Sallen-Keyův filtr: obvod, funkce, výhody, nevýhody a jeho aplikace

Filtry hrají klíčovou roli v oblasti komunikace, protože odstraňují šum a pomáhají při optimalizaci výkonu. Aplikace filtrů v telekomunikačních systémech se budou lišit od vysokých po velmi nízké frekvence. Výběr kanálů v rámci telefonních služeb je hlavním úkolem vysokofrekvenčních BPF; zatímco získávání dat závisí na anti-aliasingových LPF. Za výkon dolní propust obvod & aktivní dolní propust, je velmi důležité znát mezní frekvenci obvodu a vysokofrekvenční výkon pro návrh aktivního filtru, pasivního dolního propusti a RC dolního propusti. Nízkopropustné filtry, které jsou jednoduše identifikovány s aktivními a pasivními součástmi, jsou známé jako aktivní dolní propusti. Tento článek poskytuje stručné informace o filtru Sallen-Key, obvodu a jeho aplikacích.

Co je Sallen-Key Filter?

Nejoblíbenější aktivní topologií analogového filtru druhého řádu je Sallenův klíčový filtr, který se také nazývá zdroj napětí pro řízení napětí. Ty jsou velmi oblíbené, protože jejich konfigurace ukáže, že nezávisí příliš na výkonu operačního zesilovače. Je to především proto, že operační zesilovač je zapojen jako zesilovač, který snižuje potřebu šířky pásma zesílení operačního zesilovače. Filtr Sallen-Key má nízké rozložení složek, vysokou vstupní impedanci a nízkou výstupní impedanci, což umožňuje připojení různých filtrů bez přechodných vyrovnávacích pamětí.

Obvod filtru Sallenova klíče

Sallenův klíčový filtr je elektronický obvod, který se používá k filtrování nepotřebných frekvencí ze zvukového signálu. Tento obvod je jednoduše navržen se dvěma odpory, operačním zesilovačem a dvěma kondenzátory, které tvoří zpětnovazební smyčku. Na základě hodnot součástek může tento obvod fungovat jako dolní propust a a horní propust . Níže je popsán obvod dolní propusti Sallenova klíče.

Nízkopropustný filtr Sallen Key

V Sallen-Key LPF lze dosáhnout lepšího výkonu filtru správným výběrem RC komponentů. Hlavní vlastnosti tohoto filtru jsou; zesílení napětí a řízení zesílení napětí se stabilním provozem filtru. Níže je uveden schematický diagram dolní propusti Sallen Key pro jednotkový zisk. Tento obvod má dvě sekce RC filtru účinně v sérii; avšak u prvního stupně je kondenzátor bootstrapped přes výstup.

Obecná přenosová funkce (T.F) pro LPS druhého řádu je

H(s) = Kω ² 0/S ² + (co/Q)S+ co ² 0 ––(1)

Kde:

„K“ je faktor zisku,

„ω0“ je charakteristická frekvence v radiánech/s.

„Q“ je faktor kvality.

S = jω.

Přenosovou funkci dolní propusti Sallen-Key 2. řádu lze zapsat ve stejném tvaru jako výše uvedená obecná rovnice.

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

Porovnáním výše uvedených dvou rovnic můžeme získat rovnice mezní frekvence a faktoru kvality.

Mezní frekvence rovnice Sallenova klíčového filtru je fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Faktor Q filtru Sallen Key Filter ‚Q‘ je √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Rovnice zesílení je podobná jako u neinvertujícího zesilovače.

K = 1+ R3/R4

Podobně lze výměnou navrhnout sallen key high-pass filtr kondenzátory namísto rezistory .

Jak funguje Sallenův klíčový filtr?

Topologie Sallen–Key funguje tak, že implementuje aktivní filtry druhého řádu pro zvýšení Q faktoru filtru s řízenou pozitivní zpětnou vazbou. Tato topologie je ve srovnání s jinými topologiemi aktivních filtrů velmi jednoduchá. Toto je návrh aktivního filtru založený na jediném neinvertujícím operačním zesilovači se dvěma odpory.

Výhody Sallen-Key filtru

Mezi výhody Sallen Key Filter patří následující.

