Filtr Sallen-Key: obwód, działanie, zalety, wady i zastosowania

Filtry odgrywają kluczową rolę w dziedzinie komunikacji, ponieważ usuwają szumy i pomagają w optymalizacji wydajności. Zastosowania filtrów w systemach telekomunikacyjnych będą się różnić od wysokich do bardzo niskich częstotliwości. Wybór kanałów w ramach usług telefonicznych jest głównym zadaniem BPF wysokiej częstotliwości; podczas gdy gromadzenie danych zależy od antyaliasingowych filtrów LPF. Za wykonanie Filtr dolnoprzepustowy obwodu i aktywnego filtra dolnoprzepustowego, bardzo ważna jest znajomość częstotliwości odcięcia obwodu i wydajności wysokich częstotliwości przy projektowaniu aktywnego filtra, pasywnego filtra dolnoprzepustowego i filtra dolnoprzepustowego RC. Filtry dolnoprzepustowe, które po prostu identyfikuje się z elementami aktywnymi i pasywnymi, nazywane są aktywnymi filtrami dolnoprzepustowymi. Artykuł ten zawiera krótkie informacje na temat filtra Sallen-Key Filter, obwodu i jego zastosowań.

Co to jest filtr klucza Sallena?

Najpopularniejszą topologią aktywnego filtra analogowego drugiego rzędu jest filtr kluczowy Sallena, nazywany również źródłem napięcia sterującego napięciem. Są one bardzo popularne, ponieważ ich konfiguracja pokaże, że nie zależy to zbytnio od wydajności wzmacniacza operacyjnego. Dzieje się tak głównie dlatego, że wzmacniacz operacyjny jest podłączony jako wzmacniacz, co zmniejsza wymagania wzmacniacza operacyjnego w zakresie wzmocnienia i szerokości pasma. Filtr Sallen-Key charakteryzuje się niskim rozproszeniem składowych, wysoką impedancją wejściową i niską impedancją wyjściową, co umożliwia podłączenie różnych filtrów bez buforów pośrednich.

Obwód filtra klucza Sallen

Filtr kluczowy Sallena to obwód elektroniczny służący do filtrowania niepotrzebnych częstotliwości z sygnału audio. Obwód ten jest po prostu zaprojektowany z dwoma rezystorami, wzmacniaczem operacyjnym i dwoma kondensatorami, które tworzą pętlę sprzężenia zwrotnego. W oparciu o wartości komponentów obwód ten może działać jako filtr dolnoprzepustowy i a filtr górnoprzepustowy . Poniżej omówiono obwód filtra dolnoprzepustowego klucza Sallen.

Filtr dolnoprzepustowy Sallen Key

W przypadku Sallen-Key LPF lepszą wydajność filtra można osiągnąć poprzez odpowiedni dobór komponentów RC. Główne cechy tego filtra to; wzmocnienie napięcia i kontrola wzmocnienia napięcia przy stabilnej pracy filtra. Poniżej pokazano schemat ideowy filtra dolnoprzepustowego Sallen Key dla wzmocnienia jednostkowego. Obwód ten ma dwie sekcje filtra RC połączone szeregowo; jednakże w pierwszym stopniu kondensator jest ładowany przez wyjście.

Ogólna funkcja przenoszenia (TF) dla LPS drugiego rzędu wynosi

H(s) = Kω ² 0/S ² + (ω0/Q)S+ ω ² 0 —–(1)

Gdzie:

„K” to współczynnik wzmocnienia,

„ω0” to częstotliwość charakterystyczna w radianach/s.

„Q” to współczynnik jakości.

S = jω.

Funkcję transferu filtra dolnoprzepustowego Sallena-Keya drugiego rzędu można zapisać w tej samej postaci, co powyższe równanie ogólne.

H(s) = (K/ R1R2 C1C2)/ S ² +[( 1/R1+1/R2) 1/ C1 +(1- K/ R2C2]S + 1/ R1R2C1C2 —–(2)

Porównując powyższe dwa równania, możemy otrzymać równania częstotliwości odcięcia i współczynnika jakości.

Częstotliwość odcięcia równania filtra klucza Sallena wynosi fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Współczynnik Q filtra klucza Sallen „Q” wynosi √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Równanie wzmocnienia jest podobne do wzmacniacza nieodwracającego.

K = 1+ R3/R4

Podobnie filtr górnoprzepustowy z kluczem Sallena można zaprojektować poprzez wymianę kondensatory zamiast rezystory .

Jak działa filtr klucza Sallen?

Topologia Sallen – Key działa poprzez wdrożenie aktywnych filtrów drugiego rzędu w celu zwiększenia współczynnika Q filtra z kontrolowanym dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Topologia ta jest bardzo prosta w porównaniu do innych topologii filtrów aktywnych. Jest to konstrukcja filtra aktywnego oparta na pojedynczym nieodwracającym wzmacniaczu operacyjnym z dwoma rezystorami.

