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LPF回路のオペアンプの選択方法

3次のSallen-Keyのローパス・フィルタを作成しようとしています. 回路定数は R1=1.2kΩ R2=12kΩ R3=3kΩ C1=6800pF C2=3300pF C3=470pF で,入力信号のVppは6Vです. フィルタ回路のオペアンプの選択時にスルーレートとGB積を考慮しなければならないと思うのですが, この回路の場合,どのようにして必要なスルーレートとGB積を算出すれば良いのでしょうか? また,他に考慮する点があればご教授お願いします.

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  • inara1
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回答No.3

400kHzの信号だと、80dBの減衰率になるので、入力の振幅が 6Vpp のときの出力振幅は 0.6mVpp になります。この出力信号の最大変化率は π×Vm×f = 0.00075 V/μs と非常に小さいので、スルーレートに関しては全く問題ありません。 添付図は、GB積が 3MHz の NJM4558 と、GB積が 6MHz の NJM4559 を使ったときの3次のSallen-Key型LPFの周波数特性(回路シミュレーションの結果)ですが、400kHz 以下の周波数での特性はどちらもほとんど同じで、理想的な特性になっています。400kHz 以下の周波数に対してはGB積が 3MHz で大丈夫です。 添付図の緑色の特性は、初段のRCフィルタのない2次LPFの周波数特性ですが、ANo.1 で書いたように、1MHz を超える周波数では、利得が上昇しています。3次LPFの特性でも、1MHzを超える周波数では減衰率が頭打ちになっています。もし、1MHzを超える周波数の信号を 100dB 以上減衰させたいのであれば、GB積がもっと大きなオペアンプを使わなければなりませんが、GNDパターンの共通インピーダンスを充分下げ、配線間の信号漏洩等に注意しないと実現できない厳しい特性です。400kHz の信号を 80dB 減衰させるのも簡単ではないと思います。デジタルアンプのフィルタでしょうか。 フィルタの定数計算はここ(http://sim.okawa-denshi.jp/Sallenkey3Lowkeisan.htm)が便利です。

mi-e007
質問者

お礼

回答ありがとうございます. シミュレーション結果も添付していただいたため,大変良く理解できました. 丁寧なご説明有難うございました.

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その他の回答 (2)

  • inara1
  • ベストアンサー率78% (652/834)
回答No.2

スルーレートの条件に誤りがありました。 【正】・最大周波数 f (Hz) 、最大振幅 Vm (Vpp) の信号を入力したときの出力波形の変化率の最大値 π×Vm×f よりもスルーレート SR (V/s) が大きい

mi-e007
質問者

補足

回答ありがとうございます. >最大周波数の 20kHz の信号を入力したときに充分な小信号利得が得られるようなGB積と・・・ とありますが,20kHz以上の高周波(最大400kHz弱の信号)の入力を考えたとしても,GB積が3MHz程度のオペアンプを使用しても大丈夫なのでしょうか? 回答の程よろしくお願いいたします.

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  • inara1
  • ベストアンサー率78% (652/834)
回答No.1

ご質問の回路は遮断周波数が 20kHz で、オペアンプンプの利得は 1 なので、最大周波数の 20kHz の信号を入力したときに充分な小信号利得が得られるようなGB積と、振幅の大きな信号を入力したときに波形歪が充分小さくなるようなスルーレートを、両方持ったオペアンプを使います。具体的には   ・最大周波数 f (Hz) でのオープンループ利得 Ao が100以上 → GB積(Hz) > f×Ao = 100×f → f = 20kHz なら GB積 > 2MHz   ・最大周波数 f (Hz) 、最大振幅 Vm (Vpp) を入力したときの出力波形の変化率の最大値 π×Vm×f がスルーレート SR (V/s) より大きい →  SR > π×Vm×f → Vm = 6Vpp、f = 20kHz なら SR > 0.75 V/μs という条件になります。 例えば、オペアンプに NJM4558 を使った場合、データシート(http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedia.do?_mediaId=6705)の2ページにGB積(利得帯域幅積)とスルーレートが出ていますが、それぞれ、3MHz と 1 V/μs と、上の条件を満たします。 Sallen-Key型のLPFで注意しなければならないのは、高い周波数でオペアンプオープンループ利得が低下するために、高い周波数で所望の減衰特性が得られない(回路全体の利得が、ある周波数までは下がっていくが、それ以上の周波数では上がってくる)ことですが、ご質問の回路のように、初段に1次のRCフィルタを入れた3次の構成であれば、高域での利得の上昇は少なくなります。

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