Comportamiento inesperado del filtro de segundo orden de Sallen-Key

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Me encontré con un comportamiento inesperado cuando simulé en Multisim (National Instruments) el circuito Sallen-Key que aparece en la imagen a continuación.

Elcircuitoestádiseñadopararecibirunaondadesinmoduladade1,8kHzcomoentrada.Lasecuacionesson:

  • \$H(j\omega)=\frac{k}{-\left(\frac{\omega}{\omega_0}\right)^2+j\frac{1}{Q}\frac{\omega}{\omega_0}+1}\$
  • \$k=1+\frac{R_b}{R_a}\$
  • \$f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{mn}R_1C_1}\$
  • \$Q=\frac{\sqrt{mn}}{m+1+mn(1-K)}\$

Losvaloresquesemeimponenson:

  • \$n=1\$
  • \$C_1=100nF\$
  • \$R_a=1k\Omega\$

Paramisituación,elijoy/ocalculolossiguientesvalores:

  • \$R_b=R_1=R_a=1k\Omega\$
  • \$mR_1=470\Omega\$
  • \$C_1=nC_1=100nF\$
  • \$f_0=2300Hz\$
  • \$Q=\frac{\sqrt{2}}{2}\$

Porlotanto,elesquemadelcircuitoeselsiguiente

Y la simulación del diagrama de Bode da:

Y simplemente no sé cómo es posible aumentar después de \ $ f_0 \ $

Si alguien ve dónde está el problema.

Gracias de antemano a cualquiera que pueda darme algunas ideas.

Aquí está el netlist esquemático (cambié algunos valores pero el comportamiento es casi el mismo)

** PasseBasOrdre2 **
* 
* NI Multisim to SPICE Netlist Export
* Generated by: Dim
* Mon, Nov 18, 2013 20:46:37 
*

*## Multisim Component U1 ##*

xU1 1 3 VPOS VNEG BasculeSeuil 5T_VirtualU1 params: Vos=0.001 Ibias=8e-008 Ioffset=2e-008

Av=200000 BW=100000000 SR=1000000 CMRR=100 Iomax=0.025 Rin=10000000 Rout=10

.subckt 5T_VirtualU1  In_p In_n Vpos Vneg Out params: Av=200k BW=20Meg CMRR=100

+SR=1Meg Rout=75 Iomax=25m Rin=100meg Vos=0.1m Ibias=1n Ioffset=1p

.param Rp1=1e6

.param Rs1=1e6

.param K_Is2a=sqrt(Av)/Rs1

.param K_Is2b=sqrt(Av)/Rp1

.param Cp1={Av/(2*pi*BW*Rp1)}

.param CMRR_lin=10**(CMRR/20)

Rin In_p In_n {Rin}

Bcm 4 3 V = { V(cm)/CMRR_lin}

Voff In_p 4 {Vos}

Ibias1 In_p 0 {Ibias}

Ibias2 In_n 0 {Ibias}

Ioffset In_p In_n {Ioffset/2}

Rcm1 In_p cm 10meg

Rcm2 In_n cm 10meg

BIs1a vref vs2a I = { K_Is2a*(V(3)-V(In_n)) }

Rs1 vs2a vref {Rs1}

BIs2b vref vs2b I = { K_Is2b*(V(vs2a)-v(vref)) }

Rp1 vs2b vref {Rp1}

VCp1sense vs2b vs2b_ 0

Cp1 vs2b_ vref {Cp1}

D3 vs2b_ 8 Limit_Diode  

D4 8 vpos Limit_Diode  

B_SRp 8 vpos I={I(VCp1sense)- (Cp1*SR)}

D5 10 vs2b_ Limit_Diode

D6 Vneg 10 Limit_Diode

B_SRn Vneg 10 I={-1*I(VCp1sense)-(Cp1*SR)}

DVpclip vs2b_ Vpos V_limit

DVnclip Vneg vs2b_ V_limit

Bout vref out_ I={(V(vs2b)-v(vref))/Rout}

Rout vref out_ {Rout}

Voutsense out_ out 0

D9 out 15 Limit_Diode  

D10 15 vpos Limit_Diode  

B_outp 15 vpos I={I(Voutsense)- Iomax}

D11 16 out Limit_Diode

D12 vneg 16 Limit_Diode

B_outn vneg 16 I={-1*I(Voutsense)-Iomax}

R5 Vpos mid 1000000

R6 mid Vneg 1000000 

Eref vref 0 mid 0 1

.MODEL Limit_Diode  D (IS= 1.0e-12)

.MODEL V_limit D(n=0.1)

.ends

*## Multisim Component R3 ##*

rR3 1 2 1000 vresR3  

.model vresR3 r(  )

*## Multisim Component V3 ##*

vV3 0 VNEG dc 5 ac 0 0
+           distof1 0 0
+           distof2 0 0

*## Multisim Component V2 ##*

vV2 VPOS 0 dc 5 ac 0 0
+           distof1 0 0
+           distof2 0 0

*## Multisim Component V1 ##*

vV1 4 0 dc 0 ac 1 0
+      distof1 0 0
+      distof2 0 0
+      sin(0 {1*1.414213562} 1800 0 0 0)

*## Multisim Component R4 ##*

rR4 2 4 390 vresR4  

.model vresR4 r(  )

*## Multisim Component R1 ##*

rR1 3 0 68000 vresR1  

.model vresR1 r(  )

*## Multisim Component R2 ##*

rR2 BasculeSeuil 3 33000 vresR2  

.model vresR2 r(  )

*## Multisim Component C2 ##*

cC2 1 0 1e-007

*## Multisim Component C1 ##*

cC1 BasculeSeuil 2 1e-007
    
pregunta eldala07

3 respuestas

3

No tienes la conexión a tierra correctamente configurada. En este momento, está ejecutando el circuito alrededor del riel de suministro negativo del op-amp, por lo que está recortando la parte inferior de la forma de onda. Necesitas convertir esto en un diseño de riel dividido. Esto se puede hacer cambiando los suministros opamp de 5v y 0v a + 2.5v y -2.5v o cambiando la conexión a tierra del resto del circuito a + 2.5v. Y trate de usar una señal de entrada de 1vrms ya que 5vrms superará sus rieles de suministro.

    
respondido por el alex.forencich
3

El LT1490 tiene una impedancia de salida pobre: -

A 10 kHz, la impedancia de salida es superior a 100 ohmios (el condensador de realimentación de 100 nF, a 10 kHz tiene una impedancia de 159 ohmios) ya no se comporta como un filtro decente y a 100 kHz la impedancia de salida es estúpidamente alta mientras que a 100 nF es de 15.9 ohmios.

Elegir un mejor amplificador operacional es lo que recomendaría.

    
respondido por el Andy aka
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Andy lo detectó, pero tal vez no aclaró las implicaciones.

Suponga que el circuito es un LPF perfecto y que la salida del opamp es 0 en frecuencias altas. Ahora factoriza la impedancia de salida de la gráfica de Andy; a bajas ganancias, por encima de 20 kHz, será de 1 kilohm o más.

Ahora vuelva a dibujar una aproximación de alta frecuencia a su circuito, y se ve así:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

y tendrá unos pocos dB de atenuación en altas frecuencias como sugieren sus mediciones (mejorando en bajas frecuencias donde mejora la Zout).

Puede mejorarlo al elegir todas las resistencias al menos 10 veces más altas que Zout, pero si no puede cambiar el valor C1, no le dará la respuesta de frecuencia que desea. Entonces, la única respuesta es, como dice Andy, una mejor opamp.

    
respondido por el Brian Drummond

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