这些运算放大器的限制因素是什么？

我设计了一个多反馈带通滤波器

input voltage = 100kHz sine wave, 80mV amplitude
gain = 2 AV,  
center frequency = 100kHz 
pass-band = 10kHz
output voltage => centered around +2.5V
supply voltage => +5V

设计上的限制是我必须使用单电源运算放大器。

计算是针对每个人的运算放大器进行的，我通过两个运算放大器获得了理想的结果：OP27和OP355NA

注意事项：

• 尝试了以下所列的多个JFET运算放大器
• 使用理想的运算放大器来检查计算是否正确

下面的电路是在Proteus和LTSpice软件上构建和测试的。两者都产生了预期的相同结果。

电路设计：

模拟分析（增益为2，以2.5V为中心）

频率响应（中心频率为100kHz）

问题在于这些零件要么是表面安装（OP355NA），要么是非常昂贵的（OP27）。我付不起超过20美元的运放费用。

这些是我可以使用的单轨运算放大器，它们都不如预期！

• Tl 081
• TL 082
• TL 071
• Tl 074
• LM 358
• LM 324

从现在开始，我将使用TL071和TL074进行仿真。

所有运算放大器都输出非常相似的结果，以下输出来自TL071，已在Proteus和LTSpice上进行了测试。在这里，我介绍了LTSpice版本。

类比分析

（降低电压pp）

频率响应

（中心频率向左移动）

可以看出，增益不正确，中心频率向左移动。对于所有可用的运算放大器，这是一个经常出现的主题。

我知道上面列出的运算放大器都是不同的，但是它们都应该能够在100kHz时提供1V的峰峰值输出电压。以下特性图适用于TL071和TL074，它们均给出相同的错误响应。

实用增益带宽为3MHz。

当然，我错过了一些重要的规范，没有考虑在内，但我感到很奇怪的是，上述运放都无法正常运行。

1. 为什么用OP27（GBW = 8MHz）而不是 Tl074或Tl 081 可以获得正确的结果？

编辑：

得益于有用的评论和答案，我似乎低估了电路要求-主要是输入电阻比（40dB）引起的衰减

看起来您正试图使Q值达到20-40左右，所以，GBW必须比中心频率高得多，最好是中心频率的5-10倍，所以更像10-40MHz 。

1. 为什么我的Q约为20-40？在我的情况下，Q不是（中心频率/带宽）还是100k / 10k（= 10）。
2. 另外，为什么我的GBW应该是中心频率的5-10倍左右？是否应该进行任何计算或任何计算？

看起来您正试图使Q值达到20-40左右，所以，GBW必须比中心频率高得多，最好是中心频率的5-10倍，所以更像10-40MHz 。

其他人正在谈论的“衰减”是您需要获得高Q的电阻器比率，所以我认为您无法避免这种情况。

我同意蒂姆的观点。不要不必要地衰减输入信号。

然后，您唯一的选择是在100 kHz左右或更高的增益下进行选择。

幸运的是，您测试过的所有运算放大器都是相当低的带宽（其中有些已有40多年的历史了）。使用10 MHz增益带宽乘积的替代方案，您可能还不错：

例如，对于该应用而言，TL972应该可以使用，并且可以在信誉良好的分销商处以每片0.67美元的价格（免费送货）购买。但这不是JFET输入-我怀疑只要输入电流足够低，您实际上就不会在意。

Rrz0 ....让我回答您的最后两个问题：

（1）如果增益带宽乘积不足够大，您将有其他（由运算放大器引起的）相移。典型效果：不需要的Q增强。附加的相移会减小相位裕度，并使极点进一步移至虚轴-从而扩大极点Q（与带通Q相同）。

（2）当GBW为10MHz时，将采用100kHz的开环增益。40分贝（100）。这还不够。但是，所有计算均基于理想的运算放大器，没有任何不希望的相移，请参阅我在（1）下的注释。甚至还有5度的相移。会导致严重的Q增强。

（3）请注意，所选滤波器拓扑对非理想运算放大器数据非常敏感（因为它基于开环增益）。还有其他滤波器结构（基于Salal-Key或GIC的滤波器）对非理想运算放大器参数不太敏感。

（4）值得一提的是，您将不需要使用所谓的“单电源”运算放大器。所有运算放大器只能在一个电源电压下运行。最重要的数据：GBW（尽可能大）和足够的压摆率（大信号操作）。

编辑/更新

以下论文包含了有限和频率开环增益对MFB带通电路的影响的数学处理。

https://www.researchgate.net/publication/281437214_INVERTING_BAND-PASS_FILTER_WITH_REAL_OPERATIONAL_AMPLIFIER

结果：GBW与设计峰值频率之间的因数为100，导致app的频率偏差。15％（从85 校正为15％）

这是带通滤波器的先前讨论。使用信号链浏览器工具的答案可显示各种单位增益带宽运算放大器的效果。

模拟并构建多反馈带通滤波器

我对问题有很好的评论和答案，但是我想将我从不同答案和几本教科书中掌握的内容添加到一个完整的答案中。以下信息帮助我解决了眼前的问题。

$Q$$A_v$$f_m$ 独立。

$A_v= -2Q^2$$Q = 10$$200$$A_v$$Q$。

$100$

另外，为什么我的GBW应该是中心频率的5-10倍左右？是否有任何计算应该参考或类似的内容？

通常，包括5到10之间的安全系数（sf），以保持较高的稳定性和较低的失真。

要计算GBW：

$GBW > sf*f_oA_v$

$GBW > sf*100k*102$

因此，GBW应该在50-100MHz的范围内。

这类滤波器无法用于高频，高Q工作，因为标准运算放大器很快就会“耗尽”。除了这个困难，即使适度的Q值产生的高增益也很不切实际。因此，我们必须衰减输入信号。

$A_v=-2$$Q=10$，因此我们需要输入衰减器。这就是其他答案所指的衰减。

我们用100的电阻比（R7 / R5）进行衰减以弥补这一点。

当然，我错过了一些重要的规范，没有考虑在内，但我感到很奇怪的是，上述运放都无法正常运行。

$40dB$$6dB$考虑最初的40dB衰减。

正如@MarkusMüller指出的那样，我使用的是古老的运算放大器。还有更好的替代方案，例如TL972。

正如@LvW所提到的，当增益带宽不够大时，频率响应会发生相移。此外，正确提及的事实是“所选的滤波器拓扑对非理想的运算放大器数据非常敏感（因为它基于开环增益）”。

在这里，我摘录自Opamps for Everyone。

$100$$100$