Τα φίλτρα διαδραματίζουν βασικό ρόλο στον τομέα της επικοινωνίας επειδή αφαιρούν το θόρυβο και βοηθούν στη βελτιστοποίηση της απόδοσης. Οι εφαρμογές των φίλτρων στα συστήματα τηλεπικοινωνιών θα διαφέρουν από υψηλή έως πολύ χαμηλή συχνότητα. Η επιλογή των καναλιών εντός των τηλεφωνικών υπηρεσιών είναι μια κύρια εργασία για BPF υψηλής συχνότητας. ενώ η απόκτηση δεδομένων εξαρτάται από τα LPF κατά της παραμόρφωσης. Για την απόδοση του φίλτρο χαμηλής διέλευσης κύκλωμα & ενεργό χαμηλοπερατό φίλτρο, είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζετε τη συχνότητα αποκοπής του κυκλώματος και την απόδοση υψηλής συχνότητας για το σχεδιασμό ενεργού φίλτρου, παθητικού φίλτρου χαμηλής διέλευσης και φίλτρου χαμηλής διέλευσης RC. Τα χαμηλοπερατά φίλτρα που προσδιορίζονται απλώς με ενεργά και παθητικά στοιχεία είναι γνωστά ως ενεργά φίλτρα χαμηλής διέλευσης. Αυτό το άρθρο παρέχει σύντομες πληροφορίες σχετικά με το φίλτρο Sallen-Key, το κύκλωμα και τις εφαρμογές του.

Τι είναι το φίλτρο Sallen-Key;

Η πιο δημοφιλής ενεργή τοπολογία αναλογικού φίλτρου δεύτερης τάξης είναι ένα φίλτρο κλειδιού Sallen, το οποίο ονομάζεται επίσης πηγή τάσης ελέγχου τάσης. Αυτά είναι πολύ δημοφιλή επειδή η διαμόρφωσή τους θα δείξει ότι δεν εξαρτάται πολύ από την απόδοση op-amp. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι η τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ συνδέεται ως ενισχυτής που μειώνει τις ανάγκες κέρδους εύρους ζώνης του λειτουργικού ενισχυτή. Το φίλτρο Sallen-Key έχει χαμηλή εξάπλωση εξαρτημάτων, υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου και χαμηλή σύνθετη αντίσταση εξόδου, η οποία επιτρέπει τη σύνδεση διαφόρων φίλτρων χωρίς ενδιάμεσους ενδιάμεσους ενδιάμεσους.

Κύκλωμα φίλτρου κλειδιού Sallen

Το φίλτρο κλειδιού Sallen είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, που χρησιμοποιείται για να φιλτράρει περιττές συχνότητες από ένα ηχητικό σήμα. Αυτό το κύκλωμα είναι απλά σχεδιασμένο με δύο αντιστάσεις, έναν op-amp και δύο πυκνωτές που σχηματίζουν έναν βρόχο ανάδρασης. Με βάση τις τιμές των εξαρτημάτων, αυτό το κύκλωμα μπορεί να λειτουργήσει ως φίλτρο χαμηλής διέλευσης και α υψηλής διέλευσης φίλτρο . Εδώ το κύκλωμα φίλτρου χαμηλής διέλευσης κλειδιού Sallen συζητείται παρακάτω.

Φίλτρο χαμηλής διέλευσης κλειδιού Sallen

Στο Sallen-Key LPF, μπορεί να επιτευχθεί καλύτερη απόδοση του φίλτρου επιλέγοντας σωστά τα εξαρτήματα RC. Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτού του φίλτρου είναι: ενίσχυση τάσης & έλεγχος απολαβής τάσης με σταθερή λειτουργία φίλτρου. Το σχηματικό διάγραμμα φίλτρου χαμηλής διέλευσης κλειδιού Sallen για το κέρδος μονάδας φαίνεται παρακάτω. Αυτό το κύκλωμα έχει δύο τμήματα φίλτρου RC αποτελεσματικά σε σειρά. Ωστόσο, με το πρώτο στάδιο ο πυκνωτής εκκινείται μέσω της εξόδου.

