Sallen-Key-suodatin: piiri, toiminta, edut, haitat ja sen sovellukset

Suodattimilla on keskeinen rooli viestinnässä, koska ne poistavat melua ja auttavat optimoimaan suorituskykyä. Tietoliikennejärjestelmien suodattimien sovellukset vaihtelevat korkeasta erittäin matalaan taajuuteen. Kanavien valinta puhelinpalveluissa on suurtaajuisten BPF:iden päätehtävä; kun taas tiedonkeruu riippuu anti-aliasing LPF:istä. Suoritukseen alipäästösuodatin piiri ja aktiivinen alipäästösuodatin, on erittäin tärkeää tietää piirin rajataajuus ja korkean taajuuden suorituskyky aktiivisen suodattimen, passiivisen alipäästösuodattimen ja RC-alipäästösuodattimen suunnittelussa. Alipäästösuodattimet, jotka tunnistetaan yksinkertaisesti aktiivisista ja passiivisista komponenteista, tunnetaan aktiivisina alipäästösuodattimina. Tämä artikkeli sisältää lyhyttä tietoa Sallen-Key-suodattimesta, piiristä ja sen sovelluksista.

Mikä on Sallen-Key-suodatin?

Suosituin aktiivinen toisen asteen analoginen suodatintopologia on Sallen Key Filter, jota kutsutaan myös jännitteen ohjausjännitelähteeksi. Nämä ovat erittäin suosittuja, koska niiden kokoonpano osoittaa, että se ei riipu kovin paljon op-amp-suorituskyvystä. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että operaatiovahvistin on kytketty vahvistimena, mikä vähentää operaatiovahvistimen vahvistuskaistanleveyden tarvetta. Sallen-Key-suodattimessa on pieni komponenttihajotus, korkea tuloimpedanssi ja pieni lähtöimpedanssi, mikä mahdollistaa erilaisten suodattimien kytkemisen ilman välipuskureita.

Sallen-avainsuodatinpiiri

Sallen-avainsuodatin on elektroninen piiri, jota käytetään suodattamaan tarpeettomat taajuudet äänisignaalista. Tämä piiri on yksinkertaisesti suunniteltu kahdella vastuksella, operaatiovahvistimella ja kahdella kondensaattorilla, jotka muodostavat takaisinkytkentäsilmukan. Komponenttien arvojen perusteella tämä piiri voi toimia alipäästösuodattimena ja a ylipäästösuodatin . Tässä Sallen-avaimen alipäästösuodatinpiiriä käsitellään alla.

Sallen Key -alipäästösuodatin

Sallen-Key LPF:ssä voidaan saavuttaa parempi suodattimen suorituskyky valitsemalla RC-komponentit oikein. Tämän suodattimen pääominaisuudet ovat; jännitteen vahvistus ja jännitteen vahvistuksen säätö vakaalla suodattimen toiminnalla. Sallen Key -alipäästösuodattimen kaavio yksikkövahvistukselle on esitetty alla. Tässä piirissä on kaksi RC-suodatinosaa tehokkaasti sarjassa; kuitenkin ensimmäisen vaiheen kondensaattori on bootstrapped lähdön kautta.

Yleinen siirtofunktio (T.F) toisen asteen LPS:lle on

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

Missä:

'K' on vahvistustekijä,

'ω0' on ominaistaajuus radiaaneissa/s.

'Q' on laatutekijä.

S = jω.

Toisen asteen Sallen-Keyn alipäästösuodattimen siirtofunktio voidaan kirjoittaa samaan muotoon kuin yllä oleva yleinen yhtälö.

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

Yhtälöimällä yllä olevat kaksi yhtälöä voimme saada rajataajuus- ja laatutekijäyhtälöt.

Sallen-avainsuodatinyhtälön rajataajuus on fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Sallen-avainsuodattimen 'Q' Q-kerroin on √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Vahvistusyhtälö on samanlainen kuin ei-invertoivassa vahvistimessa.

K = 1 + R3/R4

Vastaavasti umpinainen ylipäästösuodatin voidaan suunnitella vaihtamalla kondensaattorit sijasta vastukset .

Kuinka Sallen-avainsuodatin toimii?

Sallen-Key-topologia toimii toteuttamalla toisen asteen aktiivisia suodattimia suodattimen Q-kertoimen parantamiseksi kontrolloidulla positiivisella palautteella. Tämä topologia on hyvin yksinkertainen verrattuna muihin aktiivisiin suodatintopologioihin. Tämä on aktiivinen suodatinrakenne, joka perustuu yhteen ei-invertoivaan operaatiovahvistimeen, jossa on kaksi vastusta.

Sallen-Key-suodattimen edut

Sallen Key -suodattimen etuja ovat seuraavat.

