Sallen-Key szűrő: Áramkör, Működés, Előnyök, Hátrányok és Alkalmazásai

A szűrők kulcsszerepet játszanak a kommunikációs területen, mivel eltávolítják a zajt és segítenek a teljesítmény optimalizálásában. A szűrők alkalmazása a távközlési rendszereken belül a magastól a nagyon alacsony frekvenciáig különbözik. A telefonszolgáltatásokon belüli csatornák kiválasztása a nagyfrekvenciás BPF-ek fő feladata; míg az adatgyűjtés az élsimító LPF-ektől függ. A teljesítményért a aluláteresztő szűrő áramkör és aktív aluláteresztő szűrő, nagyon fontos tudni az áramkör vágási frekvenciáját és a nagyfrekvenciás teljesítményt az aktív szűrő, a passzív aluláteresztő szűrő és az RC aluláteresztő szűrő tervezéséhez. Azokat az aluláteresztő szűrőket, amelyeket egyszerűen az aktív és passzív komponensekkel azonosítanak, aktív aluláteresztő szűrőknek nevezzük. Ez a cikk rövid információkat tartalmaz a Sallen-Key szűrőről, áramkörről és alkalmazásairól.

Mi az a Sallen-Key szűrő?

A legnépszerűbb aktív másodrendű analóg szűrőtopológia a Sallen Key Filter, amelyet feszültségvezérlő feszültségforrásnak is neveznek. Ezek nagyon népszerűek, mert konfigurációjuk azt mutatja, hogy nem nagyon függ az op-amp teljesítményétől. Ennek elsősorban az az oka, hogy a műveleti erősítő erősítőként van csatlakoztatva, ami csökkenti a műveleti erősítő erősítési sávszélesség-szükségletét. A Sallen-Key szűrő alacsony komponens szórással, nagy bemeneti impedanciával és alacsony kimeneti impedanciával rendelkezik, amely lehetővé teszi különféle szűrők csatlakoztatását közbenső pufferek nélkül.

Sallen kulcs szűrő áramkör

A Sallen kulcsszűrő egy elektronikus áramkör, amely a szükségtelen frekvenciák kiszűrésére szolgál egy hangjelből. Ezt az áramkört egyszerűen két ellenállással, egy műveleti erősítővel és két kondenzátorral tervezték, amelyek visszacsatoló hurkot alkotnak. A komponensek értékei alapján ez az áramkör aluláteresztő szűrőként működhet és a Magasáramú szűrő . Itt az alábbiakban tárgyaljuk a Sallen kulcsú aluláteresztő szűrő áramkört.

Sallen Key aluláteresztő szűrő

A Sallen-Key LPF-ben az RC komponensek megfelelő kiválasztásával jobb szűrőteljesítmény érhető el. Ennek a szűrőnek a fő jellemzői: feszültségerősítés és feszültségerősítés szabályozása stabil szűrőműködéssel. A Sallen Key aluláteresztő szűrő sematikus diagramja az egységerősítéshez az alábbiakban látható. Ennek az áramkörnek két hatékonyan sorba kapcsolt RC szűrőrésze van; azonban az első fokozatnál a kondenzátor a kimeneten keresztül be van töltve.

A másodrendű LPS általános átviteli függvénye (T.F).

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

Ahol:

„K” az erősítési tényező,

„ω0” a jellemző frekvencia radián/s-ban.

A „Q” a minőségi tényező.

S = jω.

A másodrendű Sallen-Key aluláteresztő szűrő átviteli függvény a fenti általános egyenlettel megegyező formában írható fel.

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

A fenti két egyenlet egyenlővé tételével megkapjuk a vágási frekvencia és minőségi tényező egyenleteit.

A Sallen kulcsszűrő egyenlet vágási frekvenciája fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

A Sallen Key Filter „Q” Q-tényezője √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Az erősítési egyenlet hasonló a nem invertáló erősítőhöz.

K = 1+R3/R4

Hasonlóképpen, cserével megtervezhető egy sallen kulcsú felüláteresztő szűrő kondenzátorok helyett ellenállások .

Hogyan működik a Sallen Key szűrő?

A Sallen–Key topológia úgy működik, hogy másodrendű aktív szűrőket valósít meg a szűrő Q-tényezőjének növelése érdekében, szabályozott pozitív visszacsatolás mellett. Ez a topológia nagyon egyszerű más aktív szűrőtopológiákhoz képest. Ez egy aktív szűrő kialakítás, amely egyetlen, nem invertáló műveleti erősítőn alapul, két ellenállással.

