능동 저역 통과 필터 — 어떤 주파수에 적합합니까?

전자 기술, 3 판 (LC 버터 워스 필터) 의 부록 E는 " 액티브 필터는 저주파수에서는 편리하지만 고주파에서는 비실용적 "이라고 말합니다. 그들은 " 100kHz 이상의 주파수에서 가장 좋은 방법은 수동 LC 필터 "라고 말합니다 (두 경우 모두 그림으로 표시됨).

내 첫 번째 질문 : 정말? 액티브 필터가 실용화 되기에는 100kHz만이 이미 너무 높습니까?

나는 높은 대역폭과 높은 슬 루율을 갖는 연산 증폭기가 고가 일 수 있기 때문에 일반적인 경우에는 "실용적이지 않다"고 알고있다. 그러나 1MHz 컷오프를 갖는 저역 통과 LC 필터, 1kΩ의 T 토폴로지 부하는 수백 μH의 순서로 인덕터를 필요로합니다. --- 왜냐하면 왜곡 (자기 코어 포화 및 히스테리시스)을 피해야하는 경우, 그 범위의 에어 코어 인덕터는 모든 것을 비실용적으로 만듭니다.

질문 2는 : Sallen-Key 2 차 저역 통과 필터에 대해 10MHz 미만의 차단 주파수가 너무 높은가?

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

이상적인 경우의 관점에서 분석하면 (op-amp는 항상 선형 동작 내에 있다고 가정) op-amp의 3 개 핀 모두 저역 통과 출력 신호의 영향을받습니다. 문제 (대역폭이나 슬 루율이 아님). 입력 커패시턴스가 큰 문제가되어서는 안됩니다.-1k 정도의 R에서는 커패시터가 수십 pF에서 수백 pF 정도입니다. 커패시턴스는 무시할 만하다.

내가 간과하고있는 다른 실질적인 문제가 있습니까? 몇 MHz 정도의 컷오프가있는 능동 필터를 원한다면 현실적이됩니까? (가격은 문제가 아닙니다 --- $ 10 또는 $ 20 범위의 연산 증폭기가 필요한 경우 괜찮습니다)

나는 당신의 분석이 좋다고 생각합니다. 나는 성능에 대해 전혀 걱정하지 않고 약 3MHz를 차단하는 Sallen-Key 4 차 필터를 만들었습니다. 10MHz를 달성 할 수 없다는 것을 알 수 없습니다.

모든 것이 op-amp 선택에 관한 것입니다. 단일 이득 단계의 경우, 이득이 0.99 아래로 떨어지기 시작하는 위치를 확인하고이를 제한 주파수로 간주하기가 쉽습니다. 반면, 연산 증폭기의 출력 임피던스는 일반적으로 MHz 영역으로 들어 갈수록 나빠 지므로 클리핑이나 너무 느슨해지지 않고 피크 전류를 전달할 수 있어야합니다.

또한 슬루 레이트 제한을 고려해야하지만, 내가 아는 한 그것에 관한 것입니다.

The Art of Electronics, 3rd Edition1980 년에 처음 나온 이후로 해당 섹션을 업데이트하지 않았을 가능성이 있습니다.

첫 번째 질문 : 정말? 액티브 필터가 실용화 되기에는 100kHz만이 이미 너무 높습니까?

아니요, 100kHz는 아무것도 아니지만 모두 opamp에 따라 다릅니다. 어느 시점에서 게인 대역폭 제품은 문제를 일으킬 것입니다. 1MHz 또는 10MHz GBWP (AofE의 첫 번째 판 당시에 일반적이었을 수도 있음)가있는 연산 증폭기가 있다면 업데이트하지 않았을 수 있으므로 100kHz는 그렇지 않습니다. 필터링의 크기가 2 ~ 2 회만되고 대역폭이 단일 이득 아래로 떨어지기 때문에 너무 불합리하게 들립니다. 그러면 저역 통과 필터는 대역 통과 유사합니다.

내가 간과하고있는 다른 실질적인 문제가 있습니까? 몇 MHz 정도의 컷오프가있는 능동 필터를 원한다면 현실적이됩니까? (가격은 문제가 아닙니다 --- $ 10 또는 $ 20 범위의 연산 증폭기가 필요한 경우 괜찮습니다)

실제로 50MHz 이상의 필터링이 필요한 경우 커패시터의 기생충이 ESR 및 ESL로 모델링되어 필터 극에 영향을 미치고 고주파수에서 자체 필터 극을 생성합니다. 가능하면 향신료 패키지를 사용하십시오. GBWP가 충분히 높은지 확인하십시오. 요즘 + 100MHz 범위에서 작동하는 연산 증폭기를 얻는 것은 어렵지 않습니다.

고주파수에서의 Sallen Key 토폴로지의 주요 문제점은 연산 증폭기의 출력 임피던스가 상승하므로 2C 커패시터를 통한 입력 신호의 피드 포워드를 제어하지 못하여 저지 대역을 폐기한다는 것입니다.

TI는 10MHz 설계 애플리케이션 노트를 가지고 있습니다. THS4001의 저비용 270MHz -3dB Op Amp를 기반으로합니다.

Op 앰프는 50Ω 신호 발생기보다 훨씬 높은 개방 루프 출력 임피던스를 갖습니다. 따라서 단락 보호 기능이있어 안정적입니다. 더 높은 GBW는 Zout = Zoc / GBW를 낮추는 데 사용됩니다. 브레드 보드 ESL (0.5nH / mm) 및 스트레이 커패시턴스를 최소화해야합니다.

150MHz GBW를 사용하면 5pf, 10pF와 함께 1k R을 사용할 수 있습니다.

나는 그들의 디자인을 읽지 않았다.

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/sloa032/sloa032.pdf

필터를 설계하려면 이러한 사양을 먼저 고려해야합니다.

Source impedance \$Z_S(f)\$   
Load Impedance \$Z_L(f)\$   
Gain   -3 dB passband \$f_p\$    
Loss   @ \$f_s\$stop band edge   e.g. \$  ~-dB~ @ ~2*f_p, 10*f_p\$    
 ..  or order of filter    
% load regulation error = % Output/Load impedance ratio ( for low % )    
Phase shift in passband, group delay  
Noise, supply power  
Output swing and slew rate limit