增益Sallen—Key低通滤波器高频馈通现象的原因及解决

Sallen—Key低通滤波器高频馈通现象的原因及解决

【摘要】本文分析了S allen-Key型低通滤波器出现高频衰减不足即高频馈通现象产生的原因。通过Tina-T I软件模拟验证并给出解决上述现象常用的三种解决方法。在实际设计滤波器电路时有一定的参考意义。

【关键词】 S alle n-Key滤波器;低通滤波器;高频馈通;Tina-TI

1.引言

S allen-Key二阶低通滤波器是工程上应用最广泛的滤波器之一其电路原型是利用电压反馈运算放大器及RC元件构成优点是电路结构简单通带增益、极点角频率和品质因数的表达式简洁而且品质因数调节方便可调范围大。

当设计一个模拟低通抗混叠滤波器时通常希望它的幅度增益在滤波器的转折频率后一直下降。对于S allen-Key滤波器的确可以衰减转折频率和某个频点

这个频点比转折频率更高间的信号但在该高频点后滤波器的幅度增益开始随着频率的增加而增加 即高频馈通现象。

本文分析了Sallen-Key低通滤波器产生的高频馈通现象的原因并且通过TI公司的SPIC E仿真软件Tina-TI进行仿真验证快速且直观的反应出了这种高频馈通现象。通过给出的三种常见解决方法有效的抑制了高频馈通现象。

2.S allen-Key低通滤波器高频馈通现象产生的原因

以OPA227运放为例如图1所示为一个典型的S alle n-Key低通滤波器。

图1典型S allen-Key低通滤波器

该电路的增益曲线如图2所示。

图2典型S allen-Key低通滤波器增益曲线

考虑到S allen-Key型滤波器的拓扑结构实际上有两条路径产生了Vo ut一条是忽略了输出阻抗的运放输出 它主宰了前半部分“正常”的增益曲线;另一条是流过R 1和C 2的电流注入到运放闭环输出阻抗Zo上的结果它主宰了“上扬”的后半部分增益曲线。在100K频率附近前既是理想的滤波器增益曲线。我们知道放大器的特性随着频率的升高放大器的开环增益下降它的闭环输出阻抗开始增加。所以随着闭环输出电阻Zo的增加 当其上的电压等于运放的正向输出电压此时开始Zo上的电压将占主导地位因为运放的增益持续降低信号难以通过运放将选择更容易到达输出端的路径此时开始增益曲线的斜率将跟随着Zo增加的斜率。直到运放的开环增益降为0的频率开始 Zo保持恒定增益曲线保持稳定。