Κύκλωμα φίλτρου χαμηλής διέλευσης κλειδιού Sallen

Η γενική συνάρτηση μεταφοράς (T.F) για ένα LPS δεύτερης τάξης είναι

H(s) = Kω² 0/S² + (ω0/Q)S+ ω² 0 —–(1)

Οπου:

Το 'K' είναι ο παράγοντας κέρδους,

Το «ω0» είναι η χαρακτηριστική συχνότητα εντός ακτίνων/s.

Το «Q» είναι ο παράγοντας ποιότητας.

S = jω.

Η συνάρτηση μεταφοράς χαμηλοπερατού φίλτρου Sallen-Key 2ης τάξης μπορεί να γραφτεί με την ίδια μορφή με την παραπάνω γενική εξίσωση.

H(s) = (K/ R1R2 C1C2)/ S² +[( 1/R1+1/R2) 1/ C1 +(1- K/ R2C2]S + 1/ R1R2C1C2 —–(2)

Εξισώνοντας τις δύο παραπάνω εξισώσεις, μπορούμε να πάρουμε τις εξισώσεις συχνότητας αποκοπής και συντελεστή ποιότητας.

Η συχνότητα αποκοπής της εξίσωσης φίλτρου κλειδιού Sallen είναι fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

“παλμική απόκριση φίλτρου έλατου ”

Ο παράγοντας Q του φίλτρου κλειδιού Sallen «Q» είναι √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Η εξίσωση απολαβής είναι παρόμοια με έναν μη αντιστρεφόμενο ενισχυτή.

K = 1+ R3/R4

Ομοίως, μπορεί να σχεδιαστεί ένα υψιπερατό φίλτρο κλειδιού sallen με αντικατάσταση πυκνωτές στη θέση του αντιστάσεις .

Πώς λειτουργεί ένα φίλτρο κλειδιού Sallen;

Η τοπολογία Sallen–Key λειτουργεί με την εφαρμογή ενεργών φίλτρων δεύτερης τάξης για την ενίσχυση του παράγοντα Q του φίλτρου με ελεγχόμενη θετική ανάδραση. Αυτή η τοπολογία είναι πολύ απλή σε σύγκριση με άλλες τοπολογίες ενεργών φίλτρων. Πρόκειται για μια σχεδίαση ενεργού φίλτρου που βασίζεται σε έναν ενιαίο μη αναστροφικό op-amp με δύο αντιστάσεις.

Πλεονεκτήματα φίλτρου Sallen-Key

Τα πλεονεκτήματα του φίλτρου κλειδιού Sallen περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

Ο σχεδιασμός του φίλτρου Sallen-Key είναι πολύ απλός, συμπεριλαμβανομένων μονάδων op-amp & RC εξαρτημάτων.
Αυτά τα φίλτρα είναι ικανά να αυξήσουν την τάση εξόδου υψηλότερη από την τάση εισόδου.
Η υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου και χαμηλής εξόδου καθιστά τα φίλτρα Sallen-Key πολύ πιο εύκολη.
Ο ενισχυτής λειτουργίας στο φίλτρο Sallen-Key βοηθά στην εξάλειψη της επίδρασης του στοιχείου RC στα χαρακτηριστικά του φίλτρου.
Το εύρος συχνοτήτων αυτών των φίλτρων είναι ευρύ.
Ο ενισχυτής ενεργοποίησης σε αυτό το φίλτρο μπορεί να διαταχθεί είτε ως μη αναστροφικός ενισχυτής είτε ως ενδιάμεση μνήμη κέρδους μονάδας.
Αυτά τα φίλτρα έχουν διάφορα στάδια και διαφορετικά κέρδη.
Η σταθερότητα του φίλτρου Sallen-Key είναι καλή.
Η κατανόηση αυτού του σχεδιασμού φίλτρου είναι απλή.
Η αξιοποίηση του α μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής μπορεί να αυξήσει το κέρδος τάσης.
Τόσο τα φίλτρα πρώτης όσο και δεύτερης τάξης μπορούν να συνδυαστούν εύκολα σε σειρά.
Κάθε στάδιο RC μπορεί να περιλαμβάνει διαφορετικό κέρδος τάσης.

