Filter Sallen-Key: vezje, delovanje, prednosti, slabosti in njegove aplikacije

Filtri igrajo ključno vlogo na komunikacijskem področju, saj odstranjujejo šum in pomagajo pri optimizaciji delovanja. Uporaba filtrov v telekomunikacijskih sistemih se bo razlikovala od visokofrekvenčnih do zelo nizkofrekvenčnih. Izbira kanalov znotraj telefonskih storitev je glavna naloga visokofrekvenčnih BPF; medtem ko je pridobivanje podatkov odvisno od anti-aliasing LPF-jev. Za izvedbo nizkopasovni filter vezje in aktivni nizkopasovni filter, je zelo pomembno poznati mejno frekvenco vezja in visokofrekvenčno zmogljivost za načrtovanje aktivnega filtra, pasivnega nizkopasovnega filtra in nizkopasovnega filtra RC. Nizkoprepustni filtri, ki jih preprosto identificiramo z aktivnimi in pasivnimi komponentami, so znani kot aktivni nizkopasovni filtri. Ta članek vsebuje kratke informacije o filtru Sallen-Key, vezju in njegovih aplikacijah.

Kaj je filter Sallen-Key?

Najbolj priljubljena topologija aktivnega analognega filtra drugega reda je Sallenov ključni filter, ki se imenuje tudi vir napetosti za nadzor napetosti. Ti so zelo priljubljeni, ker bo njihova konfiguracija pokazala, da ni zelo odvisna od zmogljivosti operacijskega ojačevalnika. To je predvsem zato, ker operacijski ojačevalnik je priključen kot ojačevalnik, kar zmanjšuje potrebe po ojačanju in pasovni širini operacijskega ojačevalnika. Filter Sallen-Key ima nizek razpon komponent, visoko vhodno in nizko izhodno impedanco, kar omogoča povezovanje različnih filtrov brez vmesnih medpomnilnikov.

Sallen Key Filter Circuit

Ključni filter Sallen je elektronsko vezje, ki se uporablja za filtriranje nepotrebnih frekvenc iz zvočnega signala. To vezje je preprosto zasnovano z dvema uporoma, operacijskim ojačevalnikom in dvema kondenzatorjema, ki tvorita povratno zanko. Na podlagi vrednosti komponent lahko to vezje deluje kot nizkopasovni filter in a visokoprepustni filter . Spodaj je obravnavano vezje nizkopasovnega filtra Sallen ključ.

Nizkoprepustni filter Sallen Key

V Sallen-Key LPF je mogoče doseči boljšo učinkovitost filtra s pravilno izbiro komponent RC. Glavne značilnosti tega filtra so; ojačanje napetosti in nadzor ojačanja napetosti s stabilnim delovanjem filtra. Spodaj je prikazan shematski diagram nizkopasovnega filtra Sallen Key za pridobitev enotnosti. To vezje ima dva filtrska odseka RC, ki sta učinkovito zaporedno; vendar se s prvo stopnjo kondenzator zažene skozi izhod.

Splošna prenosna funkcija (T.F) za LPS drugega reda je

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

Kje:

'K' je faktor ojačanja,

„ω0“ je značilna frekvenca znotraj radianov/s.

„Q“ je faktor kakovosti.

S = jω.

Prenosno funkcijo Sallen-Key nizkopasovnega filtra 2. reda lahko zapišemo v enaki obliki kot zgornjo splošno enačbo.

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

Z enačenjem zgornjih dveh enačb lahko dobimo enačbi mejne frekvence in faktorja kakovosti.

Mejna frekvenca Sallenove enačbe ključnega filtra je fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Faktor Q ključnega filtra Sallen ‘Q’ je √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Enačba ojačanja je podobna neinvertirajočemu ojačevalniku.

K = 1+ R3/R4

Podobno je mogoče oblikovati visokoprepustni filter Sallen Key z zamenjavo kondenzatorji namesto upori .

Kako deluje Sallen Key Filter?

Topologija Sallen–Key deluje z implementacijo aktivnih filtrov drugega reda za izboljšanje faktorja Q filtra z nadzorovano pozitivno povratno informacijo. Ta topologija je zelo preprosta v primerjavi z drugimi topologijami aktivnega filtra. To je zasnova aktivnega filtra, ki temelji na enem samem neinvertirajočem operacijskem ojačevalniku z dvema uporoma.

Prednosti filtra Sallen-Key

Prednosti Sallen Key Filter vključujejo naslednje.

