TI 소프트웨어는 모든 활성 필터를 설계 할 수 있으며 구성 중 하나를 선택하고 적절한 값을 선택하는 저항 공차를 선택할 수 있습니다. 입력 임피던스를 지정할 수 없으므로 모든 RC 값을 이에 맞게 스케일링 할 수 있습니다.
베셀 응답을 선택 했으므로 그룹 지연이 일정합니다.
개방 루프 출력 저항 또는 Op 앰프의 전류 제한 (Rail-to Rail 유형이 훨씬 더 나쁨) 인 Op Amp BW의 한계를 드러내는 다른 답변에서 Sallen-Keys 필터는 BW 이상의 감쇠에 대해 더 나쁩니다 개방 루프 고주파 (> GBW) 감쇠는 GBW 임계 값을 초과하는 입력 / 출력 임피던스 비율에 따라 달라지며 Zout에서 음의 피드백 감소는 이득 부족으로 인한 영향이 없습니다.
이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도