設計目標

設計說明

與傳統(tǒng)的單極 RC 濾波器相比，該低通濾波器拓撲可顯著改善建立時間。這是通過使用二極管 D₁ 和 D₂ 來實現(xiàn)的，當輸入和輸出電壓之間存在足夠大的差值時，這些二極管能夠使濾波電容器的充電和放電速度更快。

設計說明

1. 觀察運算放大器的共模輸入限制。
2. 將 C₁ 保持為較小的值可確保運算放大器能夠輕松地驅動容性負載。
3. 要獲得最快的建立時間，請使用快速開關二極管。
4. 所選的運算放大器應具有足夠的輸出驅動能力，以便為 C₁ 充電。R₃ 可限制最大充電電流。

設計步驟

1. 根據(jù) f_C = 10kHz，為 R₁ 和 C₁ 選擇標準值。
   ${\mathrm{R}}_1=\text{10}\mathrm{k\Omega }$
   ${\mathrm{C}}_1=\frac{1}{2\mathrm{\pi }\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{C}}\times {\mathrm{R}}_1}=\frac{1}{2\mathrm{\pi }\times 10\text{kHz}\times 10\text{kΩ}}=\text{1.6nF}$
2. 設置二極管閾值電壓 (V_t)。該閾值是輸入和輸出之間的最小電壓差，可導致二極管導通，從而實現(xiàn)電容器快速充電和放電。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{t}}=\frac{{\mathrm{V}}_{\mathrm{f}}}{1+{\displaystyle \frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}}}\approx \frac{\text{0.6}\mathrm{V}}{1+{\displaystyle \frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}}}=\text{20}\mathrm{mV}$
   ${\mathrm{R}}_2=\left(\frac{\text{0.6}\mathrm{V}}{\text{20}\mathrm{mV}}-1\right)\times {\mathrm{R}}_1=\text{290}\mathrm{k\Omega } \approx \text{300}\mathrm{k\Omega } \text{(standard 5\% value)}$
3. 選擇用于進行噪聲預過濾的組件。
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{c}2}=10\times {\mathrm{f}}_{\mathrm{c}}=\text{100}\mathrm{kHz}$
   ${\mathrm{f}}_{\mathrm{c}2}=\frac{1}{2\mathrm{\pi }\times {\mathrm{R}}_4\times {\mathrm{C}}_3}$
   $\text{Select} {\mathrm{R}}_4={\mathrm{R}}_1=\text{10}\mathrm{k\Omega }$
   ${\mathrm{C}}_3=\frac{{\mathrm{C}}_1}{10}=\text{160}\mathrm{pF}$
4. 添加補償組件，以穩(wěn)定 U₁。R₃ 可限制 C₁ 的充電電流，并且還用于在二極管導通時將電容與運算放大器輸出相隔離。較大阻值可以改善穩(wěn)定性，但會增加 C₁ 充電時間。
   $\text{Select} {\mathrm{R}}_3=\text{100}\mathrm{\Omega }$
5. C₂ 可提供局部高頻反饋，以抵消輸入電容與 R₁ 和 R₂ 并聯(lián)組合之間的相互作用。為了防止與 C₁ 發(fā)生相互作用，請按以下所示選擇 C₂：
   $\text{Select} {\mathrm{C}}_2=\frac{{\mathrm{C}}_1}{50}=\text{32}\mathrm{pF}\approx \text{33}\mathrm{pF}\text{ (standard value)}$

設計仿真

交流仿真結果

瞬態(tài)仿真結果

設計參考資料

德州儀器 (TI)，SBOMAU1 TINA-TI? 電路仿真，文件下載

設計特色運算放大器

設計備選運算放大器