Filter low-pass aktif - bagus untuk frekuensi apa?

Apendiks E dari Seni Elektronik, Edisi ke-3 (filter LC Butterworth) dimulai dengan mengatakan bahwa " filter aktif nyaman di frekuensi rendah tetapi tidak praktis pada frekuensi lebih tinggi ". Mereka pergi dan mengatakan bahwa " pada frekuensi 100kHz ke atas, pendekatan terbaik adalah filter LC pasif " (diparafrasekan dalam kedua kasus).

Pertanyaan pertama saya: benarkah? 100kHz belaka sudah terlalu tinggi untuk filter aktif menjadi praktis?

Saya mengerti bahwa op-amp dengan bandwidth tinggi dan laju perubahan tegangan tinggi dapat mahal, membuatnya "tidak praktis" dalam kasus umum --- namun, filter LC low-pass dengan, katakanlah, cutoff 1MHz, topologi T dengan topologi 1kΩ beban akhirnya membutuhkan induktor dalam urutan ratusan μH --- jika saya perlu menghindari distorsi (saturasi inti magnetik dan histeresis), sebuah induktor inti udara dalam kisaran itu membuat semuanya agak tidak praktis.

Pertanyaan 2 adalah: apakah frekuensi cutoff, katakanlah, kurang dari 10MHz terlalu tinggi untuk filter low-pass Sallen-Key 2nd-order?

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Menganalisisnya dari perspektif kasus ideal (dengan asumsi op-amp selalu dalam operasi linier), ketiga pin op-amp akan tunduk pada sinyal keluaran rendah-lulus --- pada <10MHz frekuensi cutoff yang tentu bukan masalah (bukan bandwidth atau laju perubahan tegangan). Input kapasitansi seharusnya tidak menjadi masalah besar --- dengan R dalam urutan 1k, kapasitor berada dalam urutan beberapa puluh pF hingga beberapa ratus pF --- cukup tinggi untuk membuat input op-amp kapasitansi dapat diabaikan.

Apakah ada masalah praktis lain yang saya abaikan? Apakah saya bersikap realistis jika saya ingin filter aktif dengan cutoff dalam urutan beberapa MHz? (harga bukan masalah --- jika saya memerlukan op-amp di kisaran $ 10 atau $ 20, itu bagus)

Saya yakin analisis Anda bagus. Saya telah membuat filter urutan ke-4 sallen-key yang memotong sekitar 3 MHz dengan benar-benar tidak khawatir tentang kinerja. Saya tidak melihat bahwa 10 MHz tidak dapat diraih.

Ini semua tentang pilihan op-amp. Untuk tahap gain persatuan, mudah untuk memastikan di mana gain mulai turun di bawah ini (katakanlah) 0,99 dan menganggap itu sebagai frekuensi pembatas. Di sisi lain, impedansi keluaran op-amp biasanya menjadi lebih buruk ketika memasuki wilayah MHz sehingga Anda harus yakin itu dapat memberikan arus puncak tanpa kliping atau menjadi terlalu ceroboh.

Anda juga harus mempertimbangkan pembatasan laju perubahan tegangan tetapi, sejauh yang saya ketahui, itu saja.

Sangat mungkin bahwa The Art of Electronics, 3rd Editiontidak membuat pembaruan pada bagian itu sejak pertama kali keluar pada tahun 1980.

Pertanyaan pertama saya: benarkah? 100kHz belaka sudah terlalu tinggi untuk filter aktif menjadi praktis?

Tidak, 100kHz bukanlah apa-apa, tetapi semuanya tergantung pada opamp. Di beberapa titik, Produk Bandwidth Gain akan menyebabkan masalah. Jika Anda memiliki op amp dengan 1MHz atau 10MHz GBWP (yang mungkin khas pada saat edisi pertama AofE, mungkin mereka tidak memperbarui itu menurut saya jadi saya akan membandingkan edisi) maka 100kHz tidak terdengar terlalu tidak masuk akal, karena Anda hanya akan mendapatkan satu atau dua penyaringan dan kemudian bandwidth berada di bawah unity gain. Kemudian filter lowpass Anda lebih mirip bandpass.

Apakah ada masalah praktis lain yang saya abaikan? Apakah saya bersikap realistis jika saya ingin filter aktif dengan cutoff dalam urutan beberapa MHz? (harga bukan masalah --- jika saya memerlukan op-amp di kisaran $ 10 atau $ 20, itu bagus)

Jika Anda benar-benar perlu memfilter melewati 50MHz maka parasitics perlu dimodelkan sebagai ESR dan ESL dalam kapasitor akan mulai mempengaruhi kutub filter dan membuat kutub filter sendiri pada frekuensi tinggi. Gunakan paket rempah jika memungkinkan. Pastikan GBWP cukup tinggi, hari ini tidak sulit untuk mendapatkan op amp yang bekerja di kisaran + 100MHz.

Masalah utama dengan topologi Sallen Key pada frekuensi tinggi adalah bahwa impedansi keluaran op-amp naik, sehingga gagal mengendalikan umpan maju sinyal input melalui kapasitor 2C, menghancurkan stopband.

TI memiliki 10MHz App Note. Ini didasarkan pada mereka THS4001 murah 270 MHz -3dB Op Amp.

Op Amps memiliki impedansi keluaran loop terbuka yang jauh lebih tinggi daripada generator sinyal 50 your Anda. Ini membuat mereka stabil dengan perlindungan hubung singkat mereka. GBW yang lebih tinggi digunakan untuk menurunkan Zout = Zoc / GBW. ESL papan tempat memotong roti (0,5nH / mm) dan kapasitansi liar perlu diminimalkan.

Dengan 150 MHz GBW Anda dapat menggunakan 1k R ​​dengan 5 pf, 10pF.

Saya tidak membaca desain mereka.

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

Untuk merancang filter apa pun, Anda harus mempertimbangkan spesifikasi ini 1st;

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