Sallen-Key filtrs: shēma, darbība, priekšrocības, trūkumi un tā pielietojums

Filtriem ir galvenā loma komunikācijas jomā, jo tie novērš troksni un palīdz optimizēt veiktspēju. Filtru pielietojums telekomunikāciju sistēmās atšķiras no augstas līdz ļoti zemai frekvencei. Kanālu izvēle telefona pakalpojumu ietvaros ir galvenais augstfrekvences BPF uzdevums; savukārt datu iegūšana ir atkarīga no antialiasing LPF. Par izpildi zemas caurlaidības filtrs ķēde un aktīvais zemfrekvences filtrs, ir ļoti svarīgi zināt ķēdes izslēgšanas frekvenci un augstfrekvences veiktspēju aktīvā filtra, pasīvā zemfrekvences filtra un RC zemfrekvences filtra projektēšanai. Zemas caurlaidības filtri, kas tiek identificēti vienkārši ar aktīvajiem un pasīvajiem komponentiem, ir pazīstami kā aktīvi zemas caurlaidības filtri. Šajā rakstā ir sniegta īsa informācija par Sallen-Key filtru, ķēdi un tā lietojumprogrammām.

Kas ir Sallen-Key filtrs?

Populārākā aktīvā otrās kārtas analogā filtra topoloģija ir Sallen Key Filter, ko sauc arī par sprieguma kontroles sprieguma avotu. Tie ir ļoti populāri, jo to konfigurācija parādīs, ka tas nav ļoti atkarīgs no operētājsistēmas pastiprinātāja veiktspējas. Tas galvenokārt ir tāpēc, ka operacionālais pastiprinātājs ir pievienots kā pastiprinātājs, kas samazina operacionālā pastiprinātāja pastiprinājuma joslas platuma nepieciešamību. Sallen-Key filtram ir zema komponentu izkliede, augsta ieejas pretestība un zema izejas pretestība, kas ļauj pieslēgt dažādus filtrus bez starpposma buferiem.

Sallen atslēgas filtra ķēde

Sallen atslēgas filtrs ir elektroniska shēma, ko izmanto, lai filtrētu nevajadzīgas frekvences no audio signāla. Šī shēma ir vienkārši izstrādāta ar diviem rezistoriem, darbības pastiprinātāju un diviem kondensatoriem, kas veido atgriezeniskās saites cilpu. Pamatojoties uz komponentu vērtībām, šī ķēde var darboties kā zemas caurlaidības filtrs un a augstas caurlaidības filtrs . Tālāk ir apskatīta Sallen atslēgas zemfrekvences filtra shēma.

Sallen Key zemfrekvences filtrs

Sallen-Key LPF labāku filtra veiktspēju var sasniegt, pareizi izvēloties RC komponentus. Šī filtra galvenās iezīmes ir: sprieguma pastiprināšana un sprieguma pastiprināšanas kontrole ar stabilu filtra darbību. Sallen Key zemfrekvences filtra shematiskā diagramma vienotības pastiprinājumam ir parādīta zemāk. Šai ķēdei ir divas RC filtru sekcijas, kas ir efektīvi virknē; tomēr ar pirmo posmu kondensators ir bootstrapped caur izeju.

Vispārējā pārsūtīšanas funkcija (T.F) otrās kārtas LPS ir

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

Kur:

“K” ir pastiprinājuma koeficients,

“ω0” ir raksturīgā frekvence radiānos/s.

“Q” ir kvalitātes faktors.

S = jω.

Otrās kārtas Sallen-Key zemas caurlaidības filtra pārsūtīšanas funkciju var uzrakstīt tādā pašā formā kā iepriekšminētais vispārīgais vienādojums.

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

Pielīdzinot iepriekš minētos divus vienādojumus, mēs varam iegūt robežfrekvences un kvalitātes koeficienta vienādojumus.

Sallen atslēgas filtra vienādojuma robežfrekvence ir fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Sallen atslēgas filtra Q koeficients ir √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Pastiprinājuma vienādojums ir līdzīgs neinvertējošam pastiprinātājam.

K = 1+ R3/R4

Līdzīgi, nomainot, var izveidot augstfrekvences filtru kondensatori vietā rezistori .

Kā darbojas Sallen atslēgas filtrs?

Sallen-Key topoloģija darbojas, ieviešot otrās kārtas aktīvos filtrus, lai uzlabotu filtra Q koeficientu ar kontrolētu pozitīvu atgriezenisko saiti. Šī topoloģija ir ļoti vienkārša salīdzinājumā ar citām aktīvajām filtru topoloģijām. Šis ir aktīvā filtra dizains, kura pamatā ir viens neinvertējošs op-amp ar diviem rezistoriem.

Sallen-Key filtra priekšrocības

Sallen atslēgas filtra priekšrocības ir šādas.

