Simulieren und Erstellen eines Mehrfachrückkopplungs-Bandpassfilters

Ich habe ein verzerrtes Signal und möchte nur Frequenzen zwischen 95kHz und 105kHz zulassen. Die Eingangsspannung liegt bei 300mV Spitze zu Spitze.

Daher brauche ich ein Passband von 10 kHz und eine Mittenfrequenz von 100 kHz.

Ich habe verschiedene Bücher über analoge Elektronik durchgelesen, um einige häufig verwendete Variationen und Topologien herauszufinden, und mich für den Mehrfachrückkopplungsfilter entschieden.

Ich werde diese Schaltung verwenden:

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Laut diesem Dokument:

Diese Schaltung wird häufig in Anwendungen mit niedrigem Q (< 20) verwendet. Es ermöglicht eine gewisse Abstimmung der Resonanzfrequenz F 0 , indem R2 variabel gemacht wird. Q kann auch (mit R5) angepasst werden, aber dies ändert auch s F 0 .

Ich fuhr dann fort, indem ich den Gleichungen in demselben Dokument oder dem Buch Op Amp Applications Handbook folgte .

Meine Berechnungen und Arbeiten sind unten aufgeführt:

Zuerst müssen wir die Mittenfrequenz, Bandbreite und Q bestimmen.

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Q ist zu hoch, um separate Hoch- und Tiefpassfilter zu verwenden, aber ausreichend niedrig, um einen Typ mit Mehrfachrückkopplung zu verwenden.

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Bevor ich diese Schaltung tatsächlich baue, möchte ich sie simulieren können. Hier ist meine Schaltung, die auf Proteus-Software implementiert ist.

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Und das ist der jeweilige Frequenzgang:

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Es ist vielleicht nicht deutlich sichtbar, bitte entschuldigen Sie, aber die Mittenfrequenz liegt nur bei 63 kHz.

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LM324 Datenblatt .

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Bei 100 kHz beträgt der maximale Ausgangsspannungshub nur 1 V von Spitze zu Spitze, und daher halte ich meine Verstärkungspegel niedrig. (AV = 2)

Ich habe die Anweisungen befolgt, aber offensichtlich mache ich etwas falsch.

Wie bekomme ich eine tatsächliche Mittenfrequenz von 100 kHz, und was mache ich falsch ?

Für Tipps und/oder Anregungen wäre ich dankbar.

Es ist immer gut, die DC-Vorspannungen zu überprüfen, bevor Sie sich die AC-Antwort ansehen. Können Sie die von der Simulation zurückgegebenen Vorspannungen angeben? Außerdem, welche Größe des Eingangssignals verwenden Sie?
Ist der LM324 nicht ein Operationsverstärker mit einer einzigen Versorgung? Willkommen in der realen Welt, in der die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers Ihre Designentscheidungen beeinflusst. Probieren Sie einen JFET-Eingangs-Opamp aus und sehen Sie, was Sie bekommen. Vergessen Sie zu sagen, überprüfen Sie auch die Bandbreite, einige können möglicherweise nicht so weit reichen.
@scorpdaddy, das Eingangssignal hat eine Amplitude von 150 mV, fügt Vorspannungen hinzu. Außerdem kann der LM324 in einer Single-Rail- oder Dual-Rail-Konfiguration verwendet werden, gemäß dem Datenblatt, das ich der Frage hinzufügen werde. Was die Bandbreite betrifft, sollte es auch im Rahmen dessen liegen, was ich erreichen möchte. Das ist der Grund, warum ich die Verstärkung (AV) bei 2 niedrig halte. Da bei 100 kHz der Ausgangshub nur 1 V pp beträgt.
Versuchen Sie, einen Operationsverstärker mit hohem GainBandwidthProduct (GBW) zu verwenden. LM324 hat eine Verstärkung von etwa zehn bei 100 kHz. Nicht wirklich genug.
Empfehlung: Verwenden Sie einen IDEAL-Operationsverstärker und prüfen Sie, ob die Teilewerte in Ordnung sind. Nach meiner Berechnung beträgt die Design-Mittelfrequenz mit Ihren Teilen 70,8 kHz. Darüber hinaus verwenden Sie für die Hardwarerealisierung einen anderen Operationsverstärker
Danke für alle Vorschläge. Seltsamerweise (oder nicht?), Wenn ich die gleichen obigen Berechnungen durchführe, aber für eine Mittenfrequenz von 1 kHz oder 10 kHz, erhalte ich die exakte simulierte Antwort. Könnte sein, dass das GBW wie erwähnt zu niedrig ist.

Antworten (2)

Sie verwenden den falschen Simulator oder den falschen Operationsverstärker. Überprüfen Sie die Bandbreite des Operationsverstärkers und stellen Sie sicher, dass sie ausreichend ist (im Simulator, nicht nur auf einem Datenblatt). Ich habe 100 kHz auf drei Arten in LT Spice bekommen:

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Die erste Schaltung verwendet einen 1-poligen idealen Operationsverstärker (kein Verlust, kein Geländer und nahezu unendliche Bandbreite)

Der zweite verwendet einen idealen Operationsverstärker, hat aber Parasiten (die Kappen haben ESR und ich habe eine kleine Menge Induktivität hinzugefügt, um die Induktivität der realen Welt zu simulieren).

Der dritte verwendet ein OP27

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Es ist wirklich nicht nötig, für Punkte in der .ACAnalyse billig zu werden, sie kommen schnell, selbst wenn sie Tausende/Dezember betragen, so dass die Sichtbarkeit stark erhöht wird.
Guter Punkt, ich laufe normalerweise 12 oder mehr, aber ich hatte es eilig
Es stellte sich heraus, dass es beides war! Erfolgreich getestet auf LT Spice. Danke @laptop2d

Hier ist eine Simulation für eine Verstärkung von +6 dB unter Verwendung von UA741 und MCP655 (und OPA211 mit einer Rauschdichte von 1 Nanovolt). Der erste Operationsverstärker ist 1 MHz UGBW, der zweite Operationsverstärker ist 50 MHz, der dritte ist 45 MHz. Ich habe 100-pF-Kondensatoren für UA741 und MCP655 verwendet, und die Widerstände haben einen ziemlich großen Wert, sind also Boltzmann-rauschend und das SNR für 1-Volt-Eingang beträgt nur 68 dB. OPA211 verwendet 1.000 pF und erzeugt 82 dB SNR.

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Hier vergleichen wir die beiden BandPassFilter-Frequenz-/Phasendiagramme.

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Und hier ist das Thermal-Noise-Plot

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Übrigens habe ich das Tool mit 1.000-pF-Kondensatoren erneut ausgeführt, und das SNR steigt nur auf 69,8 dB.

Also wechselte ich zum rauschärmsten OpAmp, der im Tool enthalten ist, dem OPA 211 mit einer Rauschdichte von 1 Nanovolt (62 Ohm Rnoise). SNR stieg auf 82 dB mit 1 Volt Eingang. Hier ist das

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