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¿Cuál es la ventaja de un filtro Sallen-Key sobre un filtro normal de segundo orden?

Wikipedia enlaza con un filtro Sallen-Key como paso bajo activo, así que lo probé con LTSpice.

La respuesta en frecuencia y la respuesta en fase no son lineales, sino que la respuesta en frecuencia incluso aumenta después de 10kHz. ¿Por qué es esto, y por qué debería utilizar un filtro Sallen-Key en lugar de un filtro de paso bajo "normal"?

El Sallen-Key está en la línea azul.

Circuit

Frequency Response

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Tu segundo orden "normal" parece ser un par de filtros de primer orden en cascada. Siempre estará sobreamortiguado. Sallen&Key permite un control total del factor de amortiguación. Y por encima de 10kHz te estás quedando sin el producto del ancho de banda de ganancia del antiguo LM324.

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LvW Puntos 6292

Lo que usted llama "normal" es un simple filtro RC de dos etapas con muy mala selectividad (sólo dos polos reales). Por el contrario, la topología Sallen-Key es capaz de producir una respuesta de paso bajo de segundo orden con una selectividad mucho mejor (polo Qp más alto) y varias aproximaciones posibles (Butterworth, Chebyshev, Thomson-Bessel,...).

Sin embargo, hay una gran desventaja de la estructura Sallen-Key, si se compara con otras topologías de filtros activos (multi-retroalimentación, filtros GIC, estado-variable,...): Hay un camino directo (en tu ejemplo: C4) desde la red de entrada hasta la salida del amplificador.

Eso significa: Para frecuencias mucho mayores que la frecuencia de corte, la tensión de salida del amplificador óptico es -como se desea- muy baja. Sin embargo, hay una señal que viene directamente a través del camino C4 que crea una señal de salida en la resistencia de salida finita del opamp. Y esta resistencia aumenta con la frecuencia.

Como consecuencia, las características de amortiguación de este filtro no son tan buenas como deberían/podrían ser. Y eso es lo que se ha observado: La magnitud muestra una característica ascendente para frecuencias mayores. (Esta degradación no deseada de la amortiguación no está causada por las limitaciones del producto ganancia-ancho de banda).

Mejora: La situación puede mejorarse escalando los valores de las piezas: Condensadores más pequeños y valores de resistencia más grandes.

Comentario 1 : Esta propiedad no deseada de cualquier circuito de opamp con un condensador de retroalimentación (entre la salida y el circuito de entrada) se puede observar también para el integrador clásico de MILLER.

Comentario 2: Entonces, ¿tienen alguna ventaja los filtros Sallen-Key en comparación con otras estructuras de filtros activos? Sí, las hay. Comparemos las dos topologías más utilizadas:

(1) Sallen-Key tiene cifras de "sensibilidad activa" muy bajas (sensibilidad frente a las no idealidades del amplificador) y cifras de "sensibilidad pasiva" bastante altas (sensibilidad frente a las tolerancias pasivas).

(2) Filtros multiretroalimentación (MF): cifras altas de "sensibilidad activa" y bajas de "sensibilidad pasiva".

Ambas sensibilidades son propiedades bastante importantes de todos los filtros porque determinan las desviaciones entre la respuesta deseada y la real del filtro (en condiciones IDEALES todos los tipos de filtro tendrían propiedades de rendimiento idénticas).

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Ahora que has añadido "la situación puede mejorarse escalando los valores de las piezas: condensadores más pequeños y valores de resistencias más grandes" puedo votar tu respuesta con total tranquilidad. :)

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La resistencia de salida de un sistema de bucle cerrado está directamente determinada por la ganancia, así que creo que la conexión es más fuerte de lo que sugieres. Si el GBW fuera mayor, el punto de inflexión en la respuesta también sería mayor

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No he mencionado en absoluto el producto GBW. El efecto que he mencionado es causado por las características (deseadas) de paso bajo (disminución de la señal de salida del amplificador) y - al mismo tiempo - una mayor contribución de la ruta directa entre la entrada y la salida (a través del condensador de retroalimentación).

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NuSkooler Puntos 2679

A frecuencias realmente altas, como las superiores a UnityGainBandWidth, el amplificador óptico ha perdido el control de su Vout. Observe cómo este paso bajo unipolar inversor tiene una respuesta NO INVERTIDA a los pulsos rápidos de entrada. El Cfeedback permite que la carga de entrada aparezca directamente en la salida.

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Aquí está el circuito, y los parámetros del OpAmp: enter image description here

La única razón por la que el BODE (2ª captura de pantalla) tiene atenuación a frecuencias más altas es 'CL' 15pF formando LowPass con las 2 resistencias en VirtualGround. [ Si quieres una mejor atenuación a altas frecuencias, instala una tapa de 470pF a tierra en el medio de las 2 resistencias de entrada].

Te divertirás editando el ROUT de los amplificadores. Y habilitando ese condensador de filtro de entrada. Y editando ese Cload de 15pF.

Este ejemplo es uno de los que se han incorporado (sin necesidad de tener conocimientos de SPICE) al Signal Wave Explorer, que se puede descargar gratuitamente desde robustcircuitdesign.com durante 19 días únicos de uso.

Y Walt Jung, de Analog Devices, habló de esta fragilidad del LPF hace décadas.

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Nótese que esta revelación ignora el diseño prudente que hace que la impedancia de entrada sea mucho mayor que la impedancia de salida en bucle abierto. En este caso Rout es 1k y Rin (dc)=1,5k que en formas de onda de prueba > 1Mhz como se muestra arriba hace que el circuito sea un filtro de paso alto que es obviamente una mala elección de valores. Hay que tener en cuenta el escalado para un Rin >10x mayor para atenuar esta debilidad en la limitación del GBW. No obstante, si se esperan grandes señales por encima del BW de OA, el prefiltrado es esencial.

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El feedthru con f creciente hace que el cct de retroalimentación múltiple sea una mejor opción que el filtro Sallen-keys que tiene feed-forward pass-thru en la tapa de retroalimentación donde la Zout sube por falta de BW.

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ozmank Puntos 127

Puede elegir entre muchas configuraciones dependiendo de sus especificaciones de retardo de grupo, Q, ondulación de paso de banda, atenuación de parada de banda, inclinación de la falda.

Tanto Sallen-Key como la retroalimentación múltiple pueden lograr los mismos resultados.

ver más abajo.

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Ambos pueden alcanzar una alta ganancia limitada por el GBW del OP que elijas.

Este software de TI puede diseñar cualquier filtro activo y le permite elegir cualquiera de las configuraciones y escoger las tolerancias de las resistencias que seleccionan el valor apropiado. No permite especificar la impedancia de entrada, por lo que puede escalar todos los valores de RC para adaptarse a esto.

He elegido la respuesta de Bessel, por lo que el retardo de grupo es plano.

Añadido

De la otra respuesta que expone la limitación del BW del Op Amp donde la resistencia de salida de lazo abierto o el límite de corriente de cualquier Op Amp (tipos Rail -to Rail mucho peor), propongo que el filtro Sallen-Keys es peor para la atenuación por encima del BW del Op Amp y que la atenuación de alta frecuencia de lazo abierto ( > GBW) depende de la relación de impedancia de entrada/salida por encima del umbral GBW donde la reducción de la retroalimentación negativa en Zout no tiene impacto debido a la falta de ganancia.

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

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@LvW..eres muy bienvenido en el hilo electronics.stackexchange.com/questions/289527/

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