¿Cómo puedo mejorar el tiempo de respuesta de un filtro de paso bajo?

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Estoy ocupado con un filtro de paso bajo de alto orden. ¿Cómo puedo mejorar el tiempo de respuesta de un filtro? Si uso un filtro de orden superior, ¿mejora? Además, si uso un amplificador operacional con una velocidad de giro más rápida, ¿mejora?

Mi aplicación es que amplifica y filtra la señal de la celda de carga. La señal de mi celda de carga está cambiando entre 1 Hz y 10 Hz.

Hay tres etapas en mi circuito de acondicionamiento de señal. Amplificador de instrumentación de la primera etapa para amplificar la señal (AD8221), segunda etapa es filtro de paso bajo de segundo orden con op-amp OP07C (tipo Sallen-Key, frecuencia de esquina es de 10 Hz), tercera etapa es seguidor de voltaje con nuevamente OP07C.

De acuerdo con los resultados de mi prueba, cuando comparé la señal original con la salida del amplificador (primera etapa) no hubo un retraso significativo entre dos señales. Sin embargo, cuando comparé la señal original con la salida del seguidor de voltaje, hubo un retraso significativo. El retraso fue de aproximadamente un cuarto de un período de señal original.

Así que he pensado que tengo que mejorar el tiempo de subida de mi filtro. ¿O tengo que cambiar mi amplificador operacional con una tasa de cambio mayor? De acuerdo con todas sus respuestas, ¿debería usar una frecuencia de corte más alta con el mismo amplificador operacional (OP07C)?

La mayoría de ustedes mencionó el "retraso de grupo" de un filtro. ¿De qué depende el "retraso de grupo"? Lo tengo en primer lugar depende de la frecuencia de esquina de un filtro. ¿Hay algún orden de efecto de filtro para demora de grupo?

    
pregunta Cem

5 respuestas

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No puede cambiar mucho el tiempo de respuesta de un filtro de paso bajo cambiando su orden. Lo que debe hacer es cambiar su frecuencia de corte: cuanto mayor sea la frecuencia de corte, más rápida será la respuesta.

Míralo de esta manera. Un filtro de paso bajo elimina las frecuencias altas, ¿verdad? Y si desea que la salida del filtro cambie más rápidamente, debe contener más componentes de alta frecuencia. Ya sabes, el cambio rápido significa alta frecuencia. Por lo tanto, la única forma de obtener una respuesta más rápida del filtro es dejar pasar más señal de alta frecuencia, y eso significa cambiar la frecuencia de corte a una más alta.

    
respondido por el WhatRoughBeast
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Por lo general, cuanto mayor sea el orden del filtro, mayor será el tiempo de respuesta, por lo que el truco es simplemente filtrar lo suficiente para obtener una relación señal / ruido manejable. Si la fuente de interferencia está significativamente alejada de las frecuencias deseadas, diferentes tipos de filtros pueden mejorar el tiempo de respuesta de la señal deseada.

Si desea mantener el retardo de tiempo entre dos señales muy cerca y solo es necesario filtrar una de esas señales, puede optar por filtrar ambas y, por lo tanto, mantener los retrasos de tiempo aún aceptables.

    
respondido por el Andy aka
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El comportamiento de un circuito de filtro en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia no es independiente entre sí. Por lo tanto, no puedes cambiar uno sin el otro.

Eso significa (como siempre en la electrónica): tienes que aceptar un compromiso entre el comportamiento en ambos dominios. O bien tiene requisitos de frecuencia específicos (frecuencia de esquina, valores de atenuación) y debe aceptar las propiedades de tiempo resultantes (variaciones de retardo de grupo). O tiene ciertos requisitos en el dominio de tiempo (retraso de grupo, respuesta a pasos) y tiene que vivir con la respuesta de frecuencia resultante.

El último caso es típico de los filtros de tipo Bessel-Thomson que se seleccionan principalmente debido a sus buenas propiedades de retardo de grupo (pero tienen propiedades de amortiguación bastante pobres).

    
respondido por el LvW
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En términos generales, a menos que se trate de casos extremos, la velocidad de giro no es importante en el diseño del filtro, a menos que la velocidad de giro comience a interferir con el funcionamiento real del diseño del filtro, distorsionando la señal, por ejemplo.

Además, en términos generales, el "tiempo de respuesta" aumenta con el pedido.

La selección de la arquitectura del filtro es el factor principal en el retardo: el retardo rara vez es constante con la frecuencia, por lo que también debe decidir si el filtro tiene que mostrar el mismo retardo en cada frecuencia o no. En un filtro de paso bajo, los retrasos tienden a aumentar en la zona de rechazo.

Entonces, debe decidir la arquitectura ... Una página interesante sobre el tema es Analog Devices comparación de respuesta de fase , donde puede ver las diferentes respuestas como dependientes de la frecuencia.

Si la previsibilidad del tiempo de respuesta es un factor, es posible que desee considerar la migración a filtros digitales. Los filtros FIR tienen una respuesta de tiempo constante.

    
respondido por el jcoppens
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Supongo que la causa de su retraso es el cambio de fase múltiple causado por el uso de condensadores entre las cascadas del amplificador. Para baja frecuencia (10Hz mencionada) el retardo de resumen puede ser significativo.

    
respondido por el Maksym Shysha

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