Sallen-Key filter: krug, rad, prednosti, nedostaci i njegove primjene

Filtri igraju ključnu ulogu u polju komunikacije jer uklanjaju šum i pomažu u optimiziranju performansi. Primjene filtara unutar telekomunikacijskih sustava razlikovat će se od visokih do vrlo niskih frekvencija. Odabir kanala unutar telefonskih usluga glavni je zadatak za visokofrekventne BPF-ove; dok prikupljanje podataka ovisi o anti-aliasing LPF-ovima. Za izvedbu niskopropusni filter kruga i aktivnog niskopropusnog filtra, vrlo je važno znati graničnu frekvenciju kruga i visokofrekventne performanse za projektiranje aktivnog filtra, pasivnog niskopropusnog filtra i RC niskopropusnog filtra. Niskopropusni filtri koji se jednostavno identificiraju s aktivnim i pasivnim komponentama poznati su kao aktivni niskopropusni filtri. Ovaj članak pruža kratke informacije o Sallen-Key filtru, krugu i njegovoj primjeni.

Što je Sallen-Key filter?

Najpopularnija topologija aktivnog analognog filtra drugog reda je Sallenov ključni filtar koji se također naziva izvor napona za kontrolu napona. Oni su vrlo popularni jer će njihova konfiguracija pokazati da ne ovisi puno o performansama op-amp. To je uglavnom zato što operacijsko pojačalo je spojen kao pojačalo što smanjuje potrebu za pojačanjem i širinom pojasa operacijskog pojačala. Sallen-Key filtar ima nisko širenje komponenti, visoku ulaznu impedanciju i nisku izlaznu impedanciju, što omogućuje spajanje raznih filtara bez međuspremnika.

Sallen Key Filter Krug

Sallenov ključni filtar je elektronički sklop koji se koristi za filtriranje nepotrebnih frekvencija iz audio signala. Ovaj je sklop jednostavno dizajniran s dva otpornika, op-ampom i dva kondenzatora koji tvore povratnu petlju. Na temelju vrijednosti komponenti, ovaj krug može djelovati kao niskopropusni filtar i a visokopropusni filter . Ovdje se u nastavku raspravlja o krugu niskopropusnog filtera ključa Sallen.

Niskopropusni filtar Sallen Key

U Sallen-Key LPF, bolji učinak filtra može se postići pravilnim odabirom RC komponenti. Glavne karakteristike ovog filtera su; pojačanje napona i kontrola pojačanja napona sa stabilnim radom filtera. Dolje je prikazan shematski dijagram niskopropusnog filtra Sallen Key za jedinični dobitak. Ovaj sklop ima dva RC filtera učinkovito u seriji; međutim, s prvim stupnjem kondenzator se pokreće kroz izlaz.

Opća prijenosna funkcija (T.F) za LPS drugog reda je

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

Gdje:

'K' je faktor pojačanja,

'ω0' je karakteristična frekvencija unutar radijana/s.

'Q' je faktor kvalitete.

S = jω.

Prijenosna funkcija Sallen-Key niskopropusnog filtra 2. reda može se napisati u istom obliku kao gornja opća jednadžba.

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

Izjednačavanjem gornje dvije jednadžbe možemo dobiti jednadžbe granične frekvencije i faktora kvalitete.

Granična frekvencija jednadžbe Sallenovog ključnog filtra je fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Q faktor Sallenovog ključnog filtra 'Q' je √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Jednadžba pojačanja slična je neinvertirajućem pojačalu.

K = 1+ R3/R4

Slično, Sallenov ključ visokopropusni filtar može se dizajnirati zamjenom kondenzatori umjesto otpornici .

Kako radi Sallen Key Filter?

Topologija Sallen–Key funkcionira implementacijom aktivnih filtara drugog reda za poboljšanje Q faktora filtra s kontroliranom pozitivnom povratnom spregom. Ova je topologija vrlo jednostavna u usporedbi s drugim aktivnim topologijama filtera. Ovo je dizajn aktivnog filtra temeljen na jednom neinvertirajućem operacijskom pojačalu s dva otpornika.

Prednosti filtera Sallen-Key

Prednosti Sallen Key Filtera uključuju sljedeće.

