MOSFET

4.4.3高频馈通与运放带宽

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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