Яка перевага фільтра Sallen-Key перед звичайним фільтром другого порядку?

Вікіпедія посилається на фільтр Sallen-Key як активний низький прохід, тому я спробував це з LTSpice.

Частотна характеристика та фазова характеристика не є лінійними, натомість частотна характеристика ще більше стає після 10 кГц. Чому це так, і чому я використовую фільтр Sallen-Key замість "нормального" фільтра низьких частот?

Саллен-ключ знаходиться на синій лінії.

Те, що ви називаєте "нормальним", - це простий двоступеневий RC-фільтр з дуже поганою селективністю (лише два реальних полюса). У контрасті. топологія Саллена-Кія здатна виробляти реакцію низької частоти другого порядку з значно кращою селективністю (вищий полюс Qp) та різними можливими наближеннями (Баттерворт, Чебишев, Томсон-Бессел, ...).

Однак є одна велика вада структури Sallen-Key - якщо порівнювати її з іншими активними топологіями фільтрів (мульти-зворотній зв'язок, GIC-фільтри, змінна стану, ...): Існує прямий шлях (у вашому прикладі: C4 ) від вхідної мережі до виходу opamp.

Це означає: Для частот, значно більших за частоту відключення, вихідна напруга від операційного підсилювача - за бажанням - дуже низька. Однак є сигнал, що надходить безпосередньо через шлях С4, який створює вихідний сигнал на кінцевому вихідному опорі ОПУМП. І цей опір зростає з частотою!

Як наслідок, символіка демпфування символів цього фільтра не настільки гарна, як повинна / могла б бути. І ось що ви спостерігали: величина показує зростаючу характеристику для більших частот. (Ця небажана деградація демпфування не викликана обмеженням продукту пропускної здатності посилення).

Поліпшення: ситуацію можна покращити, зменшивши значення деталей: Менші конденсатори та більші значення резистора.

Коментар 1 : Ця небажана властивість будь-якої схеми підсилювача з конденсатором зворотного зв'язку (між вихідною та вхідною схемами) може спостерігатися також і для класичного інтегратора МІЛЛЕРА.

Коментар 2: Отже - чи є які-небудь переваги фільтрів Sallen-Key порівняно з іншими активними фільтруючими структурами? Так - є. Порівняємо дві найпоширеніші топології:

(1) Саллен-Клю має дуже низькі показники "активної чутливості" (чутливість до неідеалізмів Омпам) та досить високі показники "пасивної чутливості" (чутливість до пасивних допусків).

(2) Фільтри мульти-зворотного зв'язку (MF): висока "активна чутливість" і низька цифра "пасивна чутливість".

Обидві чутливості є досить важливими властивостями всіх фільтрів, оскільки вони визначають відхилення між бажаною та фактичною реакцією фільтра (за умов IDEAL всі типи фільтрів мали б однакові властивості роботи).

На дійсно високих частотах, таких як вища, ніж UnityGainBandWidth, opamp втратив контроль над своїм Vout. Зверніть увагу, як цей інвертується однополюсний низькочастотний сигнал має НЕЗАДАЧНУ відповідь на швидкі вхідні імпульси. Cfeedback дозволяє вхідному заряду відображатися безпосередньо на виході.

Ось схема і параметри OpAmp:

Єдина причина, що BODE (2-й знімок екрана) має ослаблення на більш високих частотах, це «CL» 15pF, що утворює LowPass з двома резисторами у VirtualGround. [Якщо ви хочете кращого ослаблення високої частоти, встановіть кришку 470pF на землю посередині двох вхідних резисторів.]

Ви будете отримувати задоволення, відредагувавши ШЛЯХУ підсилювачів І ввімкнувши цей конденсатор вхідного фільтра. І редагування цього 15pF Cload.

Цей приклад є одним із цих BUILTIN (не потрібні знання SPICE) для Signal Wave Explorer, який можна безкоштовно завантажити з robustcircuitdesign.com за 19 унікальних днів використання.

І Уолт Юнг, з Analog Devices, обговорював цю нестабільність LPF десятиліттями тому.

Ось приклад MEASURED Zout ОПАМП (близько 500 МГц, схожий на 10 пФ. 31 Ом), для активних та режимів ShutDown:

Ви можете вибрати з багатьох конфігурацій залежно від ваших характеристик для групової затримки, Q, пульсації смуги, ослаблення смуги руху, крутості спідниці.

Як Sallen-Key, так і декілька зворотних зв'язків можуть досягти однакових результатів.

Дивіться нижче.

Обидва можуть досягти високого прибутку, обмеженого GBW обраної вами ОП.

Це програмне забезпечення TI може створити будь-який активний фільтр і дозволяє обирати будь-яку конфігурацію та вибирати допуски резисторів, які вибирають відповідне значення. Це не дозволяє вказувати вхідний опір, так що ви можете масштабувати всі значення RC для цього.

Я вибрав відповідь Бесселя, тому затримка в групі рівна.

Додано

З іншої відповіді, яка виставляє обмеження Op Amp BW там, де вихідний опір відкритого циклу або межа струму будь-якого Op Amp (типи Rail-to Rail набагато гірші), я пропоную, що фільтр Sallen-Keys гірший за загасання вище BW Op Amp і що ослаблення високої частоти відкритого циклу (> GBW) залежить від коефіцієнта вхідного / вихідного опору вище порогу GBW, де зниження негативного зворотного зв’язку на Zout не впливає через відсутність посилення.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}