• Dizajn filtra Sallen-Key vrlo je jednostavan i uključuje pojedinačne op-amp & RC komponente.
• Ovi filteri mogu povećati izlazni napon više od ulaznog napona.
• Visoka ulazna i niska izlazna impedancija čini Sallen-Key filtere kaskadnim puno lakšim.
• Op-amp u Sallen-Key filteru pomaže u nadvladavanju učinka RC komponente na karakteristike filtera.
• Frekvencijski raspon ovih filtera je širok.
• Op-amp unutar ovog filtra može se postaviti ili kao neinvertirajuće pojačalo ili kao međuspremnik s jediničnim pojačanjem.
• Ovi filtri imaju različite stupnjeve i različita pojačanja.
• Stabilnost filtra Sallen-Key je dobra.
• Razumijevanje ovog dizajna filtra je jednostavno.
• Korištenje a neinvertirajuće pojačalo može povećati dobitak napona.
• I filtri prvog i drugog reda mogu se lako spojiti zajedno.
• Svaki RC stupanj može uključivati ​​različito pojačanje napona.

The nedostaci Sallen Key Filtera uključuju sljedeće.

• Filtar Sallen-Key nije lako ugoditi zbog interakcije vrijednosti komponenti na F0 i Q.
• Moguća je niska maksimalna vrijednost 'Q'.
• Sallenov ključni filtar vrlo je osjetljiv na varijacije komponenti i tolerancije, što znači da će se stvarne vrijednosti otpornika i kondenzatora razlikovati od idealnih vrijednosti i mogu se eventualno promijeniti zbog različitih čimbenika kao što su starenje, vlaga i temperatura. To može utjecati na stabilnost i točnost filtra.
• Podložan je izobličenju i šumu od operacijsko pojačalo . Dakle, karakteristike i kvaliteta operacijskog pojačala mogu utjecati na izvedbu kao i na izlaz Sallenovog ključnog filtra.
• U dizajnu Sallenovog filtra, pojačanje napona i faktor povećanja usko su povezani zbog upotrebe operacijskog pojačala u ovom dizajnu.
• Gotovo svaka vrijednost faktora kvalitete veća od 0,5 može se ostvariti jer korištenjem konfiguracije neinvertirajućeg operacijskog pojačala, pojačanje napona će uvijek biti veće od 1, ali mora biti ispod 3, inače će postati nestabilno.

Aplikacije filtera Sallen-Key

Primjene Sallen Key Filtera uključuju sljedeće.

• Sallen-Key filtar obično se preferira kad god je potreban mali Q faktor, prioritet je odbacivanje šuma i potrebno je neinvertirajuće pojačanje stupnja filtra.
• Ovaj filtar se koristi kao osnovni građevni blok koji se koristi za implementaciju filtarskih krugova višeg reda kao što su LPF, HPF i BPF sklopovi.
• Ovaj se filtar može koristiti za različite primjene unutar obrade audio signala kao što su kontrola tona, ekvilizacija, sinteza, modulacija , i smanjenje buke.
• Ovaj se filtar koristi za moduliranje/sintetiziranje audio signala jednostavnom dinamičkom promjenom Q faktora ili granične frekvencije kroz dodatni signal poput omotnice, upravljačkog napona ili oscilatora.

Dakle, ovo je pregled filtra Sallen-Key (topologija ključa Sallen) ili Sallen and Key filter koji je jedan od vrlo popularnih aktivnih LPF-ova drugog reda koji se može konfigurirati kao LPS, HPS, BPS i BSF. Ova topologija Sallen-Key pomaže u implementaciji raznih podešavanja filtera kao što su Butterworth, Chebyshev & Bessel. Ovaj filtar je sličan VCVS (naponski kontrolirani izvor napona) uključujući karakteristike filtra kao što su; dobra stabilnost, niska izlazna impedancija i visoka ulazna impedancija. Sallen-Key niskopropusni filtar koristi se iz mnogo razloga kao što su; jednostavan dizajn, kaskadni filter, širok raspon frekvencija, kontrola pojačanja napona, više stupnjeva, dizajn filtera visokog reda, stabilnost i različita pojačanja. Evo pitanja za vas, koja je funkcija niskopropusnog filtra?