Filtro de paso bajo activo que proporciona una salida constante independientemente de la entrada

Tengo un sensor que me da una salida de entre 1 y 4 V, y quería filtrar el ruido presente en la salida para darme una lectura más estable y precisa.

Configuré un filtro Butterworth activo de segundo orden usando una topología de tecla Sallen para tratar de filtrar cualquier señal por encima de ~ 42 Hz con una ganancia de 0 dB. Estoy bastante seguro de que construí el circuito correctamente ya que solo tiene 5 componentes, pero la salida permanece en 2.7V independientemente de la entrada que he estado variando. Lo que podría ser un problema es que el voltaje de riel a riel del amplificador operacional es de 0-5 V, el mismo suministro que se usa para los sensores. El amplificador operacional que estoy usando es un LT1013, que he comprobado es un amplificador operacional de suministro único.

Ha pasado un tiempo desde que hice un diseño analógico, así que estoy un poco oxidado... ¿Alguna idea de dónde podría estar mi problema aquí?

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Component values
R1 = 0
R2 = 10k
C1 = 220nF
C2 = 470nF

Hoja de datos de sensores. Por lo que puedo deducir, la impedancia de salida es de 10kOhms y 20nF.

La salida del filtro se alimentará a un ADC (MCP3202).

EDITAR: Traté de tener en cuenta la impedancia de salida, usándola como mi valor R1 y ajustando los valores de otros componentes en consecuencia. Sin embargo, el problema persiste en su mayoría, pero ahora recibo un movimiento muy leve en la salida, aunque no se acerca a la magnitud de la entrada.

¿¡En serio!? ¿Cómo se imagina que se supone que debemos saber qué R1, R2, etc. están en su circuito? Muestre el esquema de cómo conectó esto exactamente. Además, ¿cuál es la impedancia de salida del sensor? ¿Cuál es el requisito de impedancia de entrada de lo que sea que esté aguas abajo de este filtro?
Bueno, una topología de clave Sallen es bastante conocida por aquellos que han diseñado filtros activos antes, pero supongo que podría haber sido más claro con mi información. Se actualizó la publicación para incluir más información ahora.
El LT1013 tiene un pinout no estándar y algunos paquetes obsoletos. ¿Qué paquete está utilizando y ha comprobado que está utilizando el diagrama de pines correcto?
No creo que la impedancia de salida sea de 10k: la hoja de datos dice "Carga de salida resistiva analógica" y enumera 10k como mínimo. En otras palabras, no debe conducir una carga más fuerte (menor) que 10k. Entonces no deberías omitir R1.
Estoy usando la hoja de datos proporcionada en la misma página desde la que lo pedí, pero lo comprobaré para asegurarme. Además, no estaba seguro de eso, era solo la información más cercana que encontré que parecía una impedancia de salida. Nunca antes me había encontrado con una característica declarada así. Gracias, rediseñaré con algunos ajustes en la resistencia del filtro.

Respuestas (1)

Si está tratando de filtrar señales por encima de 42 Hz, la tecla Sallen está bien, pero ha cometido errores graves en sus cálculos. Aquí hay algunos consejos: -

  • R1 nunca es 0; generalmente tiene el mismo valor que R2
  • C2 casi nunca es mayor que C1; generalmente es igual o menor

Suponiendo que R1 = R2 = 10k y C1 y C2 (como se indica), la frecuencia de corte se calcula en 49,5 Hz pero, para obtener una banda de paso plana decente (CC a 49,5 Hz) y una cantidad razonable de atenuación por encima de este punto, C2 es demasiado grande.

Pruebe C2 a 100nF e intente elevar R1 y R2 a 22k. Esto será alrededor de 48.8Hz.

Hay sutilezas cuando se diseñan filtros de segundo orden y el principal se llama Q. Q o factor de calidad altera la forma del filtro de un paso de banda bastante descuidado (frecuencias que se atenúan gradual y progresivamente) a un paso de banda mucho más nítido y bien definido. banda y, en última instancia, puede producir grandes picos resonantes en el corte cuando Q es muy grande.

