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
课程介绍 共计80课时,9小时48分45秒

电子电路基础知识讲座

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本系列课程目前共有80讲,由青岛大学和TI德州仪器联合推出,傅强老师主讲。从模拟及电源出发,系统系列地讲解了电路设计上的基础知识,从多方面多角度给学员提供了全面学习的机会,也是工程师快速查找相关基础知识的便捷手段。
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讲师: 傅强老师

讲师:青岛大学南开大学博士学历。主讲本科的模电和数电课程,以及研究生的电子电力等课程。指导国家级大学生创新创业训练项目,大学生电子设计竞赛, 和企业横向课题等等。

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