सक्रिय कम-पास फिल्टर - क्या आवृत्तियों के लिए अच्छा है?

Question

द आर्ट ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स, 3 डी संस्करण (एलसी बटरवर्थ फिल्टर) के परिशिष्ट ई यह कहकर शुरू होता है कि " सक्रिय फिल्टर कम-आवृत्तियों पर सुविधाजनक हैं लेकिन उच्च आवृत्तियों पर अव्यावहारिक हैं "। वे जाते हैं और कहते हैं कि " 100kHz और उससे अधिक की आवृत्तियों पर, सबसे अच्छा दृष्टिकोण निष्क्रिय एलसी फिल्टर है " (दोनों मामलों में पैराफ्रास्ड)।

मेरा पहला सवाल: वास्तव में? एक मात्र 100kHz सक्रिय फिल्टर के व्यावहारिक होने के लिए पहले से ही बहुत अधिक है?

मैं समझता हूं कि उच्च बैंडविड्थ और हाई स्लीव-रेट के साथ ऑप-एम्प्स काफी कीमत हो सकती है, जिससे यह सामान्य मामले में "अव्यावहारिक" हो जाता है - हालांकि, 1kHz के साथ लो-पास LC फ़िल्टर, कहते हैं, 1MHz कटऑफ, T टोपोलॉजी लोड सैंकड़ों μH के क्रम में आवयकताओं को समाप्त करता है --- अगर मुझे विरूपण (चुंबकीय कोर संतृप्ति और हिस्टैरिसीस) से बचने की आवश्यकता है, तो उस सीमा में एक एयर-कोर प्रारंभ करनेवाला पूरी तरह से अव्यवहारिक बनाता है।

प्रश्न 2 होगा: एक कटऑफ आवृत्ति है, कहते हैं, 10 मेगाहर्ट्ज से कम-सलेन कुंजी 2-क्रम कम-पास फिल्टर के लिए बहुत अधिक है?

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

आदर्श मामले के परिप्रेक्ष्य से इसका विश्लेषण (हमेशा रैखिक ऑपरेशन के भीतर ऑप-एम्पी मानकर), ऑप-amp के सभी तीन पिन कम-पास आउटपुट सिग्नल के अधीन होंगे --- पर <10MHz कटऑफ आवृत्ति जो निश्चित रूप से एक नहीं है मुद्दा (न तो बैंडविड्थ और न ही दर)। इनपुट समाई एक बड़ा मुद्दा नहीं होना चाहिए --- 1k के क्रम में R के साथ, कैपेसिटर कुछ दसियों pF के क्रम में कुछ सैकड़ों pF --- उच्च-ऑप-इनपुट बनाने के लिए पर्याप्त है समाई नगण्य।

क्या कोई अन्य व्यावहारिक समस्या है जिसे मैं देख रहा हूं? अगर मैं कुछ मेगाहर्ट्ज के क्रम में कटऑफ के साथ इस तरह के एक सक्रिय फिल्टर चाहता हूं तो क्या मैं यथार्थवादी हूं? (मूल्य निर्धारण एक मुद्दा नहीं है --- अगर मुझे $ 10 या $ 20 रेंज में op-amp की आवश्यकता है, तो यह ठीक है)

Comments

क्या आप स्रोत आर को परिभाषित कर सकते हैं और आर और केबल कैपेसिटी को लोड कर सकते हैं? और यदि संभव हो तो चरण 10MHz @ -3dB और अस्वीकृति -dB @ 20MHz पर स्थानांतरित करें। रैखिक चरण, अधिकतम फ्लैट या ?? आमतौर पर GBW को 200 BW या तो Ro को कम करने के लिए सिग्नल BW से बहुत अधिक होना चाहिए। एक कारण है कि यह सीमित क्यों है और यह इन मापदंडों पर निर्भर करता है कि उद्देश्य क्या है?