• Sallen-Key-suodatin on hyvin yksinkertainen, ja siinä on yksi operaatiovahvistin ja RC-komponentit.
• Nämä suodattimet pystyvät nostamaan lähtöjännitettä korkeammaksi kuin tulojännite.
• Suuri sisääntulo- ja pieni ulostuloimpedanssi tekee Sallen-Key-suodattimien kaskadista paljon helpompaa.
• Sallen-Key-suodattimen op-amp auttaa hallitsemaan RC-komponentin vaikutusta suodattimen ominaisuuksiin.
• Näiden suodattimien taajuusalue on laaja.
• Tämän suodattimen operaatiovahvistin voidaan järjestää joko ei-invertoivaksi vahvistimeksi tai yksikkövahvistuspuskuriksi.
• Näillä suodattimilla on eri vaiheet ja erilaiset vahvistukset.
• Sallen-Keyn suodattimen vakaus on hyvä.
• Tämän suodattimen suunnittelun ymmärtäminen on helppoa.
• Hyödyntäminen a ei-invertoiva vahvistin voi lisätä jännitteen vahvistusta.
• Sekä ensimmäisen että toisen asteen suodattimet voidaan kaskadoida helposti yhteen.
• Jokainen RC-aste voi sisältää erilaisen jännitevahvistuksen.

The Sallen-avainsuodattimen haitat Sisällytä seuraavat.

• Sallen-Key-suodatinta ei ole helppo virittää F0:n ja Q:n komponenttiarvojen vuorovaikutuksen vuoksi.
• Alhainen maksimi Q-arvo on saatavissa.
• Sallen-avainsuodatin on erittäin herkkä komponenttien vaihteluille ja toleransseille, mikä tarkoittaa, että todelliset vastusten ja kondensaattorien arvot poikkeavat ihanteellisista arvoista ja ne voivat muuttua lopulta eri tekijöiden, kuten ikääntymisen, kosteuden ja lämpötilan, vuoksi. Tämä voi vaikuttaa suodattimen vakauteen ja tarkkuuteen.
• Se on herkkä särölle ja kohinalle operaatiovahvistin . Joten operaatiovahvistimen ominaisuudet ja laatu voivat vaikuttaa Sallen-avainsuodattimen suorituskykyyn ja ulostuloon.
• Sallen-key-suodattimen suunnittelussa jännitteen vahvistus ja suurennuskerroin liittyvät läheisesti toisiinsa, koska tässä mallissa käytetään operaatiovahvistinta.
• Lähes mikä tahansa laatutekijän arvo, joka on suurempi kuin 0,5, voidaan toteuttaa, koska käytettäessä ei-invertoivaa operaatiovahvistimen konfiguraatiota jännitteen vahvistus on aina suurempi kuin 1, mutta sen on oltava alle 3, tai muuten se muuttuu epävakaaksi.

Sallen-Key-suodatinsovellukset

Sallen-avainsuodattimen sovelluksia ovat seuraavat.

• Sallen-Key-suodatin on suositeltava yleensä aina, kun vaaditaan pieni Q-kerroin, kohinanvaimennus on etusijalla ja suodinvaiheen ei-invertoiva vahvistus on tarpeen.
• Tätä suodatinta käytetään perusrakennuspalikkana, jota käytetään toteuttamaan korkeamman asteen suodatinpiirejä, kuten LPF, HPF ja BPF piirit.
• Tätä suodatinta voidaan käyttää eri sovelluksissa äänisignaalin käsittelyssä, kuten sävynsäätö, taajuuskorjaus, synteesi, modulaatio ja melunvaimennus.
• Tätä suodatinta käytetään audiosignaalin moduloimiseen/syntetisoimiseen yksinkertaisesti muuttamalla Q-tekijää tai rajataajuutta dynaamisesti lisäsignaalin, kuten verhokäyrän, ohjausjännitteen tai oskillaattorin, kautta.

Näin ollen tämä on yleiskatsaus Sallen-Key-suodattimesta (Sallen-avaintopologia) tai Sallen and Key -suodatin, joka on yksi erittäin suosituista aktiivisista toisen asteen LPF:istä, jotka voidaan konfiguroida LPS:ksi, HPS:ksi, BPS:ksi ja BSF:ksi. Tämä Sallen-Key-topologia auttaa toteuttamaan erilaisia ​​suodatinvirityksiä, kuten Butterworth, Chebyshev ja Bessel. Tämä suodatin on samanlainen kuin VCVS (jännite-ohjattu jännitelähde), sisältäen suodattimen ominaisuudet, kuten; hyvä vakaus, pieni lähtöimpedanssi ja korkea tuloimpedanssi. Sallen-Keyn alipäästösuodatinta käytetään monista syistä, kuten; yksinkertainen rakenne, suodatinsarja, laaja taajuusalue, jännitteen vahvistuksen säätö, useita vaiheita, korkealuokkainen suodatinsuunnittelu, vakaus ja erilaiset vahvistukset. Tässä on kysymys sinulle, mikä on alipäästösuodattimen tehtävä?