La siguiente imagen es de un sistema de equilibrio de resorte mecánico de segundo orden, pero la imagen es buena porque, fundamentalmente, las mismas fórmulas se aplican a los circuitos electrónicos y muestra lo que sucede cuando la amortiguación es alta y baja. La amortiguación es proporcional a la inversa de Q en caso de que se esté preguntando: -

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Gracias por la información, muy informativa por cierto. Intenté lo que sugirió, pero mi salida aún permanece en alrededor del 50-60% del voltaje de suministro, independientemente de las variaciones en el voltaje de entrada entre 1-4v. También probé el amplificador operacional como un seguidor de voltaje y parece funcionar como se esperaba, por lo que no es el amplificador operacional
El sensor tiene un ancho de banda de paso bajo de 10 Hz y probablemente necesite configurarse a través del bus SPI. ¿Estás consciente de esto? Tal vez también debería publicar su diagrama de circuito exacto, incluidos los números de pin del amplificador operacional y los suministros que está utilizando para ello.
¿Con qué está midiendo su salida? ¿Tiene un osciloscopio para ver las formas de onda? ¿Tiene un generador de señal a mano?
Estaba al tanto de esto, pero por lo que puedo ver, no hay configuración para ello a través de SPI. Tengo un osciloscopio, con una sonda conectada a la salida del sensor, y cuando muevo mi sistema puedo ver ruido a ~45 Hz en la salida del sensor. El ruido proviene del motor paso a paso (que controla el nivel del sensor) moviéndose a través de las fases. Necesito deshacerme de este ruido porque me impide obtener una lectura precisa cuando el sistema está en movimiento. No tengo un generador de señales a mano, de lo contrario, esa habría sido mi primera opción para probar la respuesta del filtro.
Dices que el circuito funciona como un seguidor de voltaje. El circuito que tiene es un seguidor de voltaje para voltaje de CC. La especificación del sensor dice que produce una salida inactiva de la mitad de Vsuministro, que es de 2,5 V para un suministro de 5 V. ¿Puede determinar que esto es cierto? Si es cierto, ¿la salida del amplificador operacional también está inactiva a 2,5 V? Debería serlo. Su diagrama de circuito: ¿está definitivamente seguro de que no tiene ganancia incorporada en su amplificador operacional? Esto generalmente se logra mediante una resistencia en lugar del cortocircuito de la salida a la entrada -V. ¿Puede confirmar esto o publicar un circuito "verdadero"?
Por eso no entiendo por qué no funciona. Anteriormente caractericé este sensor y verifiqué que su salida a 0 grados de inclinación está muy cerca de 2.5V. Con la configuración que se muestra arriba, usando los valores que recomendó anteriormente, la salida es constante a 2.66v. Me temo que puede tener razón acerca de una ganancia de voltaje incorporada ( aquí está la hoja de datos ), probaré un amplificador operacional diferente en este momento.
Vale la pena probar un amplificador operacional diferente, pero si no ha conectado componentes adicionales al circuito, entonces NO hay ganancia de voltaje adicional, no se preocupe por eso, necesitaba escuchar su respuesta decir esto. Pero, si funciona como un seguidor de voltaje, entonces debería estar bien. ¿Qué fuentes de alimentación estás poniendo en el amplificador operacional?
Originalmente solo usé el mismo suministro de 0-5V que usé para el sensor. Me imagino que el recorte no debería ser realmente un problema ya que la salida del sensor no alcanza los 4.4V. Sin embargo, acabo de probarlo con el amplificador operacional funcionando con un suministro separado de 12 V y la salida fue de alrededor de 6,7 V con la entrada restante en 2,5 V. Reemplazando el amplificador operacional con un LM385N y volviendo al suministro de 5V, el voltaje de salida no cambia de 3.68v independientemente de la entrada.
Ignore eso, acabo de verificar y había perdido la conexión a tierra para el nuevo amplificador operacional. Está funcionando exactamente como se esperaba ahora, filtro y todo. Sin embargo, nunca antes había oído hablar de amplificadores operacionales con ganancia incorporada, y no habría detectado el problema sin su ayuda, así que muchas gracias.
@Kureigu Me complace ayudar y si cree que este ejercicio fue útil para usted, considere seleccionar esta respuesta como "aceptada". Creo que presiona un botón de estrella en algún lugar cerca del contador de votos hacia arriba y hacia abajo al lado de la parte superior de mi respuesta.
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