• Konstrukce filtru Sallen-Key je velmi jednoduchá a obsahuje jeden operační zesilovač a RC komponenty.
• Tyto filtry jsou schopny zvýšit výstupní napětí vyšší než vstupní napětí.
• Díky vysoké vstupní a nízké výstupní impedanci je kaskádování filtrů Sallen-Key mnohem jednodušší.
• Operační zesilovač ve filtru Sallen-Key pomáhá překonat vliv RC komponenty na charakteristiky filtru.
• Frekvenční rozsah těchto filtrů je široký.
• Operační zesilovač v tomto filtru může být uspořádán buď jako neinvertující zesilovač, nebo jako vyrovnávací paměť pro jednotný zisk.
• Tyto filtry mají různé stupně a různé zisky.
• Stabilita filtru Sallen-Key je dobrá.
• Pochopení tohoto návrhu filtru je jednoduché.
• Využití a neinvertující zesilovač může zvýšit zisk napětí.
• Filtry prvního i druhého řádu lze snadno kaskádovat dohromady.
• Každý RC stupeň může obsahovat různé napěťové zesílení.

The nevýhody Sallen Key Filter zahrnout následující.

• Sallen-Keyův filtr není snadné vyladit kvůli interakci hodnot komponent na F0 & Q.
• Lze získat nízkou maximální hodnotu „Q“.
• Klíčový filtr Sallen je velmi citlivý na odchylky a tolerance součástí, což znamená, že skutečné hodnoty rezistorů a kondenzátorů se budou lišit od ideálních hodnot a mohou se případně změnit v důsledku různých faktorů, jako je stárnutí, vlhkost a teplota. To může ovlivnit stabilitu a přesnost filtru.
• Je náchylný na zkreslení a šum z operační zesilovač . Takže vlastnosti a kvalita operačního zesilovače mohou ovlivnit výkon i výstup Sallenova klíčového filtru.
• V návrhu filtru Sallen-key jsou napěťový zisk a faktor zvětšení úzce propojeny, protože v tomto návrhu je použit operační zesilovač.
• Lze realizovat téměř jakoukoli hodnotu faktoru kvality větší než 0,5, protože při použití konfigurace neinvertujícího operačního zesilovače bude napěťový zisk vždy větší než 1, ale musí být nižší než 3, jinak se stane nestabilním.

Aplikace filtrů Sallen-Key

Mezi aplikace Sallen Key Filter patří následující.

• Filtr Sallen-Key je preferován obvykle vždy, když je vyžadován malý Q faktor, upřednostňuje se potlačení šumu a je nezbytný neinvertující zisk stupně filtru.
• Tento filtr se používá jako základní stavební blok používaný k implementaci filtračních obvodů vyššího řádu, jako jsou LPF, HPF a BPF obvody.
• Tento filtr lze použít pro různé aplikace v rámci zpracování audio signálu, jako je ovládání tónu, ekvalizace, syntéza, modulace a snížení hluku.
• Tento filtr se používá pro modulaci/syntézu audio signálu jednoduchou změnou Q faktoru nebo mezní frekvence dynamicky prostřednictvím přídavného signálu, jako je obálka, řídicí napětí nebo oscilátor.

Tedy, toto je přehled filtru Sallen-Key (topologie klíče Sallen) nebo Sallen and Key filtr, což je jeden z velmi oblíbených aktivních LPF druhého řádu, který lze nakonfigurovat jako LPS, HPS, BPS a BSF. Tato topologie Sallen-Key pomáhá při implementaci různých ladění filtrů, jako je Butterworth, Chebyshev & Bessel. Tento filtr je podobný VCVS (napěťově řízený zdroj napětí) včetně charakteristik filtru jako; dobrá stabilita, nízká výstupní impedance a vysoká vstupní impedance. Sallen-Key dolní propust se používá z mnoha důvodů, jako je; jednoduchý design, kaskádování filtrů, široký rozsah frekvence, řízení zesílení napětí, více stupňů, design filtru vysokého řádu, stabilita a různé zisky. Zde je pro vás otázka, jakou funkci má dolní propust?