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運算放大器的有限增益帶寬積對active-RC濾波器Q值

作者: 時間:2011-09-13 來源:網(wǎng)絡 收藏


為了驗證前面的理論分析,我們對一個5階低通進行仿真,在不同的運放GBW下的頻率響應如圖3所示。這個的LCR原型是5階Chebyshev I型低通,帶寬是19.7MHz,帶內(nèi)紋波0.1dB。從圖3可以看出,運放的GBW越寬,濾波器的實際頻率響應與理想的LCR原型濾波器越接近;運放的GBW越窄,濾波器的實際越高,越偏離濾波器的理想特性。同時可以看出,要使濾波器的實際頻率響應接近LCR原型的頻率響應,所需的運放GBW很大,這在具體電路設計上難以實現(xiàn),并且消耗的電流也太大。

2 針對active-RC濾波器升高的補償方法
從前面的分析得出,如果要使濾波器的頻率響應接近LCR原型的話,所需運放的GBW很大,甚至不現(xiàn)實。所以我們就必須研究其補償方法,讓濾波器的降低,與理想的LCR原型接近。對比式(15)和式(16),可以看出由于運放的有限GBW使Two-Thomas Biquad產(chǎn)生了額外的相位-2wp/WGBW,這個額外的相位為式(18):
k.jpg
從式(18)看出,這是一個相位滯后,因此我們必須引入一個超前的相位來補償。在圖4中引入電容Cm對active-RC濾波器的Biquad進行相位超前補償,其超前的相位為式(19):
m.jpg

l.jpg

n.jpg


對比式(18)和式(19),如果選擇l/R4*Cm=WGBW/2,則由運放的有限GBW引入的滯后相位和補償電容Cm引入的超前相位可以相互抵消,避免濾波器Q值升高,減小對運放GBW和功耗的要求。圖5是在相同的運放GBW的情況下,在一個5階低通濾波器的Biquad引入補償電容Cm前后的仿真對比,從圖中可以看出,補償電容Cm使濾波器的Q值降低,抵消由于運放有限GBW帶來的影響。在實際的電路設計中由于要保證濾波器具有一定的線性度和穩(wěn)定性,運放的帶寬不能太小,通常選擇運放的GBW為濾波器Q*wp的10倍左右。

4 結(jié)論
通過分析運放的有限GBW對active-RC濾波器Q值的影響,我們找到了針對濾波器Q值升高的補償方法。在相同的運放GBW的情況下,對5階低通濾波器的Biquad引入補償電容Cm的前后進行仿真對比,發(fā)現(xiàn)補償電容Cm會使濾波器的Q值降低,并抵消由于運放有限GBW帶來的影響。在實際的電路設計中由于要保證濾波器具有一定的線性度和穩(wěn)定性,運放的帶寬不能太小,通常選擇運放的GBW為濾波器Q*wp的10倍左右。

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