Zalety filtra Sallen-Key

Zalety filtra klucza Sallen są następujące.

• Konstrukcja filtra Sallen-Key jest bardzo prosta, obejmuje pojedynczy wzmacniacz operacyjny i komponenty RC.
• Filtry te są w stanie zwiększyć napięcie wyjściowe powyżej napięcia wejściowego.
• Wysoka impedancja wejściowa i niska wyjściowa znacznie ułatwiają kaskadowanie filtrów Sallen-Key.
• Wzmacniacz operacyjny w filtrze Sallen-Key pomaga w pokonaniu wpływu komponentu RC na charakterystykę filtra.
• Zakres częstotliwości tych filtrów jest szeroki.
• Wzmacniacz operacyjny w tym filtrze może być ustawiony albo jako wzmacniacz nieodwracający, albo jako bufor wzmocnienia jedności.
• Filtry te mają różne etapy i różne wzmocnienia.
• Stabilność filtra Sallen-Key jest dobra.
• Zrozumienie tej konstrukcji filtra jest proste.
• Wykorzystanie A wzmacniacz nieodwracający może zwiększyć wzmocnienie napięcia.
• Zarówno filtry pierwszego, jak i drugiego rzędu można łatwo łączyć kaskadowo.
• Każdy stopień RC może obejmować inne wzmocnienie napięcia.

The wady filtra klucza Sallen uwzględnij poniższe.

• Filtr Sallen-Key nie jest łatwy do dostrojenia ze względu na interakcję wartości składowych na F0 i Q.
• Można uzyskać niską maksymalną wartość „Q”.
• Filtr klucza Sallen jest bardzo wrażliwy na różnice i tolerancje komponentów, co oznacza, że ​​rzeczywiste wartości rezystorów i kondensatorów będą różnić się od wartości idealnych i mogą ostatecznie ulec zmianie z powodu różnych czynników, takich jak starzenie się, wilgotność i temperatura. Może to mieć wpływ na stabilność i dokładność filtra.
• Jest podatny na zniekształcenia i szumy pochodzące z wzmacniacz operacyjny . Zatem charakterystyka i jakość wzmacniacza operacyjnego może mieć wpływ na wydajność, a także moc wyjściową filtra klucza Sallen.
• W konstrukcji filtra klucza Sallena wzmocnienie napięcia i współczynnik powiększenia są ściśle powiązane ze względu na zastosowanie w tej konstrukcji wzmacniacza operacyjnego.
• Można uzyskać prawie każdą wartość współczynnika jakości większą niż 0,5, ponieważ przy użyciu konfiguracji nieodwracającego wzmacniacza operacyjnego wzmocnienie napięcia będzie zawsze większe niż 1, ale musi być mniejsze niż 3, w przeciwnym razie stanie się niestabilne.

Zastosowania filtrów Sallen-Key

Zastosowania filtra klucza Sallen obejmują następujące.

• Filtr Sallen-Key jest preferowany zwykle wtedy, gdy wymagany jest mały współczynnik Q, priorytetem jest tłumienie szumów i konieczne jest nieodwracające wzmocnienie stopnia filtra.
• Filtr ten służy jako podstawowy element konstrukcyjny używany do implementacji obwodów filtrów wyższego rzędu, takich jak LPF, HPF i BPF obwody.
• Filtr ten można wykorzystać do różnych zastosowań w przetwarzaniu sygnału audio, takich jak kontrola tonu, korekcja, synteza, modulacja i redukcja szumów.
• Filtr ten służy do modulowania/syntetyzowania sygnału audio poprzez prostą dynamiczną zmianę współczynnika Q lub częstotliwości odcięcia za pomocą dodatkowego sygnału, takiego jak obwiednia, napięcie sterujące lub oscylator.

Zatem to jest przegląd filtra klucza Sallena (topologia klucza Sallena) lub filtr Sallen and Key, który jest jednym z bardzo popularnych aktywnych LPF drugiego rzędu, który można skonfigurować jako LPS, HPS, BPS i BSF. Ta topologia Sallen-Key pomaga we wdrażaniu różnych dostrojeń filtrów, takich jak Butterworth, Czebyszew i Bessel. Filtr ten jest podobny do VCVS (źródła napięcia sterowanego napięciem), w tym charakterystyki filtra, takie jak: dobra stabilność, niska impedancja wyjściowa i wysoka impedancja wejściowa. Filtr dolnoprzepustowy Sallen-Key jest używany z wielu powodów, takich jak: prosta konstrukcja, kaskadowanie filtrów, szeroki zakres częstotliwości, kontrola wzmocnienia napięcia, wiele stopni, konstrukcja filtra wyższego rzędu, stabilność i różne wzmocnienia. Oto pytanie do Ciebie, jaką funkcję pełni filtr dolnoprzepustowy?