Bộ lọc thông thấp hoạt động - tốt với tần số nào?

Phụ lục E của Nghệ thuật Điện tử, Phiên bản thứ 3 (bộ lọc LC Butterworth) bắt đầu bằng cách nói rằng " bộ lọc hoạt động thuận tiện ở tần số thấp nhưng không thực tế ở tần số cao hơn ". Họ đi và nói rằng " ở tần số 100kHz trở lên, cách tiếp cận tốt nhất là các bộ lọc LC thụ động " (được diễn giải trong cả hai trường hợp).

Câu hỏi đầu tiên của tôi: thực sự? Chỉ 100kHz đã quá cao để các bộ lọc hoạt động trở nên thiết thực?

Tôi hiểu rằng op-amps có băng thông cao và tốc độ xoay cao có thể rất đắt, khiến nó trở nên "không thực tế" trong trường hợp chung --- tuy nhiên, bộ lọc LC thông thấp với, cắt, 1 MHz, cấu trúc liên kết T với 1kΩ tải kết thúc đòi hỏi các cuộn cảm theo thứ tự hàng trăm μH --- nếu tôi cần tránh méo (độ bão hòa lõi từ và trễ), một cuộn cảm lõi không khí trong phạm vi đó làm cho toàn bộ điều này trở nên không thực tế.

Câu hỏi 2 sẽ là: tần số cắt của, dưới 10 MHz có quá cao đối với bộ lọc thông thấp thứ tự Sallen-Key thứ 2 không?

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Phân tích nó từ góc độ của trường hợp lý tưởng (giả sử op-amp luôn hoạt động tuyến tính), cả ba chân của op-amp sẽ phải chịu tín hiệu đầu ra được truyền qua thấp --- ở tần số cắt <10 MHz chắc chắn không phải là một vấn đề (không phải băng thông cũng không tốc độ quay). Điện dung đầu vào không phải là vấn đề lớn --- với R theo thứ tự 1k, các tụ điện theo thứ tự vài chục pF đến vài trăm pF --- đủ cao để tạo đầu vào của op-amp điện dung không đáng kể.

Có bất kỳ vấn đề thực tế nào khác mà tôi đang xem xét? Tôi có thực tế không nếu tôi muốn một bộ lọc hoạt động như vậy với mức cắt theo thứ tự vài MHz? (giá cả không phải là vấn đề --- nếu tôi cần op-amp trong phạm vi $ 10 hoặc $ 20, điều đó tốt)

Tôi tin rằng phân tích của bạn là tốt. Tôi đã thực hiện các bộ lọc thứ tự sallen-key thứ 4, cắt khoảng 3 MHz mà hoàn toàn không phải lo lắng về hiệu suất. Tôi không thấy rằng 10 MHz là không thể thực hiện được.

Đó là tất cả về sự lựa chọn op-amp. Đối với giai đoạn đạt được sự thống nhất, thật dễ dàng để xác định mức tăng bắt đầu giảm xuống dưới (giả sử) 0,99 và coi đó là tần số giới hạn. Mặt khác, trở kháng đầu ra của op-amp thường trở nên tồi tệ hơn khi nó đi vào các vùng MHz, do đó bạn phải chắc chắn rằng nó có thể cung cấp dòng điện cực đại mà không bị cắt hoặc quá cẩu thả.

Bạn cũng phải xem xét các giới hạn tốc độ hàng loạt, nhưng theo như tôi biết, đó là về nó.

Hoàn toàn có thể The Art of Electronics, 3rd Editionkhông thực hiện bất kỳ cập nhật nào trên phần đó kể từ khi nó ra mắt lần đầu tiên vào năm 1980.

Câu hỏi đầu tiên của tôi: thực sự? Chỉ 100kHz đã quá cao để các bộ lọc hoạt động trở nên thiết thực?

Không, 100kHz không là gì, nhưng tất cả phụ thuộc vào opamp. Tại một số điểm, Sản phẩm Băng thông Gain sẽ gây ra sự cố. Nếu bạn có op amp với GBWP 1 MHz hoặc 10 MHz (có thể là điển hình tại thời điểm AofE phiên bản đầu tiên, có thể họ đã không cập nhật thì đó là suy nghĩ của tôi nên tôi sẽ so sánh các phiên bản) thì 100kHz không nghe có vẻ quá vô lý, bởi vì bạn chỉ nhận được một hoặc hai mức lọc và sau đó băng thông sẽ giảm xuống dưới mức thống nhất. Sau đó, bộ lọc thông thấp của bạn trông giống như một băng thông.

Có bất kỳ vấn đề thực tế nào khác mà tôi đang xem xét? Tôi có thực tế không nếu tôi muốn một bộ lọc hoạt động như vậy với mức cắt theo thứ tự vài MHz? (giá cả không phải là vấn đề --- nếu tôi cần op-amp trong phạm vi $ 10 hoặc $ 20, điều đó tốt)

Nếu bạn thực sự cần lọc qua 50 MHz thì ký sinh trùng cần được mô hình hóa như ESR và ESL trong các tụ điện sẽ bắt đầu ảnh hưởng đến các cực của bộ lọc và tạo ra các cực lọc của riêng chúng ở tần số cao. Sử dụng gói gia vị nếu có thể. Hãy chắc chắn rằng GBWP đủ cao, ngày nay không khó để có được các ampe hoạt động trong phạm vi + 100 MHz.

Vấn đề chính với cấu trúc liên kết Sallen Key ở tần số cao là trở kháng đầu ra của op-amps tăng, do đó không kiểm soát được tín hiệu đầu vào thông qua tụ 2C, phá vỡ dải dừng.

TI có App Note thiết kế 10 MHz. Nó dựa trên THS4001 Op Amp chi phí thấp 270 MHz -3dB của họ.

Op Amps có trở kháng đầu ra vòng hở cao hơn nhiều so với bộ tạo tín hiệu 50 Ω của bạn. Điều này làm cho chúng ổn định với bảo vệ ngắn mạch của họ. GBW cao hơn được sử dụng để hạ thấp Zout = Zoc / GBW. Các lớp học điện tử (0,5nH / mm) và điện dung đi lạc sẽ cần phải được giảm thiểu.

Với 150 MHz GBW, bạn có thể sử dụng 1k R ​​với 5 pf, 10pF.

Tôi đã không đọc thiết kế của họ.

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

Để thiết kế bất kỳ bộ lọc nào, bạn nên xem xét các thông số kỹ thuật thứ 1 này;

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