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

Lo que usted llama "normal" es un filtro RC simple de dos etapas con muy mala selectividad (solo dos polos reales). A diferencia de. la topología de Sallen-Key es capaz de producir una respuesta de paso bajo de segundo orden con una selectividad mucho mejor (Qp de polo superior) 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 (retroalimentación múltiple, filtros GIC, variable de estado,...): Hay una ruta directa (en su ejemplo: C4 ) de la red de entrada a la salida opamp.

Eso significa: para frecuencias mucho más grandes que la frecuencia de corte, el voltaje de salida del opamp es, como se desea, muy bajo. Sin embargo, hay una señal que llega directamente a través de la ruta 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 ha observado: la magnitud muestra una característica ascendente para frecuencias más grandes. (Esta degradación de amortiguamiento no deseada no es causada por limitaciones del producto ganancia-ancho de banda).

Mejora: la situación se puede mejorar escalando los valores de las piezas: condensadores más pequeños y valores de resistencia más grandes.

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

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

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

(2) Filtros de retroalimentación múltiple (MF): Cifras de "sensibilidad activa" alta y "sensibilidad pasiva" baja.

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

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

Aquí está el circuito y los parámetros OpAmp:

La única razón por la que el BODE (segunda captura de pantalla) tiene atenuación a frecuencias más altas es que 'CL' 15pF forma LowPass con las 2 resistencias en VirtualGround. [Si desea una mejor atenuación de alta frecuencia, instale un límite de 470pF a tierra en el medio de las 2 resistencias de entrada].

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

Este ejemplo es uno de esos BUILTIN (no se necesita conocimiento de SPICE) para Signal Wave Explorer, que se puede descargar gratis desde robustcircuitdesign.com durante 19 días únicos de uso.

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

Aquí hay un ejemplo de Zout MEDIDO de un opamp (cerca de 500MHz, parece 10pF. 31 Ohms), para los modos Activo y Apagado:

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

Tanto Sallen-Key como Multiple Feedback pueden lograr los mismos resultados.

vea abajo.

Ambos pueden lograr una alta ganancia limitada por el GBW del OP que elija.

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

Elegí la respuesta de Bessel, por lo que el retraso del grupo es plano.

Agregado

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

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}