Was ist der steilste Roll-Off, der für einen analogen Tiefpass erreichbar ist, der mit einem einzigen Operationsverstärker aufgebaut ist?

Ich habe mich über diese Frage gewundert. Was ist, wenn die einzige Designanforderung darin besteht, die höchste Flankensteilheit zu haben, aber nur einen Operationsverstärker zu verwenden? Ich weiß, dass es möglich ist, Annäherungen an Tiefpassfilter zweiter Ordnung mit einem zu konstruieren, aber was ist mit höheren Ordnungen?

Ich bin etwas verwirrt über einige Antworten und ihre positive Abstimmung. Ich nehme an, Sie fragen nach einem aktiven Filter mit nur einem einzigen Operationsverstärker? Oder nicht? Oder ist ein vollständiger Chip 10. Ordnung erlaubt? Oder eine Kaskade von 5 Stufen? Oder sogar ein passiver Filter? Was brauchen Sie?

Antworten (2)

Sie können einen Tiefpassfilter höherer Ordnung ohne Operationsverstärker erstellen. Im Prinzip können Sie bei genügend Pi- oder T-Abschnitten jede gewünschte Roll-Off-Rate erhalten. Sie könnten dann einen Operationsverstärker-Ausgangspuffer hinzufügen, um Ihren Filter zu einem "Ein-Operationsverstärker" -Filter zu machen, wenn Sie dies aus irgendeinem Grund möchten.

Filter höherer Ordnung reagieren jedoch in der Regel sehr empfindlich auf kleine Änderungen der Komponentenwerte, sodass sie häufig eine manuelle Abstimmung jedes Schaltkreises erfordern, um eine gute Leistung zu erzielen, und die Leistung kann bei Temperaturänderungen abweichen.

Der Vorteil der Verwendung aktiver Filter besteht darin, dass der Operationsverstärker eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine hohe Eingangsimpedanz ermöglicht, wodurch der Belastungseffekt einer Stufe auf die nächste reduziert wird. Das bedeutet, dass Sie mehrere Filter erster oder zweiter Ordnung ohne viel Interaktion von Stufe zu Stufe kaskadieren können und den Abstimmungsbedarf reduzieren. Wenn Sie versuchen, einen aktiven Filter höherer Ordnung in einem Schritt zu erstellen, geben Sie einen entscheidenden Vorteil der Verwendung aktiver Filter auf.

Entschuldigen Sie meine mangelnde Erfahrung, aber was ist "gute Leistung"? Wenn sich die Komponentenwerte ändern, wird der Roll-Off schlechter, oder wird nur die Reaktion um die Eckfrequenzen hässlich?
Die Bandbreite kann sich ändern, die Verstärkung ist im Durchlassbereich möglicherweise nicht konstant, die Form des Übergangs kann sich ändern, und möglicherweise können im Sperrbereich Wellen mit geringerem Verlust auftreten.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Operationsverstärkern besteht darin, dass sie die Verwendung von Induktivitäten überflüssig machen.
Wäre es nicht wünschenswert, anstelle eines Operationsverstärker-Ausgangspuffers die Pi / T-Filterabschnitte in den Rückkopplungspfad einzufügen, damit sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsimpedanz verbessert werden? Oder zerstören mehrere Phasen den Phasenabstand und verursachen Instabilität?

Sie können einen Filter 10. Ordnung mit einem 8-Pin-SOIC-Chip wie dem LTC1569-6 erstellen

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies verwendet keine herkömmlichen Operationsverstärker, aber wenn Sie dem Geist der Frage und der Antwort von @thephoton folgen, können Sie diesen Chip als mindestens einen Operationsverstärker (Äquivalent) betrachten.

Genau da, wo ich hinwollte! Ich füge nur die Warnung hinzu, dass es einige Designüberlegungen für die Verwendung von Filtern mit geschalteten Kondensatoren gibt. Das Größte ist natürlich die Möglichkeit des Aliasing. Ihre Uhr ist Ihre Abtastfrequenz, und Sie müssen auf Herrn Nyquist achten. Der zweite ist der Clock-Bleedthrough und die eindeutige Möglichkeit, dass Sie möglicherweise nachfiltern müssen, um dies zu unterbinden (obwohl ein RC normalerweise ausreicht).
@ScottSeidman Ich hätte es nicht besser sagen können
@ScottSeidman möchten Sie etwas mehr über das Durchbluten der Uhr erklären? Ich bin mir nicht sicher, ob ich eine Frage dazu eröffnen soll.
@ efox29 Ich glaube, Scott bezieht sich auf die Schaltuhr, die für diese Filtertypen verwendet wird. Unweigerlich findet ein kleiner Teil des Taktsignals seinen Weg zum Ausgang, genauso wie bei einem DAC kleine Störungen am analogen Ausgang auftreten, wenn ein DAC-Wert vom digitalen System aktualisiert wird. Ziemlich einfach loszuwerden.
@Andyaka ah, ja, ich habe so etwas mit den Switched-Cap-Filtern erlebt - ich dachte nur, es ist einfach so, wie es funktioniert. Habe die Ursache nicht erkannt. Gut zu wissen! Würde ein RC ausreichen? FC ?
S@efox29 Ein RC ist normalerweise gut genug, aber manchmal muss eine 2. Ordnung verwendet werden, um zu verhindern, dass es die Flachheit des LPF stört, das deglitcht wird.
Was ist der steilste Roll-Off, der für einen analogen Tiefpass erreichbar ist, der mit einem einzigen Operationsverstärker aufgebaut ist?
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