El filtro de paso bajo Sallen Key deja de rodar en la simulación

Desafortunadamente, no tengo imágenes de mi simulación de especias ya que está en una computadora diferente, pero estoy intentando crear un filtro de paso bajo Sallen Key con fc ~ = 555Hz. Usé el diseño de filtro de paso bajo en la página de wikipedia en la topología con R1 = 2.26k, R2 = 16.5k, C1 = 0.1uF y C2 = 0.022uF. Este es el circuito:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La frecuencia de corte parece correcta y comienza a disminuir a 40 db/década, pero el circuito deja de disminuir alrededor de los 18 kHz y sube a 20 db/década a 1,2 MHz.

Según tengo entendido, el circuito debería continuar cayendo en el olvido ya que la función de transferencia no tiene ceros finitos, por lo que no estoy seguro de por qué obtengo este resultado.

Cualquier ayuda sería apreciada.

¿Qué usaste para el búfer de ganancia unitaria?
El amplificador operacional LT1112.
"... rodar hacia el olvido ..." jajaja
Interesante. Noté (de la hoja de datos) que la ganancia de voltaje y el margen de fase del LT1112 caen abruptamente con la frecuencia hasta el punto de que no es un amplificador operacional muy efectivo a 100 KHz. Puede presenciar esto mostrando también el voltaje en la entrada no inversora: coincide con la entrada inversora hasta aproximadamente 100 KHz, momento en el que divergen. El opamp ya no está en el rango "ideal" y todas las apuestas están canceladas: la función de transferencia que era válida a bajas frecuencias ya no es válida.
Si solo está interesado en 'alguna atenuación que continúe monótonamente hacia abajo', en lugar de 'la atenuación teórica correcta', entonces usar una Sallen Key de tercer orden es una modificación económica que funciona. Aplica un RC pasivo al frente del circuito de segundo orden. Hay ecuaciones de diseño para esta configuración, por lo que aún obtiene la banda de paso que espera.

Respuestas (2)

Este es un problema "bien conocido" con la configuración de Sallen-Key.

El problema es que la impedancia de salida del amplificador aumenta con la frecuencia y comienza a parecer inductiva, por lo que ya no "lucha" más contra la señal de entrada a medida que aumenta la frecuencia. Luego, la salida aumenta en +20dB/década hasta que se nivela en el GBW del amplificador.

Puede mitigar esto hasta cierto punto aumentando los valores de la resistencia (y disminuyendo proporcionalmente los valores de los capacitores), usando un amplificador operacional más apropiado, usando un filtro pasivo en serie o evitando Sallen-Key.

El amplificador operacional LT1112 tiene la peor velocidad de respuesta que he visto. Su hoja de datos muestra un gráfico de problemas de velocidad de giro que comienzan por debajo de 4 kHz, pero los amplificadores operacionales de audio normales funcionan perfectamente hasta 100 kHz y más.
@Audioguru Si reemplaza el amplificador operacional con un NE5532 que consume mucha energía (20 o 25 veces más corriente), la atenuación disminuye de aproximadamente 44 kHz y alcanza un mínimo (~ -75 dB) a 57 kHz, luego aumenta a +20 dB por década hasta que llega a -30dB más o menos a 14,5 MHz. Por supuesto, el rendimiento de DC va al diablo en un carro de mano, 100 veces peor o menos.
Gracias chicos por la información, tiene sentido y modificaré mis diseños en consecuencia.

El efecto mencionado por Spehro Pefhany es aún más grave debido a lo siguiente:

Para frecuencias crecientes, la impedancia capacitiva en la ruta de retroalimentación es cada vez más baja, y una porción creciente de la señal de entrada llega DIRECTAMENTE a través de este capacitor de retroalimentación a la impedancia de salida (creciente) de los amplificadores operacionales.

Esto funciona en contra de la señal de salida "normal" que sale del opamp.

Puede mejorar la situación utilizando un amplificador de búfer en serie con el condensador de retroalimentación (o utilizar otra topología de filtro). Para una mejora "ligera", puede reducir el valor de C1 y aumentar las resistencias correspondientemente.

EDITAR: He simulado el circuito usando (intencionalmente) el opamp "viejo" uA741. Resultado: Máx. atenuación en la aplicación. 30 kHz son 60 dB. Con un búfer (ua741) en el bucle de retroalimentación, la atenuación ha mejorado drásticamente.

Creo que esto es una indicación de que el aumento de la impedancia de salida por sí solo NO es el problema. Pero ambos efectos, una impedancia de salida más alta y el acoplamiento directo a través de C1, son la causa del efecto observado,

¡Oye, probablemente recibas críticas de algunos de los "habituales" por decir algo bueno sobre el 741! Pero esta respuesta va al grano...
El filtro de paso bajo Sallen Key deja de rodar en la simulación
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v