Apa keuntungan dari filter Sallen-Key di atas filter urutan kedua normal?

Tautan Wikipedia ke filter Sallen-Key sebagai low pass aktif, jadi saya mencobanya dengan LTSpice.

Respons frekuensi dan respons fase tidak linier, sebaliknya respons frekuensi bahkan semakin tinggi setelah 10kHz. Mengapa begitu, dan mengapa saya menggunakan filter Sallen-Key alih-alih filter low pass "normal"?

Sallen-Key ada di garis biru.

Apa yang Anda sebut "normal" adalah filter RC dua tahap sederhana dengan selektivitas sangat buruk (hanya dua kutub nyata). Sebaliknya. topologi Sallen-Key mampu menghasilkan respons lowpass orde kedua dengan selektivitas yang jauh lebih baik (Qp kutub lebih tinggi) dan berbagai kemungkinan perkiraan (Butterworth, Chebyshev, Thomson-Bessel, ...).

Namun, ada satu kerugian besar dari struktur Sallen-Key - jika dibandingkan dengan topologi filter aktif lainnya (multi-umpan balik, GIC-filter, variabel-negara, ...): Ada jalur langsung (dalam contoh Anda: C4 ) dari jaringan input ke output opamp.

Itu berarti: Untuk frekuensi yang jauh lebih besar daripada frekuensi cut-off, tegangan keluaran dari opamp - seperti yang diinginkan - sangat rendah. Namun, ada sinyal yang datang langsung melalui jalur C4 yang menciptakan sinyal keluaran pada resistansi keluaran terbatas dari opamp. Dan resistensi ini meningkat seiring frekuensi!

Sebagai akibatnya, karakteritik redaman dari filter ini tidak sebagus yang seharusnya / bisa terjadi. Dan itulah yang telah Anda amati: Besarnya menunjukkan peningkatan karakteristik untuk frekuensi yang lebih besar. (Degradasi redaman yang tidak diinginkan ini tidak disebabkan oleh keterbatasan produk gain-bandwidth).

Perbaikan: Situasi dapat ditingkatkan dengan menskalakan nilai bagian: Kapasitor lebih kecil dan nilai resistor lebih besar.

Komentar 1 : Properti yang tidak diinginkan dari sirkuit opamp ini dengan kapasitor umpan balik (antara sirkuit output dan input) dapat diamati juga untuk integrator MILLER klasik.

Komentar 2: Jadi - adakah keuntungan yang dimiliki filter Sallen-Key dibandingkan dengan struktur filter aktif lainnya? Ya - ada. Mari kita bandingkan dua topologi yang paling sering digunakan:

(1) Sallen-Key memiliki angka "sensitivitas aktif" yang sangat rendah (sensitivitas terhadap non-ideal opamp) dan angka "sensitivitas pasif" yang agak tinggi (sensitivitas terhadap toleransi pasif).

(2) Filter multi-umpan balik (MF): Angka "sensitivitas aktif" tinggi dan "sensitivitas pasif" rendah.

Kedua sensitivitas adalah sifat yang agak penting dari semua filter karena mereka menentukan penyimpangan antara respons filter yang diinginkan dan aktual (dalam kondisi IDEAL semua tipe filter akan memiliki sifat kinerja yang identik).

Pada frekuensi yang sangat tinggi, seperti yang lebih tinggi dari UnityGainBandWidth, opamp telah kehilangan kendali atas Vout-nya. Perhatikan bagaimana lowpass kutub tunggal ini memiliki respons NON-INVERTING terhadap pulsa input cepat. Cfeedback memungkinkan biaya input muncul langsung pada output.

Inilah sirkuit, dan par OpAmp:

Satu-satunya alasan BODE (tangkapan layar ke-2) memiliki pelemahan pada frekuensi yang lebih tinggi adalah 'CL' 15pF membentuk LowPass dengan 2 resistor ke dalam VirtualGround. [Jika Anda ingin atenuasi Tinggi Frekuensi Tinggi yang lebih baik, pasang cap 470pF ke ground di tengah 2 resistor input.]

Anda akan bersenang-senang, dengan mengedit ROUT Amplifier. Dan dengan mengaktifkan kapasitor filter input. Dan mengedit Cload 15pF itu.

Contoh ini adalah salah satu BUILTIN (tidak diperlukan pengetahuan SPICE) untuk Signal Wave Explorer, gratis untuk diunduh dari robustcircuitdesign.com selama 19 hari penggunaan yang unik.

Dan Walt Jung, dari Analog Devices, membahas kelemahan LPF ini beberapa dekade yang lalu.

Berikut adalah contoh Zout TERUKUR opamp (dekat 500MHz, terlihat seperti 10pF. 31 Ohm), untuk mode Aktif dan untuk mode ShutDown:

Anda dapat memilih dari banyak konfigurasi tergantung pada spesifikasi Anda untuk penundaan grup, Q, riak bandpass, atenuasi bandstop, kecuraman rok.

Baik Sallen-Key dan Multiple Feedback dapat mencapai hasil yang sama.

Lihat di bawah.

Keduanya dapat mencapai perolehan tinggi yang dibatasi oleh GBW OP yang Anda pilih.

Perangkat lunak TI ini dapat merancang filter aktif apa pun dan memungkinkan Anda memilih dari konfigurasi mana pun dan memilih toleransi resistor yang memilih nilai yang sesuai. Itu tidak memungkinkan Anda untuk menentukan impedansi input sehingga Anda dapat skala semua nilai RC sesuai dengan ini.

Saya memilih respons Bessel, jadi keterlambatan grup datar.

Ditambahkan

Dari jawaban lain yang mengungkap keterbatasan Op Amp BW di mana resistansi keluaran loop terbuka atau batas saat ini dari setiap Op Amp (Rail-to Rail type jauh lebih buruk), saya mengusulkan bahwa filter Sallen-Keys lebih buruk untuk atenuasi di atas BW dari Op Amp dan bahwa atenuasi frekuensi tinggi loop terbuka (> GBW) tergantung pada rasio impedansi input / Output di atas ambang GBW di mana pengurangan umpan balik negatif pada Zout tidak berdampak karena kurangnya gain.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}