Filtro de variable de estado - Comportamiento inesperado de alta frecuencia

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Estoy diseñando un filtro de variable de estado controlado por voltaje para usar en un sintetizador modular. Su función es producir respuestas de paso bajo, paso de banda y paso alto para una señal de entrada de audio determinada. La frecuencia de esquina y la resonancia (Q) están determinadas por las corrientes de polarización del amplificador LM13700, que están controladas por voltajes externos.

Aquí está el circuito que estoy simulando y haciendo breadboard. El control de resonancia se simplifica en este esquema, y no se muestran el acoplamiento de CA de señal y el búfer de salida.

Elcomportamientodelasimulaciónyelprototipodelaplacadepruebaseselesperadoparaelvoltajedecontrolnormalylasfrecuenciasdeentradadeseñalenelrangode<1Hza20KHz.

Porcuriosidad,simuléelcircuitoa100MHzydescubríque,enelrangode50KHza200KHz,lagananciacomienzaaaumentar.Estoesmásvisibleenlasalidadepasobajo.LafrecuenciaalaqueaumentalagananciaesindependientedeQylafrecuenciadeesquina,ypareceestardeterminadaensutotalidadporlosamplificadoresoperacionalesutilizadosparaU6yU7.LasrespuestasparaTL072yLT1022muestranuncambiodefasede180gradosendiferentesfrecuencias,loquemellevaacreerqueesteesuncomportamientodeamplificadoroperacionalnoideal.

No estoy muy preocupado ya que el circuito funciona correctamente en su aplicación prevista, pero me gustaría entender por qué sucede esto.

Pregunta :

¿Es el comportamiento del amplificador operacional no ideal la causa de este comportamiento de alta frecuencia? Si es así, ¿qué parámetros son relevantes?

    
pregunta vofa

2 respuestas

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Aquí está la impedancia de salida de un opamp 1dA Idd, el MCP6031.

El opamp tiene un montón de fuerza de accionamiento --- Iout is 50mA.

Pero el opamp tiene solo UnityGainBandWidth de 10,000 Hz, por lo que intentar cualquier rendimiento cercano o superior a 10,000 Hz está condenado al fracaso.

Además, la impedancia de salida del opamp a 10Khz es de 100,000 ohmios; el opamp (consumiendo solo 1uA para los FET internos) simplemente no puede cargar y descargar capacitores a altas frecuencias.

Tu ejemplo tiene los mismos desafíos. La ruta del opamp (Zout) comienza a subir tan pronto como su frecuencia esté por encima de -3dB de la RESPUESTA DE OPIN LOOP. Para muchos opamps, esa frecuencia es 10Hz o cerca.

Walt Jung (de Analog Devices, et al. como consultor) escribió sobre la falla de los filtros activos en frecuencias más altas, hace muchas décadas. Su ejemplo: lograr Rechazo de banda de parada de 40dB a 1MHz, el opamp necesita UGBW de al menos 100MHz.

    
respondido por el analogsystemsrf
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Los problemas mostrados en frecuencias más altas son típicos para todas las aplicaciones de inversión de opamp. Aquí, la última etapa es un circuito integrador inversor con retroalimentación capacitiva.

¿Qué sucede como resultado de las altas frecuencias en la entrada de la última etapa? Hay 3 efectos principales:

(a) La ganancia de bucle abierto del opamp cae continuamente, de modo que el circuito ya no puede funcionar correctamente,

(b) la impedancia del elemento de realimentación (condensador) se reduce continuamente y

(c) hay, por lo tanto, una parte ascendente de la señal de entrada que llega al nodo de salida utilizando una forma "incorrecta": Directamente a través del capacitor. Esta corriente, que NO es accionada por el nodo de salida de los amplificadores, causa un aumento del voltaje de salida a través de la resistencia de salida finita del opamp. Es aún peor, porque esta resistencia de salida finita no es constante sino que aumenta con frecuencias crecientes.

Como resultado, la señal de salida aumenta con la frecuencia debido a este efecto no deseado (la porción parásita de la entrada llega al nodo de salida con una característica que aumenta).

    
respondido por el LvW

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