Bootstrapping in analogen aktiven Filtern verstehen

" Bootstrapping " ist eine übliche Technik bei (analogen) aktiven Filtern, bei denen der Ausgang des Filters zu einem Knoten zurückgeführt wird, der andernfalls mit Masse verbunden wäre.

Beispielsweise beginnt die Sallen-Key-Topologie mit zwei RC-L-Abschnitten, gefolgt von einem Eins-Verstärkungs-Puffer. Dann wird der Ausgang des Puffers auch mit der Basis des ersten L-Profils (C3 im folgenden Schema) verbunden. Dies soll diesen Knoten "booten".

Sallen-Key-Tiefpassfilter

Hier ist ein weiteres Beispiel aus einer alten App-Note von National Semiconductor / Texas Instruments (LB-5 / snoa690), in der der Erdungsknoten eines Twin-T-Kerbfilters „gebootstrapped“ wird, um den Q des Filters stark zu erhöhen:

Bootstrapped-Notch-Filter

Wie kann ich die Funktionsweise des 'Bootstrap' intuitiv verstehen?

Antworten (3)

Ein Sinussignal, das durch ein T-Kerbfilter geht, wird phasenverschoben.

Bootstrapping bedeutet also, den normalerweise mit GND verbundenen Punkt mit dem gepufferten phasenverschobenen Signal zu verbinden.
Das Signal bei Kerbfrequenz (oder in der Nähe davon) muss also nicht nur gegen GND arbeiten, sondern gegen sein eigenes Gegenteil (negatives Signal).

Dies verbessert den Filter (höheres Q), wie in der App-Note beschrieben.

+1 für eine wirklich einfache, kurze, intuitiv verständliche Erklärung

Ein einfacheres Beispiel wäre ein Transistor-Spannungsfolger, bei dem Bootstrapping verwendet wird, um die Eingangsimpedanz zu erhöhen. Normalerweise wird die Eingangsimpedanz durch die Vorspannungswiderstände R1 und R2 erheblich beeinflusst (reduziert).

Indem ein Teil des Ausgangs an einen Reihenwiderstand R3 zurückgeführt wird, wird die Eingangsimpedanz erhöht, da auf beiden Seiten von R3 die gleiche Spannung (oder fast) erscheint, so dass wenig Strom durch sie fließt und die Wirkung der Vorspannungswiderstände verringert wird.

Bei aktiven Filtern ist die Situation aufgrund der Phasenverschiebung komplizierter. Curd gibt eine Erklärung, die auch auf Bandpassfilter angewendet werden könnte, aber ich bin mir nicht sicher, ob es einen vernünftigen Weg gibt, intuitiv zu verstehen, wie dies im Fall des S&K LPF funktioniert. Vielleicht wissen andere es anders!

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich frage mich, ob Sie im Zusammenhang mit dieser Filterschaltung den Begriff "Bootstrapping" gefunden haben.

Wie im vorherigen Beitrag (MikeJ-UK) gezeigt, wird diese Methode verwendet, um die Eingangsimpedanz einer Verstärkerschaltung zu erhöhen.

Für Filterzwecke wird das Rückkopplungsverfahren jedoch ausschließlich zum Zweck der Erhöhung des Qualitätsfaktors (Pol-Q) der Übertragungsfunktion verwendet (wodurch Butterworth- und Chebyshev-Antworten ermöglicht werden).

Ohne eine solche Rückkopplung wäre jede RC-Filterschaltung mit einem Maximum von Q = 0,5 passiv.

Wie gezeigt werden kann, wird die Eingangsimpedanz des gezeigten S&K-Filters nicht drastisch durch den Rückkopplungspfad beeinflusst.

Bei Gleichstrom ist der Eingangsstrom (nahezu) Null und bei sehr hohen Frequenzen wird der Eingangsstrom nur durch die Widerstände bestimmt (mit und ohne Rückkopplung).

Bootstrapping in analogen aktiven Filtern verstehen
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