Filtres passe-bas actifs - bonnes à quelles fréquences?

L'annexe E de The Art of Electronics, 3rd Edition (filtres LC Butterworth) commence par dire que " les filtres actifs sont pratiques aux basses fréquences mais peu pratiques aux fréquences plus élevées ". Ils disent que " à des fréquences de 100 kHz et plus, la meilleure approche est les filtres LC passifs " (paraphrasés dans les deux cas).

Ma première question: vraiment? Un simple 100 kHz est déjà trop élevé pour que les filtres actifs soient pratiques?

Je comprends que les amplificateurs opérationnels avec une bande passante élevée et une vitesse de balayage ÉLEVÉE peuvent être coûteux, ce qui le rend "peu pratique" dans le cas général --- cependant, un filtre LC passe-bas avec, par exemple, une coupure de 1 MHz, une topologie T avec 1 kΩ la charge finit par nécessiter des inductances de l'ordre de centaines de μH --- si je dois éviter la distorsion (saturation du noyau magnétique et hystérésis), une inductance à noyau d'air dans cette gamme rend le tout plutôt peu pratique.

La question 2 serait la suivante: une fréquence de coupure de, disons, moins de 10 MHz est-elle trop élevée pour un filtre passe-bas de second ordre Sallen-Key?

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

En l'analysant du point de vue du cas idéal (en supposant que l'ampli-op est toujours en fonctionnement linéaire), les trois broches de l'ampli-op seront soumises au signal de sortie passe-bas --- à une fréquence de coupure <10 MHz qui n'est certainement pas un problème (ni bande passante ni taux de balayage). La capacité d'entrée ne devrait pas être un gros problème --- avec R de l'ordre de 1k, les condensateurs sont de l'ordre de quelques dizaines de pF à quelques centaines de pF --- suffisamment élevés pour rendre l'entrée de l'ampli op capacité négligeable.

Y a-t-il d'autres problèmes pratiques que j'écarte? Suis-je réaliste si je veux un filtre aussi actif avec une coupure de l'ordre de quelques MHz? (le prix n'est pas un problème --- si j'ai besoin d'un ampli-op de 10 $ ou 20 $, c'est bien)

Je pense que votre analyse est bonne. J'ai créé des filtres sallen-key de 4e ordre qui coupent autour de 3 MHz sans absolument se soucier des performances. Je ne vois pas que 10 MHz est irréalisable.

Tout dépend du choix de l'ampli op. Pour une étape de gain unitaire, il est facile de déterminer où le gain commence à descendre en dessous de (disons) 0,99 et de considérer cela comme la fréquence limite. D'un autre côté, l'impédance de sortie d'un amplificateur opérationnel s'aggrave généralement à mesure qu'il pénètre dans les régions MHz, vous devez donc être sûr qu'il peut fournir le courant de crête sans écrêtage ni aller trop mal.

Vous devez également tenir compte des limitations du taux de balayage, mais, à ma connaissance, c'est à peu près tout.

Il est fort possible que cette section The Art of Electronics, 3rd Editionn'ait pas été mise à jour depuis sa sortie en 1980.

Ma première question: vraiment? Un simple 100 kHz est déjà trop élevé pour que les filtres actifs soient pratiques?

Non, 100 kHz n'est rien, mais tout dépend de l'ampli op. À un moment donné, le produit Gain Bandwidth va causer des problèmes. Si vous aviez un ampli op avec un GBWP de 1 MHz ou 10 MHz (ce qui était peut-être typique au moment de la première édition d'AofE, ils ne l'ont peut-être pas mis à jour, alors je comparerais les éditions), alors 100 kHz ne le fait pas un son trop déraisonnable, car vous n'obtiendrez qu'une ou deux amplitudes de filtrage, puis la bande passante passe en dessous du gain unitaire. Ensuite, votre filtre passe-bas ressemble plus à un passe-bande.

Y a-t-il d'autres problèmes pratiques que j'écarte? Suis-je réaliste si je veux un filtre aussi actif avec une coupure de l'ordre de quelques MHz? (le prix n'est pas un problème --- si j'ai besoin d'un ampli-op de 10 $ ou 20 $, c'est bien)

Si vous avez vraiment besoin d'un filtrage au-delà de 50 MHz, les parasites doivent être modélisés comme ESR et ESL dans les condensateurs commenceront à affecter les pôles du filtre et créeront leurs propres pôles de filtre à haute fréquence. Utilisez un emballage d'épices si possible. Assurez-vous que le GBWP est suffisamment élevé, de nos jours, il n'est pas difficile d'obtenir des amplificateurs opérationnels qui fonctionnent dans la plage + 100 MHz.

Le principal problème avec cette topologie Sallen Key à haute fréquence est que l'impédance de sortie des amplificateurs opérationnels augmente, donc ne parvient pas à contrôler la rétroaction du signal d'entrée via le condensateur 2C, saccageant la bande d'arrêt.

TI a une note d'application de conception de 10 MHz. Il est basé sur leur ampli opérationnel THS4001 à faible coût 270 MHz -3 dB.

Les amplis opérationnels ont une impédance de sortie en boucle ouverte beaucoup plus élevée que votre générateur de signaux de 50 Ω. Cela les rend stables avec leur protection contre les courts-circuits. Le GBW plus élevé est utilisé pour abaisser le Zout = Zoc / GBW. La plaque d'essai ESL (0,5nH / mm) et la capacité parasite devront être minimisées.

Avec 150 MHz GBW, vous pouvez utiliser 1k R ​​avec 5 pf, 10pF.

Je n'ai pas lu leur dessin.

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/sloa032/sloa032.pdf

Pour concevoir un filtre, vous devez considérer ces spécifications en premier;

Source impedance \$Z_S(f)\$   
Load Impedance \$Z_L(f)\$   
Gain   -3 dB passband \$f_p\$    
Loss   @ \$f_s\$stop band edge   e.g. \$  ~-dB~ @ ~2*f_p, 10*f_p\$    
 ..  or order of filter    
% load regulation error = % Output/Load impedance ratio ( for low % )    
Phase shift in passband, group delay  
Noise, supply power  
Output swing and slew rate limit