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4.4.3高频馈通与运放带宽

有源滤波器(三) 包括4.3.3和4.4.4两节 我们通常在推导有源滤波器的幅频和相频特性曲线时 都把运放当成理想运放看待 当考虑运放的带宽的时候 不同滤波器的拓朴会表现出不同的特性 Sallen-Key 滤波器的高频馈通现象 4.4.3节 如图所示采用同种运放 OPA347 构成两种 Sallen-Key 和 MFB 拓扑的二阶有源滤波器 滤波器都是基于滤波软件进行设计 两种滤波器的截止频率都是 660Hz 对电路进行交流特性仿真 按照图示设定的 AC 传输特性,观察幅频特性曲线 好,我们观察只观察振幅 在低频段,也就是小于18KHz的时候 Sallen-Key 和 MFB 振幅特性几乎是相同的 但是当频率继续升高以后 Sallen-Key 拓扑的低通滤波器反而变成了频率越高 幅值越大 增益越大这变成了高通特性 带转折的幅频特性表明 Sallen-Ke 拓扑的低通滤波器 在高频端会发生高频馈通现象 那么原因是什么呢,Sallen-Key 输出的通道有两条 信号从运放输出 信号从电容 C1 输出 频率足够高的时候,C1 可以看成对信号短路 而运放由于带宽限制对信号断路,输出信号基本上是通过 C1 电容通道提供,最终表现为高通特性 高频馈通现象导致 Sallen-Key 低通滤波器 对于特别高的高频信号反倒束手无策 我们对两个滤波器输入信号设定为 24KHz 直流方波信号 全在 0V 上 50%占空比,幅值为 +2V 那么按照理论计算 MFB 是反向输出,它应该滤波出来是 -1V 而 Sallen-Key 是正向输出,它的幅值应该是 +1V 仿真结果表明 对于 MFB 滤波器来说 它滤波效果比较好输出-1V 只有小幅的波动 证明它把一个,我们这认为是一个 PWM 滤成了直流 但是仿真却显示 Sallen-Key 拓扑 它几乎没能滤掉方波中的高频成分 上升沿和下降沿 这是频率非常高的成分,根本没有滤掉 我们把 Sallen-Key 中的运放替换为理想运放 好,我们再来仿真一下 我们发现由于理想运放的带宽不受限制 Sallen-Key 的高通滤馈通现象消失了 它现在表现得非常好 运放带宽对滤波器的影响 位于4.4.4节 Sallen-Key 滤波器的高频馈通现象表明 运放带宽对滤波器的性能是有影响的 我们将通过仿真 分析运放带宽对不同拓扑滤波器影响的程度 我们选取两种运放 一种是增益带宽只有1.2兆的 LM324 和 增益带宽400兆的 OPA842 作为比较 首先我们在 Sallen-Key 拓扑下 两种运放构成的二阶源低通滤波器看到了幅频特性 在低频段 10KHz 以下,两种滤波器构成的 低通滤波器没什么不一样 基本重合 当高频时候两者开始显现,M324 转折频率是 11K 而 OPA842 的转折频率达到 180K 也就是说对于 Sallen-Key 来说 高频馈通一定存在 但是滤波器的带宽放大器的带宽 决定了转折点在哪 我们接着对比,在 MFB 拓扑下两种运放 构成的二阶有源滤波器的幅频特性 在 100KHz 以下 基本上两种 运放构成滤波器是相同的 以上分析表明 MFB 拓扑对于运放的带宽要求远低于 Sallen-Key 所以 MFB 拓朴更加常用 在 TI 公司有个应用报告 有关于这两种滤波器拓扑应用场合的详细说明 还有另外一种 FilterPro 这种设计软件的说明 WEBENCH Designer 在线设计的功能非常强大 但是它每次使用的时候,是从网上把文件下到后台 在网速不好的情况下呢 实际上还是用 TI 公司 FilterPro 软件更为方便 本课小结 在采用实际运放的时候 Sallen-Key 会产生高频馈通现象 也就是说频率足够高的时候 它明明是低通滤波器变成高通了 高频馈通的原因呢,在于对于 Sallen-Key 拓扑来说 信号的输出有两个通道 从运放和从电容 频率足够高的时候 运放由于低通效应 信号过不去 而电容频率越高阻抗越小,它直通了 高频馈通的后果是什么呢 后果就是,对于 Sallen-Key 的低通滤波器来说 它对于特别高的频率反倒滤不掉 比如说我们很常见的,对于 PWM 信号进行滤波 那么 Sallen-Key 就根本滤不掉上升沿和下降沿 运放带宽对 Sallen-Key 滤波器的影响很大 带宽越宽 它的转折频率,高频馈通转折频率越高 而运放带宽呢对 MFB 滤波器的影响就比较小 在很宽的频带内都是一样的 好,这节课就到这里

有源滤波器(三)