• Sallen-Key filtra dizains ir ļoti vienkāršs, ietverot vienu op-amp un RC komponentus.
• Šie filtri spēj palielināt izejas spriegumu augstāk par ieejas spriegumu.
• Augstā ieejas un zemā izejas pretestība padara Sallen-Key filtru kaskādes darbību daudz vienkāršāku.
• Sallen-Key filtra op-amp palīdz pārvarēt RC komponenta ietekmi uz filtra raksturlielumiem.
• Šo filtru frekvenču diapazons ir plašs.
• Operatīvais pastiprinātājs šajā filtrā var tikt iekārtots vai nu kā neinvertējošs pastiprinātājs, vai vienota pastiprinājuma buferis.
• Šiem filtriem ir dažādi posmi un dažādi ieguvumi.
• Sallen-Key filtra stabilitāte ir laba.
• Izprast šo filtra dizainu ir vienkārši.
• Izmantošana a neinvertējošs pastiprinātājs var palielināt sprieguma pieaugumu.
• Gan pirmās, gan otrās kārtas filtrus var viegli kaskādēt kopā.
• Katrs RC posms var ietvert atšķirīgu sprieguma pieaugumu.

The Sallen atslēgas filtra trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.

• Sallen-Key filtru nav viegli noregulēt, jo F0 un Q komponentu vērtības mijiedarbojas.
• Ir pieejama zemā maksimālā “Q” vērtība.
• Sallen atslēgas filtrs ir ļoti jutīgs pret komponentu izmaiņām un pielaidēm, kas nozīmē, ka faktiskās rezistoru un kondensatoru vērtības atšķirsies no ideālajām vērtībām, un tās var mainīties dažādu faktoru, piemēram, novecošanās, mitruma un temperatūras, dēļ. Tas var ietekmēt filtra stabilitāti un precizitāti.
• Tas ir jutīgs pret kropļojumiem un troksni no operacionālais pastiprinātājs . Tātad operacionālā pastiprinātāja īpašības un kvalitāte var ietekmēt Sallen atslēgas filtra veiktspēju, kā arī izvadi.
• Sallen-key filtra konstrukcijā sprieguma pastiprinājuma un palielinājuma koeficients ir cieši saistīti, jo šajā dizainā tiek izmantots operētājsistēmu pastiprinātājs.
• Gandrīz jebkura kvalitātes faktora vērtība, kas ir lielāka par 0,5, var tikt realizēta, jo, izmantojot neinvertējoša darbības pastiprinātāja konfigurāciju, sprieguma pastiprinājums vienmēr būs lielāks par 1, bet tam jābūt mazākam par 3, pretējā gadījumā tas kļūs nestabils.

Sallen-Key filtru lietojumprogrammas

Sallen atslēgas filtra lietojumprogrammas ir šādas.

• Sallen-Key filtram parasti tiek dota priekšroka ikreiz, kad nepieciešams neliels Q koeficients, trokšņu noraidīšana ir prioritāte, un ir nepieciešams filtra posma neinvertējošais pastiprinājums.
• Šis filtrs tiek izmantots kā pamatelements, ko izmanto, lai ieviestu augstākas pakāpes filtru shēmas, piemēram, LPF, HPF un BPF ķēdēm.
• Šo filtru var izmantot dažādiem lietojumiem audio signālu apstrādē, piemēram, toņu kontrolei, izlīdzināšanai, sintēzei, modulācija un trokšņu samazināšana.
• Šo filtru izmanto audio signāla modulēšanai/sintezēšanai, vienkārši dinamiski mainot Q koeficientu vai nogriešanas frekvenci, izmantojot papildu signālu, piemēram, apvalku, vadības spriegumu vai oscilatoru.

Tādējādi tas ir Sallen-Key filtra (Sallena atslēgas topoloģijas) pārskats vai Sallen and Key filtrs, kas ir viens no ļoti populārajiem aktīvajiem otrās kārtas LPF, ko var konfigurēt kā LPS, HPS, BPS un BSF. Šī Sallen-Key topoloģija palīdz ieviest dažādus filtru regulējumus, piemēram, Butterworth, Chebyshev un Bessel. Šis filtrs ir līdzīgs VCVS (ar sprieguma kontrolētu sprieguma avotu), ieskaitot filtra raksturlielumus, piemēram; laba stabilitāte, zema izejas pretestība un augsta ieejas pretestība. Sallen-Key zemfrekvences filtru izmanto daudzu iemeslu dēļ, piemēram; vienkāršs dizains, filtru kaskāde, plašs frekvenču diapazons, sprieguma pastiprinājuma kontrole, vairāki posmi, augstas kvalitātes filtru dizains, stabilitāte un dažādi pastiprinājumi. Šeit ir jautājums jums, kāda ir zemas caurlaidības filtra funkcija?