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零偏移有源低通滤波器

滤波器电路

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描述

图1中的电路构成一个零偏移、双极点的低通滤波器,本系列的第1部分对此进行了描述。其传递函数和代数计算得到的滚降结果没什么特别之处。该滚降结果也在Multi-Sim SPICE中得到了复现。

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图1:该零偏移低通滤波器的滚降结果没什么特别之处。

这几乎就是复现!但后来发现,由于当时还没有讨论与SPICE有关的故障,因此出现了一个问题,它涉及到人们对运算放大器模型的选择。

图2所示的该滤波器的三种SPICE仿真情况,说明了对运放建模的三种选择。

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图2:这些低通滤波器仿真说明了运放建模的三种选择。

运算放大器U1是SPICE库中默认的“虚拟”运算放大器。虽然是虚拟的,但它不是“理想”运算放大器。U1的增益有限而不是无限,带宽有限而不是无限,并且U1的响应速度有限而不是无限。这些约束条件确实很重要。

运放U2是另一种虚拟器件,但U2的增益、带宽和速度几乎可以扩展到SPICE程序所允许的范围,这样就使U2看起来像个理想的运放。两者的比较请参见图3。

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图3:上述结果表明与U1相比,U2可以试图理想化或增强。

运算放大器U3是个实际器件的SPICE库模型。三种滤波器的仿真结果如图4所示。

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图4:对滤波器仿真结果进行比较以评估运算放大器。

U1的仿真一开始像预期的那样发生滚降,但后面出现一个陷波频率。但是,求得的Eo/E1的代数方程式不会产生任何这类情况。相比之下,使用U2(已经过修改以使之更接近理想状态)运算放大器进行的仿真,在这个图形表征的范围内未出现这类陷波(在更高的频率和更大的滚降衰减位置仍然存在一个陷波,但是在这个图像范围内却看不到这个陷波。)

“太好了!”你可能会说。如果对所选的运算放大器进行理想化,则可以得到Eo/E1传递函数方程在数学上所预测的结果。但是(总会存在但是),如果使用像U3那样实际的运算放大器模型,那么不仅会再次出现这个陷波,而且对于高于陷波频率的频率,其频率响应曲线还会出现进一步的折返偏差!

与默认模型相比,理想化的运算放大器模型U2对实际运算放大器表征的精确度要低得多。默认模型在揭示实际性能真相方面做得更好。

以上所有讨论的基本注意事项是不要对SPICE中任何虚拟模型的参数和属性做任何假设。在依赖虚拟模型进行仿真之前,必须先查看这个虚拟模型已分配的属性,了解它与最终设计所用的实际器件有什么不同。

你可能会得到一两个惊喜。

责任编辑:lq

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