包括4.3.3和4.4.4两节

我们通常在推导有源滤波器的幅频和相频特性曲线时

都把运放当成理想运放看待

当考虑运放的带宽的时候

不同滤波器的拓朴会表现出不同的特性

Sallen-Key 滤波器的高频馈通现象

4.4.3节

如图所示采用同种运放 OPA347

构成两种 Sallen-Key 和 MFB 拓扑的二阶有源滤波器

滤波器都是基于滤波软件进行设计

两种滤波器的截止频率都是 660Hz

对电路进行交流特性仿真

按照图示设定的 AC 传输特性,观察幅频特性曲线

好,我们观察只观察振幅

在低频段,也就是小于18KHz的时候

Sallen-Key 和 MFB 振幅特性几乎是相同的

但是当频率继续升高以后

Sallen-Key 拓扑的低通滤波器反而变成了频率越高

幅值越大

增益越大这变成了高通特性

带转折的幅频特性表明

Sallen-Ke 拓扑的低通滤波器

在高频端会发生高频馈通现象

那么原因是什么呢,Sallen-Key 输出的通道有两条

信号从运放输出

信号从电容 C1 输出

频率足够高的时候,C1 可以看成对信号短路

而运放由于带宽限制对信号断路,输出信号基本上是通过

C1 电容通道提供,最终表现为高通特性

高频馈通现象导致 Sallen-Key 低通滤波器

对于特别高的高频信号反倒束手无策

我们对两个滤波器输入信号设定为 24KHz

直流方波信号

全在 0V 上

50%占空比,幅值为 +2V

那么按照理论计算

MFB 是反向输出,它应该滤波出来是 -1V

而 Sallen-Key 是正向输出,它的幅值应该是 +1V

仿真结果表明

对于 MFB 滤波器来说

它滤波效果比较好输出-1V

只有小幅的波动

证明它把一个,我们这认为是一个 PWM

滤成了直流

但是仿真却显示

Sallen-Key 拓扑

它几乎没能滤掉方波中的高频成分

上升沿和下降沿

这是频率非常高的成分,根本没有滤掉

我们把 Sallen-Key 中的运放替换为理想运放

好,我们再来仿真一下

我们发现由于理想运放的带宽不受限制

Sallen-Key 的高通滤馈通现象消失了

它现在表现得非常好

运放带宽对滤波器的影响

位于4.4.4节

Sallen-Key 滤波器的高频馈通现象表明

运放带宽对滤波器的性能是有影响的

我们将通过仿真

分析运放带宽对不同拓扑滤波器影响的程度

我们选取两种运放

一种是增益带宽只有1.2兆的 LM324 和

增益带宽400兆的 OPA842 作为比较

首先我们在 Sallen-Key 拓扑下

两种运放构成的二阶源低通滤波器看到了幅频特性

在低频段 10KHz 以下,两种滤波器构成的

低通滤波器没什么不一样

基本重合

当高频时候两者开始显现,M324 转折频率是 11K

而 OPA842 的转折频率达到 180K

也就是说对于 Sallen-Key 来说

高频馈通一定存在

但是滤波器的带宽放大器的带宽

决定了转折点在哪

我们接着对比,在 MFB 拓扑下两种运放

构成的二阶有源滤波器的幅频特性

在 100KHz 以下

基本上两种

运放构成滤波器是相同的

以上分析表明

MFB 拓扑对于运放的带宽要求远低于 Sallen-Key

所以 MFB 拓朴更加常用

在 TI 公司有个应用报告

有关于这两种滤波器拓扑应用场合的详细说明

还有另外一种 FilterPro 这种设计软件的说明

WEBENCH Designer 在线设计的功能非常强大

但是它每次使用的时候,是从网上把文件下到后台

在网速不好的情况下呢

实际上还是用 TI 公司 FilterPro 软件更为方便

本课小结

在采用实际运放的时候

Sallen-Key 会产生高频馈通现象

也就是说频率足够高的时候

它明明是低通滤波器变成高通了

高频馈通的原因呢,在于对于 Sallen-Key 拓扑来说

信号的输出有两个通道

从运放和从电容

频率足够高的时候

运放由于低通效应

信号过不去

而电容频率越高阻抗越小,它直通了

高频馈通的后果是什么呢

后果就是,对于 Sallen-Key 的低通滤波器来说

它对于特别高的频率反倒滤不掉

比如说我们很常见的,对于 PWM 信号进行滤波

那么

Sallen-Key 就根本滤不掉上升沿和下降沿

运放带宽对 Sallen-Key 滤波器的影响很大

带宽越宽

它的转折频率,高频馈通转折频率越高

而运放带宽呢对 MFB 滤波器的影响就比较小

在很宽的频带内都是一样的

好,这节课就到这里

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4.4.3高频馈通与运放带宽

所属课程:电子电路基础知识讲座 发布时间:2016.09.27 视频集数:79 本节视频时长:7:24
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