ο μειονεκτήματα του φίλτρου κλειδιού Sallen περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

Το φίλτρο Sallen-Key δεν ρυθμίζεται εύκολα λόγω της αλληλεπίδρασης των τιμών των στοιχείων στο F0 & Q.
Η χαμηλή μέγιστη τιμή «Q» μπορεί να ληφθεί.
Το φίλτρο κλειδιού Sallen είναι πολύ ευαίσθητο στις παραλλαγές και τις ανοχές εξαρτημάτων, πράγμα που σημαίνει ότι οι πραγματικές τιμές αντιστάσεων και πυκνωτών θα είναι διαφορετικές από τις ιδανικές τιμές και μπορεί να αλλάξουν τελικά λόγω διαφορετικών παραγόντων όπως η γήρανση, η υγρασία και η θερμοκρασία. Αυτό μπορεί να επηρεάσει τη σταθερότητα και την ακρίβεια του φίλτρου.
Είναι ευαίσθητο σε παραμόρφωση & θόρυβο από το τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ . Έτσι, τα χαρακτηριστικά και η ποιότητα του λειτουργικού ενισχυτή μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση καθώς και την έξοδο του φίλτρου κλειδιού Sallen.
Στη σχεδίαση του φίλτρου κλειδιού Sallen, το κέρδος τάσης και ο συντελεστής μεγέθυνσης συνδέονται στενά λόγω της χρήσης ενός op-amp σε αυτόν τον σχεδιασμό.
Σχεδόν οποιαδήποτε τιμή Συντελεστή Ποιότητας μεγαλύτερη από 0,5 μπορεί να πραγματοποιηθεί, επειδή χρησιμοποιώντας μια διαμόρφωση μη αντιστρεφόμενου op-amp, το κέρδος τάσης θα είναι πάντα μεγαλύτερο από 1 αλλά πρέπει να είναι κάτω από 3, διαφορετικά θα γίνει ασταθές.

Εφαρμογές φίλτρου Sallen-Key

Οι εφαρμογές του φίλτρου κλειδιού Sallen περιλαμβάνουν τις ακόλουθες.

Ένα φίλτρο Sallen-Key προτιμάται συνήθως όποτε απαιτείται ένας μικρός συντελεστής Q, η απόρριψη θορύβου έχει προτεραιότητα και είναι απαραίτητο το μη αναστροφικό κέρδος του σταδίου φίλτρου.
Αυτό το φίλτρο χρησιμοποιείται ως το βασικό δομικό στοιχείο που χρησιμοποιείται για την υλοποίηση κυκλωμάτων φίλτρων υψηλότερης τάξης όπως LPF, HPF και BPF κυκλώματα.
Αυτό το φίλτρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διαφορετικές εφαρμογές στην επεξεργασία σήματος ήχου όπως έλεγχος τόνου, εξισορρόπηση, σύνθεση, διαμόρφωση και μείωση θορύβου.
Αυτό το φίλτρο χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση/σύνθεση ενός σήματος ήχου αλλάζοντας απλώς τον παράγοντα Q ή τη συχνότητα αποκοπής δυναμικά μέσω ενός πρόσθετου σήματος όπως ένα φάκελο, μια τάση ελέγχου ή έναν ταλαντωτή.

Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση του φίλτρου Sallen-Key (τοπολογία κλειδιού Sallen) ή το φίλτρο Sallen and Key που είναι ένα από τα πολύ δημοφιλή ενεργά LPF δεύτερης τάξης που μπορούν να διαμορφωθούν ως LPS, HPS, BPS και BSF. Αυτή η τοπολογία Sallen-Key βοηθά στην εφαρμογή διαφόρων συντονισμών φίλτρων όπως οι Butterworth, Chebyshev & Bessel. Αυτό το φίλτρο είναι παρόμοιο με το VCVS (πηγή τάσης ελεγχόμενης από τάση) συμπεριλαμβανομένων των χαρακτηριστικών του φίλτρου όπως: καλή σταθερότητα, χαμηλή αντίσταση εξόδου & υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου. Το χαμηλοπερατό φίλτρο Sallen-Key χρησιμοποιείται για πολλούς λόγους όπως: απλός σχεδιασμός, κλιμάκωση φίλτρου, μεγάλο εύρος συχνοτήτων, έλεγχος απολαβής τάσης, πολλαπλά στάδια, σχεδιασμός φίλτρου υψηλής τάξης, σταθερότητα και διαφορετικά κέρδη. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η λειτουργία ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης;