El diseño estándar de la Sallen-Key asume que se usan opamps perfectos.
Un LM324 es bastante lento como opamps, me sorprende que muestre el filtro funcionando tan bien como lo hace.
Realiza unas cuantas simulaciones más, cambiando el tipo de opampas que usas. Usa un opamp más rápido, uno más lento y uno perfecto. No conozco el LTSpice específicamente, pero la mayoría de los simuladores tienen un opamp genérico al que puedes ajustar los parámetros, o en su defecto sólo un bloque de fuente de voltaje en el que puedes ajustar una alta ganancia.
Lo que sucede es que el creciente desplazamiento de fase sin modelar del amplificador está cambiando la respuesta ideal de los componentes del filtro.
No es una buena idea tratar de "predistorsionar" el diseño del Sallen-Key para compensar la velocidad del amplificador a la frecuencia problemática a 1MHz donde la respuesta se eleva. En primer lugar, con estos valores de componentes y amplificadores, la banda de paso y la banda de transición son correctas. En segundo lugar, el límite de ancho de banda de los opamps no está bien controlado, por lo que puede ser un poco diferente con cada nueva construcción.
Hay dos maneras de mejorar la respuesta del filtro. La primera es usar opamps más rápidos. Sin embargo, esto sólo tiende a subir la frecuencia del problema en lugar de eliminarlo totalmente. Usar opamps más rápidos de lo necesario también causa otros problemas. Los opamps lentos te permiten salirte con la tuya con una mala disposición o desacoplamiento, los opamps rápidos te castigan con la inestabilidad.
La segunda forma de manejar un bache en la banda de parada, si la atenuación profunda continua de la banda de parada es importante para usted, es usar un filtro pasivo de bajo orden 'roofing', en su caso cortando alrededor de 300kHz.
EDITAR bien hecho por explorar las simulaciones con otras opciones de amplificadores.
1) Con el opamp ideal. La banda de paso y la banda de transición se ven bastante ideales.
¿Qué es esa pequeña arruga a 650MHz? Mira la amplitud, está por debajo de la línea de -640dB. Ahora, de acuerdo con mis sumas, los reales de 64 bits se agotan a 16 dígitos decimales ~ 320dB. Habría esperado ver sólo basura y ruido por debajo de -320dB. Pero tal vez la pista está en el hecho de que 640 = 2x 320. ¿Utiliza el LTSpice 128 bits reales? Si es así, no creería nada por debajo de -640dB, al igual que cuando se programa, no se esperaría que una prueba if(float==0.0) funcione de forma consistente.
El ruido térmico está a un nivel de -174dBm. Un PA de 1kW tiene una potencia de +60dBm. Eso es un rango dinámico de 234dB.
Entonces, ¿qué está pasando en 650MHz? Spice no tiene/debe tener la precisión para representarlo, y el mundo del audio no puede empezar a usar ese aparente rango dinámico. Creo que podemos ignorarlo.
Esto ilustra tanto la fuerza como la debilidad de usar dB para el eje y. Fuerza - permite representar rangos dinámicos colosales de forma compacta. Debilidad - si no eres cuidadoso y no te fijas en lo que significan las cifras, puedes hacer que tu ojo se fije en algún detalle irrelevante en el ruido.
2) Con el aumento del nivel de impedancia.
Buena captura de LvW, y su análisis de que la alimentación del pequeño condensador estaba llegando directamente a la salida. Esto muestra otra no idealidad de los opamps, su impedancia de salida finita. El mejor resultado con las impedancias más altas muestra que esta es una causa que contribuye.
Aquí no estoy de acuerdo en que un opamp más rápido no ayudaría. Típicamente la impedancia de salida de un opamp se mantiene en un ancho de banda más amplio con un opamp más rápido. Mientras que las curvas de impedancia de salida rara vez se presentan para los amplificadores de baja frecuencia tipo LM324, es común para los amplificadores de clase de video, y tienden a ser planos a alguna frecuencia sorprendentemente baja, luego comienzan a subir a 6dB por octava, ya que el bucle cerrado se queda sin ganancia.
Por supuesto que un opamp más rápido no Cura el problema, todavía se quedará sin una salida rígida en alguna frecuencia, pero empujará el problema a una frecuencia más alta, lo que hace que sea más fácil de manejar para un filtro de techo.
Brian captó el punto de que un filtro de orden impar era beneficioso debido al polo real. Cuando haces una sección Sallen-Key de tercer orden, hay una sección RC real en la entrada, que proporcionará una atenuación de 6dB en la banda de parada lejana, independiente del opamp.
Otras peticiones de trama
a) un gráfico en el mismo gráfico del filtro original de 6º orden y un nuevo filtro de 7º orden, utilizando LM324 con los componentes del filtro de impedancia original. Esto es para ver lo bien que una sola RC real mejora la elevación de 1MHz.
b) una gráfica en el mismo gráfico la curva para LM324 con los componentes de mayor impedancia, y la curva para el opamp "ideal", sólo hasta 10MHz. Esto es para ver cuánto queda por ganar con un opamp mejor, habiendo hecho la mejora del nivel de impedancia.
c) mi amplificador para el trabajo de audio es el OP275. La LTSpice debería tener un modelo para eso. Sería interesante ver LM324 vs OP275 con componentes de impedancia originales en el mismo gráfico.
Bocetos de diseño - sólo para la comunicación, ya que no puedo poner bocetos en los comentarios, ilustrando tanto cómo las Rs y Cs están configuradas una sección de tercer orden, y cómo se podría poner un amortiguador en la retroalimentación (algo que no sugeriría para un diseño real, sólo para un experimento interesante)
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simular este circuito - Esquema creado utilizando CircuitLab