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75

कैपेसिटिव केबल लोड पर> = 100GBW के साथ एकता लाभ अस्थिरता का मुख्य कारण है, उच्च उत्पादन प्रतिबाधा जब तक कि 1pF आवारा समाई के रूप में प्रतिबाधा का मिलान नहीं हो सकता।

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75

ADI के वॉल्ट जंग ने हमें चेतावनी दी है "एक सक्रिय लोपास फिल्टर में -40dB स्टॉपबैंड प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए, स्टॉपबैंड में ऑपैम्प को हर जगह 40dB लाभ अधिशेष प्राप्त करने की आवश्यकता होती है।" इसके अतिरिक्त, ओपैम्प्स में अक्सर आगमनात्मक ज़ाउट (बढ़ते प्रतिरोध और ओम्पैम्प रोलऑफ़ द्वारा प्रदान की गई 90 डिग्री फ़ेज़शफ्ट) होता है, और फ़िल्टर में कैपेसिटर एक उच्च-आवृत्ति पथ को ऑरोम्प प्रदान करते हैं; बढ़ते हुए Zout के साथ, opamp उस उच्च आवृत्ति ऊर्जा को नहीं देख सकता है। इस प्रकार यदि आपको वास्तव में उत्कृष्ट स्टॉपबैंड प्रदर्शन की आवश्यकता है, तो पहले पोल के रूप में एक निष्क्रिय आरसी एलपीएफ रखें, और ओपिनियन चश्मे के साथ उदार रहें।

— analogsystemsrf

पुस्तक शायद सही है यदि आप "741" के साथ "ऑप amp" की बराबरी करते हैं। लेकिन नहीं अगर आप वास्तव में इसके बजाय एक सेशन amp का उपयोग करते हैं :)

— alephzero

@analogsystemsrf - अच्छी बात; मैं ठीक से सोच रहा था कि अगर मैं सही ढंग से याद करूँ तो यह एक 3-ऑर्डर बटरवर्थ (1 / एच) (s + 1) (s (+ s + 1) को चोट नहीं पहुंचाएगा। किसी भी स्थिति में, फ़िल्टर को एक प्रारंभिक इनपुट चरण मिलता है जो कि सिर्फ एक RC है।

— कैल-लिनक्स

Answer 1

मेरा मानना ​​है कि आपका विश्लेषण अच्छा होगा। मैंने sallen-key 4th ऑर्डर फिल्टर्स बनाए हैं जो 3 मेगाहर्ट्ज के लगभग कट-ऑफ हैं, प्रदर्शन के बारे में बिल्कुल कोई चिंता नहीं है। मुझे नहीं लगता कि 10 मेगाहर्ट्ज अस्वीकार्य है।

यह ऑप-एम्प पसंद के बारे में है। एक एकता लाभ चरण के लिए यह पता लगाना आसान है कि लाभ नीचे (कहते हैं) 0.99 से गिरना शुरू हो जाता है और इसे सीमित आवृत्ति के रूप में माना जाता है। दूसरी ओर, एक op-amp का उत्पादन प्रतिबाधा आमतौर पर बदतर हो जाती है क्योंकि यह मेगाहर्ट्ज क्षेत्रों में प्रवेश करती है, इसलिए आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि यह बिना क्लिपिंग या बहुत मैला किए बिना चरम वर्तमान को वितरित कर सकता है।

आपको स्लीव रेट लिमिट्स पर भी विचार करना होगा, लेकिन जहां तक ​​मुझे जानकारी है, वह इसके बारे में है।

यह काफी संभव है कि The Art of Electronics, 3rd Edition1980 में पहली बार सामने आने के बाद से उस खंड पर कोई अपडेट नहीं किया गया था।

Comments

यह आज 7 वां वोट है - किसी को भी कोई विचार?

— एंडी उर्फ

मुझे भी वही मिलता है। नि: शुल्क विशेषज्ञता की सराहना नहीं करते हैं और टिप्पणी लिखने के लिए कैसे पता नहीं होना चाहिए

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75

@Andyaka। नीचे के वोटों को निराशा हाथ लगी। लेकिन आपके जवाबों को हमेशा सकारात्मक वोट मिलते हैं।

— मारला

वास्तव में 10MHz पूरी तरह से संभव है। मैंने हाल ही में 10 मेगाहर्ट्ज के लिए एक सक्रिय कम पास बनाया और यहां तक ​​कि ओपएम्प को 50 ओम लोड करने दिया। यह ठीक काम करता है, हालाँकि ये OpAmps क़ीमती हैं और थोड़ी गर्मी भी पैदा करते हैं।

— टी। प्लुस

यह उन पोस्टों से निपटने के लिए अक्सर बहुत निराशा होती है जो स्टैकएक्सचेंज पर गर्म होती हैं। सभी प्रकार के अवांछित व्यवहार में ढोंगी। मेरी इच्छा है कि यह काम करे।

— पूजा

Answer 2

मेरा पहला सवाल: सच में? एक मात्र 100kHz सक्रिय फिल्टर के व्यावहारिक होने के लिए पहले से ही बहुत अधिक है?

