Активні низькочастотні фільтри - добре на яких частотах?

Додаток Е до мистецтва електроніки, 3-е видання (фільтри LC Butterworth) починається з того, що " активні фільтри зручні на низьких частотах, але непрактичні на більш високих частотах ". Вони йдуть і кажуть, що " на частотах 100 кГц і вище найкращий підхід - це пасивні фільтри ЖК " (перефразоване в обох випадках).

Перше моє запитання: справді? Прості 100 кГц вже занадто великі, щоб активні фільтри були практичними?

Я розумію, що підсилювачі з високою пропускною здатністю та високою швидкістю скорочення можуть бути дорогими, що робить його "непрактичним" у загальному випадку --- однак, низькочастотний LC-фільтр із, скажімо, відключенням 1 МГц, Т-топологія з 1 кОм Навантаження закінчується, що вимагає індукторів у розмірі сотень мкГ --- якщо мені потрібно уникнути спотворень (насичення магнітним ядром та гістерезис), індуктор з повітряним сердечником у цьому діапазоні робить це все досить непрактичним.

Питання 2 було б: чи занадто висока частота відсікання, скажімо, менше 10 МГц для фільтра низьких частот Sallen-Key другого порядку?

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

Аналізуючи це з точки зору ідеального випадку (якщо підсилювач завжди знаходиться в межах лінійної роботи), всі три штирі підсилювача підлягатимуть низькопрохідному вихідному сигналу --- при <10 МГц відсічної частоти, що, безумовно, не є питання (ні пропускна здатність, ні швидкість нахилу). Вхідна ємність не повинна бути великою проблемою --- при R в порядку 1 к, конденсатори мають від кількох десятків пФ до декількох сотень пФ --- досить високі, щоб зробити вхід підсилювача ємність незначна.

Чи є якісь інші практичні питання, які я не помічаю? Я реалістичний, якщо хочу такий активний фільтр із відсіканням у порядку декількох МГц? (ціноутворення не є проблемою --- якщо мені потрібен підсилювач в діапазоні 10 або 20 доларів, це добре)

Я вважаю, що ваш аналіз хороший. Я створив фільтр з перламутровим ключем четвертого порядку, який відключав близько 3 МГц, абсолютно не турбуючись про продуктивність. Я не бачу, що 10 МГц - це недосяжно.

Вся справа в виборі підсилювача. На етапі посилення єдності легко встановити, де посилення починає опускатися нижче (скажімо) 0,99, і вважати це обмежувальною частотою. З іншого боку, вихідний опір підсилювача, як правило, погіршується, коли він потрапляє в області МГц, тому ви повинні бути впевнені, що він може доставити піковий струм без відсікання або надто неохайного.

Ви також повинні врахувати обмеження швидкості руху, але, наскільки я знаю, це стосується цього.

Цілком можливо, що The Art of Electronics, 3rd Editionне вносили жодних оновлень у цей розділ, оскільки він з'явився в 1980 році.

Перше моє запитання: справді? Прості 100 кГц вже занадто великі, щоб активні фільтри були практичними?

Ні, 100 кГц - це нічого, але все залежить від оператора. У якийсь момент виріб набору пропускної здатності спричинить проблеми. Якщо у вас був підсилювач з 1 МГц або 10 МГц GBWP (який, мабуть, був типовим на час першого видання AofE, можливо, вони не оновлювали його, я думаю, я б порівнював видання), то 100 кГц не робить звучить занадто нерозумно, тому що ви отримаєте лише величину або дві фільтрації, і тоді пропускна здатність опуститься нижче коефіцієнта посилення. Тоді ваш фільтр низьких частот більше схожий на смугу частот.

Чи є якісь інші практичні питання, які я не помічаю? Я реалістичний, якщо хочу такий активний фільтр із відсіканням у порядку декількох МГц? (ціноутворення не є проблемою --- якщо мені потрібен підсилювач в діапазоні 10 або 20 доларів, це добре)

Якщо вам справді потрібна фільтрація минулих 50 МГц, тоді паразитичні моделі потрібно моделювати, оскільки ШОЕ та ШВЛ в конденсаторах почнуть впливати на полюси фільтру і створювати власні полюси фільтру на високих частотах. Якщо можливо, використовуйте пакет спецій. Переконайтеся, що GBWP досить високий, в наші дні не важко отримати підсилювачі, які працюють в діапазоні + 100 МГц.

Основна проблема цієї топології Саллена Ключа на високій частоті полягає в тому, що вихідний імпеданс підсилювачів підвищується, тому не вдається контролювати подачу вхідного сигналу через 2С конденсатор, перебираючи смугу зупинки.

TI має Примітку щодо додатка 10 МГц. Він базується на їх низькому коштах потужністю 270 МГц -3 дБ Op Amp THS4001.

Op Ampers мають вихідний опір відкритого циклу набагато вище, ніж ваш генератор сигналів 50 Ом. Це робить їх стабільними завдяки захисту від короткого замикання. Більш високий ГБВ використовується для зниження Zout = Zoc / GBW. ESL дошки (0,5 нГ / мм) та збита ємність потрібно буде мінімізувати.

При 150 МГц ГБВ ви можете використовувати 1k R ​​з 5 pf, 10pF.

Я не читав їх дизайн.

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

Щоб створити будь-який фільтр, ви повинні розглянути ці характеристики 1-го;

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