Grundlegendes zum Bootstrapping in analogen aktiven Filtern

" Bootstrapping " ist eine gängige Technik in (analogen) aktiven Filtern, bei der der Ausgang des Filters an einen Knoten zurückgeführt wird, der ansonsten mit Masse verbunden wäre.

Beispielsweise beginnt die Sallen-Key-Topologie mit zwei RC-L-Abschnitten, gefolgt von einem Puffer mit Einheitsverstärkung. Dann wird der Ausgang des Puffers auch mit der Basis des ersten L-Abschnitts verbunden (C3 im folgenden Schema). Dies wird als "Bootstrap" dieses Knotens bezeichnet.

Hier ist ein weiteres Beispiel aus einer alten App von National Semiconductor , in der der Masseknoten eines Twin-T-Kerbfilters "gebootet" wird, um die Güte des Filters erheblich zu erhöhen:

Wie kann ich die Bedienung des Bootstraps intuitiv verstehen?

Ein einfacheres Beispiel wäre ein Transistorspannungsfolger, bei dem Bootstrapping verwendet wird, um die Eingangsimpedanz zu erhöhen. Normalerweise wird die Eingangsimpedanz durch die Vorspannungswiderstände R1 und R2 erheblich beeinflusst (verringert).

Durch Anlegen eines Teils des Ausgangssignals an einen Vorwiderstand R3 wird die Eingangsimpedanz erhöht, da auf beiden Seiten von R3 dieselbe Spannung (oder nahezu dieselbe) auftritt, so dass nur wenig Strom durch sie fließt und die Wirkung der Vorspannungswiderstände verringert wird.

Bei aktiven Filtern ist die Situation aufgrund der Phasenverschiebung komplizierter. Curd gibt eine Erklärung, die auch auf Bandpassfilter angewendet werden könnte, aber ich bin mir nicht sicher, ob es eine vernünftige Möglichkeit gibt, intuitiv zu verstehen, wie dies im Fall des S & K LPF funktioniert. Vielleicht wissen andere anders!

Ein Sinussignal, das durch ein T-Kerbfilter geht, ist phasenverschoben.

Bootstrapping bedeutet also, den normalerweise mit GND verbundenen Punkt mit dem gepufferten phasenverschobenen Signal zu verbinden.
Das Signal mit der Notch-Frequenz (oder in der Nähe davon) muss also nicht nur gegen GND arbeiten, sondern auch gegen sein eigenes Gegenteil (negatives Signal).

Dies verbessert den Filter (höheres Q), wie in der App-Notiz beschrieben.