नहीं, 100kHz कुछ भी नहीं है, लेकिन यह सब opamp पर निर्भर करता है। कुछ बिंदु पर लाभ बैंडविड्थ उत्पाद समस्याओं का कारण बनने जा रहा है। यदि आपके पास 1MHz या 10MHz GBWP के साथ एक ऑप amp होता है (जो AofE के पहले संस्करण के समय विशिष्ट हो सकता है, तो शायद वे इसे अपडेट नहीं करते हैं, यह मेरी सोच है इसलिए मैं संस्करणों की तुलना करूँगा) तो 100kHz नहीं ध्वनि बहुत अनुचित है, क्योंकि आपको केवल एक परिमाण या फ़िल्टरिंग दो मिलेंगे और फिर बैंडविड्थ एकता लाभ से नीचे चला जाएगा। तब आपका लोपास फ़िल्टर एक बैंडपास की तरह दिखता है।

क्या कोई अन्य व्यावहारिक समस्या है जिसे मैं देख रहा हूं? अगर मैं कुछ मेगाहर्ट्ज के क्रम में कटऑफ के साथ इस तरह के एक सक्रिय फिल्टर चाहता हूं तो क्या मैं यथार्थवादी हूं? (मूल्य निर्धारण एक मुद्दा नहीं है --- अगर मुझे $ 10 या $ 20 रेंज में op-amp की आवश्यकता है, तो यह ठीक है)

यदि आपको वास्तव में 50 मेगाहर्ट्ज के पिछले फ़िल्टरिंग की आवश्यकता है, तो पैरासाइट को ईएसआर के रूप में तैयार करना होगा और कैपेसिटर में ईएसएल फ़िल्टर ध्रुवों को प्रभावित करना शुरू कर देगा और उच्च आवृत्तियों पर अपने स्वयं के फ़िल्टर पोल बनाएगा। यदि संभव हो तो एक मसाला पैकेज का उपयोग करें। सुनिश्चित करें कि GBWP काफी अधिक है, इन दिनों + 100MHz रेंज में काम करने वाले ऑप्स प्राप्त करना कठिन नहीं है।

Comments

यह बात सही है। उच्च GBWP ओपी एम्प्स प्रदर्शनकारी, लागत कुशल या 1980 में उपलब्ध नहीं थे, जब AoE पहली बार प्रकाशित हुआ था। 1980 में 8086 बढ़त बना रहा था और एक IC पर 10MHz तेजी से धधक रहा था। अब हम एक 2.4GHz बैंडविड्थ के साथ LMH6881 $ 3 के लिए, या LMH5401 को $ 7 के लिए 8GHz GBWP के साथ खरीद सकते हैं - जो 1980 में अकल्पनीय रहा होगा। पुस्तक अभी अपडेट नहीं की गई है।

— जे ...

Answer 3

उच्च आवृत्ति पर उस Sallen Key टोपोलॉजी के साथ मुख्य समस्या यह है कि op-amps का आउटपुट प्रतिबाधा बढ़ जाती है, इसलिए 2C संधारित्र के माध्यम से इनपुट सिग्नल के फीडफ़ॉर्म को नियंत्रित करने में विफल रहता है, स्टॉपबैंड को ट्रैश कर रहा है।

Answer 4

TI में 10MHz डिज़ाइन वाला ऐप नोट है। यह उनके THS4001 कम लागत वाले 270 मेगाहर्ट्ज -3 डीबी ओपी एम्प पर आधारित है।

Op Amps में एक खुला लूप आउटपुट प्रतिबाधा है जो आपके 50 imp सिग्नल जनरेटर की तुलना में बहुत अधिक है। यह उनकी शॉर्ट सर्किट सुरक्षा के साथ उन्हें स्थिर बनाता है। उच्च GBW का उपयोग Zout = Zoc / GBW को कम करने के लिए किया जाता है। ब्रेडबोर्ड ESL (0.5nH / mm) और आवारा समाई को कम से कम करने की आवश्यकता होगी।

150 MHz GBW के साथ आप 1k R ​​का उपयोग 5 pf, 10pF के साथ कर सकते हैं।

मैंने उनका डिज़ाइन नहीं पढ़ा।

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

किसी भी फ़िल्टर को डिज़ाइन करने के लिए, आपको इन स्पेक्स पर विचार करना चाहिए 1;

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