Sallen-Key szűrő előnyei

A Sallen Key Filter előnyei a következők.

• A Sallen-Key szűrő kialakítása nagyon egyszerű, egyetlen op-amp és RC komponenseket tartalmaz.
• Ezek a szűrők képesek a kimeneti feszültséget a bemeneti feszültségnél magasabbra növelni.
• A nagy bemeneti és alacsony kimeneti impedancia megkönnyíti a Sallen-Key szűrők kaszkádolását.
• A Sallen-Key szűrőben található op-amp segít az RC-komponens szűrőjellemzőkre gyakorolt ​​hatásának legyőzésében.
• Ezeknek a szűrőknek a frekvenciatartománya széles.
• A szűrőn belüli műveleti erősítő nem invertáló erősítőként vagy egységerősítő pufferként is elrendezhető.
• Ezek a szűrők különböző fokozatokkal és különböző erősítéssel rendelkeznek.
• A Sallen-Key szűrő stabilitása jó.
• A szűrő kialakításának megértése egyszerű.
• A hasznosítás a nem invertáló erősítő növelheti a feszültségerősítést.
• Mind az első, mind a másodrendű alapú szűrők egyszerűen kaszkádozhatók egymáshoz.
• Minden RC fokozat eltérő feszültségerősítést tartalmazhat.

A a Sallen Key Filter hátrányai a következőket tartalmazzák.

• A Sallen-Key szűrőt nem könnyű beállítani az F0 és Q komponensek értékeinek kölcsönhatása miatt.
• Az alacsony maximális „Q” érték érhető el.
• A Sallen kulcsszűrő nagyon érzékeny az alkatrészek változásaira és toleranciáira, ami azt jelenti, hogy az ellenállások és kondenzátorok tényleges értékei eltérnek az ideális értékektől, és végül megváltozhatnak különböző tényezők miatt, mint például az öregedés, a páratartalom és a hőmérséklet. Ez befolyásolhatja a szűrő stabilitását és pontosságát.
• Érzékeny a torzításra és a zajra műveleti erősítő . Tehát a műveleti erősítő jellemzői és minősége befolyásolhatja a Sallen kulcsszűrő teljesítményét és kimenetét.
• A Sallen-key szűrő kialakításában a feszültségerősítés és a nagyítási tényező szorosan összefügg, mivel ebben a kialakításban műveleti erősítőt használnak.
• Szinte bármilyen 0,5-nél nagyobb minőségi tényező értéke megvalósítható, mert a nem invertáló műveleti erősítő konfigurációját használva a feszültségerősítés mindig nagyobb lesz, mint 1, de 3 alatt kell lennie, különben instabil lesz.

Sallen-Key szűrőalkalmazások

A Sallen Key Filter alkalmazásai a következők.

• A Sallen-Key szűrőt általában akkor részesítik előnyben, amikor egy kis Q-tényezőre van szükség, a zajszűrés prioritást élvez, és a szűrőfokozat nem invertáló erősítésére van szükség.
• Ez a szűrő alapvető építőelemként használható magasabb rendű szűrőáramkörök, például LPF, HPF és BPF áramkörök.
• Ez a szűrő különféle alkalmazásokhoz használható az audiojel-feldolgozáson belül, mint például hangszínszabályozás, hangszínszabályozás, szintézis, moduláció és zajcsökkentés.
• Ezt a szűrőt audiojel modulálására/szintetizálására használják a Q-tényező vagy a vágási frekvencia dinamikus megváltoztatásával egy kiegészítő jelen keresztül, például burkológörbe, vezérlőfeszültség vagy oszcillátor segítségével.

Ez tehát az a Sallen-Key szűrő (Sallen kulcs topológia) áttekintése vagy Sallen és Key szűrő, amely az egyik nagyon népszerű aktív másodrendű LPF, amely LPS, HPS, BPS és BSF-ként konfigurálható. Ez a Sallen-Key topológia segít különféle szűrőhangolások megvalósításában, mint például a Butterworth, Chebyshev és Bessel. Ez a szűrő hasonló a VCVS-hez (feszültségvezérelt feszültségforrás), beleértve a szűrő jellemzőit, mint pl. jó stabilitás, alacsony kimeneti impedancia és nagy bemeneti impedancia. A Sallen-Key aluláteresztő szűrőt számos okból használják, például; egyszerű kialakítás, szűrő kaszkád, széles frekvenciatartomány, feszültségerősítés szabályozása, több fokozat, kiváló szűrőkialakítás, stabilitás és különböző erősítések. Itt egy kérdés, hogy mi a funkciója az aluláteresztő szűrőnek?