Sallen-Key Filter: Krets, fungerer, fordeler, ulemper og dets bruksområder

Filtre spiller en nøkkelrolle i kommunikasjonsfeltet fordi de fjerner støy og hjelper til med å optimalisere ytelsen. Bruken av filtre innen telekommunikasjonssystemer vil variere fra høy til svært lav frekvens. Valg av kanaler innen telefontjenester er en hovedoppgave for høyfrekvente BPF-er; mens datainnsamling avhenger av anti-aliasing LPF-er. For utførelsen av lavpassfilter krets og aktivt lavpassfilter, det er veldig viktig å kjenne grensefrekvensen til kretsen og høyfrekvent ytelse for utforming av aktivt filter, passivt lavpassfilter og RC lavpassfilter. Lavpassfiltre som enkelt identifiseres med aktive og passive komponenter er kjent som aktive lavpassfiltre. Denne artikkelen gir kort informasjon om Sallen-Key-filteret, kretsen og dets applikasjoner.

Hva er Sallen-Key-filteret?

Den mest populære aktive andreordens analoge filtertopologien er et Sallen Key Filter som også kalles spenningskontrollkilde. Disse er veldig populære fordi konfigurasjonen deres vil vise at den ikke er veldig avhengig av op-amp-ytelsen. Dette er hovedsakelig fordi operasjonsforsterker er koblet til som en forsterker som reduserer forsterkningsbåndbreddebehovene til operasjonsforsterkeren. Sallen-Key-filteret har lav komponentspredning, høy inngangsimpedans og lav utgangsimpedans, som gjør at ulike filtre kan kobles til uten mellomliggende buffere.

Sallen Key Filter Circuit

Et Sallen-nøkkelfilter er en elektronisk krets som brukes til å filtrere unødvendige frekvenser fra et lydsignal. Denne kretsen er enkelt designet med to motstander, en op-amp og to kondensatorer som danner en tilbakemeldingssløyfe. Basert på verdiene til komponentene kan denne kretsen fungere som et lavpassfilter og en høypassfilter . Her er Sallen nøkkel lavpassfilterkrets diskutert nedenfor.

Sallen Key lavpassfilter

I Sallen-Key LPF kan bedre filterytelse oppnås ved å velge riktig RC-komponenter. Hovedfunksjonene til dette filteret er; spenningsforsterkning og spenningsforsterkning med stabil filterdrift. Sallen Key lavpassfilterets skjematiske diagram for enhetsforsterkning er vist nedenfor. Denne kretsen har to RC-filterseksjoner effektivt i serie; men med første trinn er kondensatoren bootstrapped gjennom utgangen.

Den generelle overføringsfunksjonen (TF) for en andreordens LPS er

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

Hvor:

'K' er gevinstfaktoren,

'ω0' er den karakteristiske frekvensen innenfor radianer/s.

'Q' er kvalitetsfaktoren.

S = jω.

2. ordens Sallen-Key lavpassfilteroverføringsfunksjonen kan skrives i samme form som den generelle ligningen ovenfor.

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

Ved å sette likhetstegn mellom de to likningene ovenfor, kan vi få ligningene for grensefrekvens og kvalitetsfaktor.

Grensefrekvensen til Sallen-nøkkelfilterligningen er fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Q-faktoren til Sallen Key Filter 'Q' er √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Forsterkningsligningen ligner på en ikke-inverterende forsterker.

K = 1+ R3/R4

På samme måte kan et høypassfilter med stor nøkkel utformes ved å erstatte det kondensatorer i stedet for motstander .

Hvordan fungerer et Sallen-nøkkelfilter?

Sallen-Key-topologien fungerer ved å implementere andre-ordens aktive filtre for å forbedre Q-faktoren til filteret med kontrollert positiv tilbakemelding. Denne topologien er veldig enkel sammenlignet med andre aktive filtertopologier. Dette er et aktivt filterdesign basert på en enkelt ikke-inverterende op-amp med to motstander.

Sallen-Key Filter Fordeler

Fordelene med Sallen Key Filter inkluderer følgende.