• Zasnova filtra Sallen-Key je zelo preprosta, vključno z enojnimi komponentami operacijskega ojačevalnika in RC.
• Ti filtri lahko povečajo izhodno napetost višje od vhodne napetosti.
• Visoka vhodna in nizka izhodna impedanca naredi kaskado filtrov Sallen-Key veliko lažjo.
• Operacijski ojačevalnik v filtru Sallen-Key pomaga pri premagovanju učinka komponente RC na značilnosti filtra.
• Frekvenčni razpon teh filtrov je širok.
• Operacijski ojačevalnik znotraj tega filtra je lahko urejen bodisi kot neinvertirajoči ojačevalnik ali vmesni pomnilnik z enotnim ojačanjem.
• Ti filtri imajo različne stopnje in različne ojačanja.
• Stabilnost filtra Sallen-Key je dobra.
• Razumevanje te zasnove filtra je preprosto.
• Uporaba a neinvertirajoči ojačevalnik lahko poveča dobiček napetosti.
• Tako filtre prvega kot drugega reda je mogoče preprosto kaskadno združiti skupaj.
• Vsaka stopnja RC lahko vključuje drugačno ojačanje napetosti.

The slabosti filtra Sallen Key vključujejo naslednje.

• Filtra Sallen-Key ni enostavno nastaviti zaradi interakcije vrednosti komponent na F0 in Q.
• Nizko največjo vrednost 'Q' je mogoče doseči.
• Ključni filter Sallen je zelo občutljiv na variacije komponent in tolerance, kar pomeni, da bodo dejanske vrednosti uporov in kondenzatorjev drugačne od idealnih vrednosti in se lahko sčasoma spremenijo zaradi različnih dejavnikov, kot so staranje, vlaga in temperatura. To lahko vpliva na stabilnost in natančnost filtra.
• Občutljiv je na popačenje in šum iz operacijski ojačevalnik . Značilnosti in kakovost operacijskega ojačevalnika lahko torej vplivajo na delovanje in izhod Sallenovega ključnega filtra.
• Pri zasnovi filtra Sallen-key sta ojačenje napetosti in faktor povečave tesno povezana zaradi uporabe operacijskega ojačevalnika v tej zasnovi.
• Skoraj vsako vrednost faktorja kakovosti, ki je večja od 0,5, je mogoče realizirati, ker bo z uporabo konfiguracije neinvertirajočega operacijskega ojačevalnika napetostni dobiček vedno večji od 1, vendar mora biti pod 3, sicer bo postal nestabilen.

Aplikacije Sallen-Key Filter

Aplikacije ključnega filtra Sallen vključujejo naslednje.

• Filter Sallen-Key je običajno prednosten, kadar je potreben majhen faktor Q, ima prednost zavračanje hrupa in je potrebno neinvertirano ojačenje stopnje filtra.
• Ta filter se uporablja kot osnovni gradnik za implementacijo filtrirnih vezij višjega reda, kot so LPF, HPF in BPF vezja.
• Ta filter je mogoče uporabiti za različne aplikacije pri obdelavi avdio signala, kot so nadzor tona, izenačevanje, sinteza, modulacija in zmanjšanje hrupa.
• Ta filter se uporablja za modulacijo/sintetiziranje zvočnega signala s preprosto dinamično spremembo faktorja Q ali mejne frekvence prek dodatnega signala, kot je ovojnica, krmilna napetost ali oscilator.

Torej, to je pregled filtra Sallen-Key (topologija ključa Sallen) ali filter Sallen in Key, ki je eden izmed zelo priljubljenih aktivnih LPF drugega reda, ki ga je mogoče konfigurirati kot LPS, HPS, BPS in BSF. Ta topologija Sallen-Key pomaga pri izvajanju različnih nastavitev filtrov, kot so Butterworth, Chebyshev & Bessel. Ta filter je podoben VCVS (napetostno krmiljen vir napetosti), vključno z značilnostmi filtra, kot so; dobra stabilnost, nizka izhodna impedanca in visoka vhodna impedanca. Nizkoprepustni filter Sallen-Key se uporablja iz številnih razlogov, kot so; preprosta zasnova, kaskadni filter, širok razpon frekvence, nadzor napetosti, več stopenj, zasnova filtra visokega reda, stabilnost in različna ojačenja. Tukaj je vprašanje za vas, kakšna je funkcija nizkopasovnega filtra?