Фильтр Саллена-Ки: схема, работа, преимущества, недостатки и применение

Фильтры играют ключевую роль в области связи, поскольку они удаляют шум и помогают оптимизировать производительность. Применение фильтров в телекоммуникационных системах будет варьироваться от высоких до очень низких частот. Выбор каналов внутри телефонных служб является основной задачей высокочастотных БПФ; в то время как сбор данных зависит от сглаживания LPF. Для исполнения фильтр нижних частот Схема и активный фильтр нижних частот. Очень важно знать частоту среза схемы и высокочастотные характеристики для проектирования активного фильтра, пассивного фильтра нижних частот и RC-фильтра нижних частот. Фильтры нижних частот, которые идентифицируются просто с активными и пассивными компонентами, известны как активные фильтры нижних частот. В этой статье представлена ​​краткая информация о фильтре Саллена-Ки, схеме и его применении.

Что такое фильтр Саллена-Ки?

Наиболее популярной топологией активного аналогового фильтра второго порядка является фильтр Саллена с ключом, который также называют источником напряжения управления напряжением. Они очень популярны, поскольку их конфигурация покажет, что она не сильно зависит от производительности операционного усилителя. Это происходит главным образом потому, что операционный усилитель подключается как усилитель, что снижает требования к полосе усиления операционного усилителя. Фильтр Саллена-Ки имеет малый разброс компонентов, высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, что позволяет подключать различные фильтры без промежуточных буферов.

Схема фильтра ключа Саллена

Ключевой фильтр Саллена — это электронная схема, используемая для фильтрации ненужных частот аудиосигнала. Эта схема просто спроектирована с двумя резисторами, операционным усилителем и двумя конденсаторами, которые образуют петлю обратной связи. В зависимости от номиналов компонентов эта схема может действовать как фильтр нижних частот и фильтр верхних частот . Здесь схема фильтра нижних частот с ключом Саллена обсуждается ниже.

Фильтр нижних частот Саллена Ки

В ФНЧ Sallen-Key лучшие характеристики фильтра могут быть достигнуты за счет правильного выбора RC-компонентов. Основные особенности этого фильтра: Усиление напряжения и контроль усиления напряжения со стабильной работой фильтра. Принципиальная схема фильтра нижних частот Саллена-Ки для единичного усиления показана ниже. Эта схема имеет две секции RC-фильтра, эффективно включенные последовательно; однако в первом каскаде конденсатор подключается через выход.

Общая передаточная функция (TF) для ЛПС второго порядка равна

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

Где:

«К» — коэффициент усиления,

«ω0» — характеристическая частота в радианах/с.

«Q» — это показатель качества.

S = jω.

Передаточную функцию фильтра нижних частот Саллена-Ки 2-го порядка можно записать в той же форме, что и приведенное выше общее уравнение.

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

Приравнивая два приведенных выше уравнения, мы можем получить уравнения частоты среза и добротности.

Частота среза уравнения ключевого фильтра Саллена равна fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Добротность ключевого фильтра Саллена «Q» равна √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Уравнение усиления аналогично неинвертирующему усилителю.

К = 1+ R3/R4

Аналогичным образом можно сконструировать фильтр верхних частот с ключом Саллена, заменив конденсаторы на месте резисторы .

Как работает ключевой фильтр Саллена?

Топология Саллена-Ки работает путем реализации активных фильтров второго порядка для повышения добротности фильтра с контролируемой положительной обратной связью. Эта топология очень проста по сравнению с другими топологиями активных фильтров. Это конструкция активного фильтра, основанная на одном неинвертирующем операционном усилителе с двумя резисторами.

Преимущества фильтра Саллена-Ки

К преимуществам ключевого фильтра Саллена относятся следующие.

• Конструкция фильтра Саллена-Ки очень проста и включает в себя одиночный операционный усилитель и RC-компоненты.
• Эти фильтры способны увеличивать выходное напряжение выше входного.
• Высокий входной и низкий выходной импеданс значительно упрощает каскадирование фильтров Саллена-Ки.
• Операционный усилитель в фильтре Саллена-Ки помогает преодолеть влияние RC-компонента на характеристики фильтра.
• Частотный диапазон этих фильтров широк.
• Операционный усилитель в этом фильтре может быть организован либо как неинвертирующий усилитель, либо как буфер с единичным коэффициентом усиления.
• Эти фильтры имеют различные ступени и разное усиление.
• Стабильность фильтра Саллена-Ки хорошая.
• Разобраться в конструкции этого фильтра просто.
• Использование неинвертирующий усилитель может увеличить коэффициент усиления напряжения.
• Фильтры первого и второго порядка можно легко каскадировать вместе.
• Каждая RC-ступенька может иметь разный коэффициент усиления напряжения.

Недостатки ключевого фильтра Саллена включая следующее.

• Фильтр Саллена-Ки нелегко настроить из-за взаимодействия значений компонентов на F0 и Q.
• Достигается низкое максимальное значение Q.
• Ключевой фильтр Саллена очень чувствителен к изменениям и допускам компонентов, что означает, что фактические значения резисторов и конденсаторов будут отличаться от идеальных значений и со временем могут измениться из-за различных факторов, таких как старение, влажность и температура. Это может повлиять на стабильность и точность фильтра.
• Он чувствителен к искажениям и шуму от операционный усилитель . Таким образом, характеристики и качество операционного усилителя могут влиять на производительность, а также на выход ключевого фильтра Саллена.
• В конструкции фильтра Саллена коэффициент усиления напряжения и коэффициент увеличения тесно связаны из-за использования в этой конструкции операционного усилителя.
• Практически любое значение добротности, превышающее 0,5, может быть реализовано, поскольку при использовании конфигурации неинвертирующего операционного усилителя коэффициент усиления по напряжению всегда будет больше 1, но должен быть ниже 3, иначе он станет нестабильным.

Применение фильтров Саллена-Ки

Применения ключевого фильтра Саллена включают следующее.

• Фильтр Саллена-Ки обычно предпочтительнее, когда требуется небольшая добротность, приоритетом является подавление шума и необходимо неинвертирующее усиление каскада фильтра.
• Этот фильтр используется в качестве основного строительного блока, используемого для реализации схем фильтров более высокого порядка, таких как LPF, HPF и БПФ схемы.
• Этот фильтр можно использовать для различных приложений при обработке аудиосигнала, таких как регулировка тембра, эквалайзер, синтез и т. д. модуляция и снижение шума.
• Этот фильтр используется для модуляции/синтеза аудиосигнала путем простого динамического изменения добротности или частоты среза с помощью дополнительного сигнала, такого как огибающая, управляющее напряжение или генератор.

Таким образом, это обзор фильтра Саллена-Ки (топология ключа Саллена) или фильтр Саллена и Кей, который является одним из очень популярных активных ФНЧ второго порядка, который можно настроить как LPS, HPS, BPS и BSF. Эта топология Саллена-Ки помогает реализовать различные настройки фильтров, такие как Баттерворт, Чебышев и Бессель. Этот фильтр аналогичен VCVS (источнику напряжения, управляемого напряжением), включая такие характеристики фильтра, как; хорошая стабильность, низкий выходной импеданс и высокий входной импеданс. Фильтр нижних частот Саллена-Ки используется по многим причинам, например; простая конструкция, каскадирование фильтров, широкий диапазон частот, регулировка усиления по напряжению, несколько каскадов, конструкция фильтра высокого порядка, стабильность и различные коэффициенты усиления. Вот вам вопрос, какова функция фильтра нижних частот?