• Sallen-Key-filterdesignet er veldig enkelt, inkludert enkelt op-amp og RC-komponenter.
• Disse filtrene er i stand til å øke utgangsspenningen høyere enn inngangsspenningen.
• Den høye inngangs- og lave utgangsimpedansen gjør Sallen-Key-filtrene mye enklere å smelte.
• Op-ampen i Sallen-Key-filteret hjelper til med å erobre RC-komponentens effekt på filterkarakteristikker.
• Dette filterets frekvensområde er bredt.
• Op-ampen i dette filteret kan ordnes enten som en ikke-inverterende forsterker eller en enhetsforsterkningsbuffer.
• Disse filtrene har forskjellige stadier og forskjellige gevinster.
• Sallen-Key filterstabiliteten er god.
• Det er enkelt å forstå denne filterdesignen.
• Bruken av en ikke-inverterende forsterker kan øke spenningsforsterkningen.
• Både første- og andreordensbaserte filtre kan enkelt settes sammen.
• Hvert RC-trinn kan inkludere en annen spenningsforsterkning.

De ulemper med Sallen Key Filter Inkluder følgende.

• Sallen-Key-filteret er ikke lett innstilt på grunn av samspillet mellom komponentverdiene på F0 og Q.
• Den lave maksimale 'Q'-verdien er tilgjengelig.
• Sallen-nøkkelfilteret er veldig følsomt for komponentvariasjoner og -toleranser, noe som betyr at de faktiske motstandene og kondensatorverdiene vil være forskjellig fra de ideelle verdiene, og de kan endres til slutt på grunn av forskjellige faktorer som aldring, fuktighet og temperatur. Dette kan påvirke stabiliteten og nøyaktigheten til filteret.
• Den er utsatt for forvrengning og støy fra operasjonsforsterker . Så egenskapene og kvaliteten til operasjonsforsterkeren kan påvirke ytelsen og utgangen til Sallen-nøkkelfilteret.
• I utformingen av Sallen-nøkkelfilteret er spenningsforsterkning og forstørrelsesfaktor nært beslektet på grunn av bruken av en op-amp i dette designet.
• Nesten alle kvalitetsfaktorverdier større enn 0,5 kan realiseres fordi ved bruk av en konfigurasjon av ikke-inverterende op-amp, vil spenningsforsterkningen alltid være større enn 1, men må være under 3, ellers vil den bli ustabil.

Sallen-Key filterapplikasjoner

Applikasjonene til Sallen Key Filter inkluderer følgende.

• Et Sallen-Key-filter foretrekkes vanligvis når en liten Q-faktor er nødvendig, støyavvisning er prioritert, og filtertrinnets ikke-inverterende forsterkning er nødvendig.
• Dette filteret brukes som den grunnleggende byggesteinen som brukes til å implementere høyere ordens filterkretser som LPF, HPF og BPF kretser.
• Dette filteret kan brukes til forskjellige applikasjoner innen lydsignalbehandling som tonekontroll, utjevning, syntese, modulasjon , og støyreduksjon.
• Dette filteret brukes til å modulere/syntetisere et lydsignal ved ganske enkelt å endre Q-faktoren eller grensefrekvensen dynamisk gjennom et ekstra signal som en konvolutt, en kontrollspenning eller en oscillator.

Dermed er dette en oversikt over Sallen-Key-filteret (Sallen-nøkkeltopologi) eller Sallen and Key-filter som er en av de veldig populære aktive andre-ordens LPF-ene som kan konfigureres som en LPS, HPS, BPS og BSF. Denne Sallen-Key-topologien hjelper til med å implementere ulike filterjusteringer som Butterworth, Chebyshev & Bessel. Dette filteret ligner på VCVS (spenningskontrollert spenningskilde) inkludert filterkarakteristikk som; god stabilitet, lav utgangsimpedans og høy inngangsimpedans. Sallen-Key lavpassfilteret brukes av mange grunner som; enkel design, filterkaskade, et bredt spekter av frekvenser, spenningsforsterkningskontroll, flere trinn, høyordens filterdesign, stabilitet og forskjellige forsterkninger. Her er et spørsmål til deg, hva er funksjonen til et lavpassfilter?