Sallen-Key Filter: krets, funktion, fördelar, nackdelar och dess tillämpningar

Filter spelar en nyckelroll inom kommunikationsområdet eftersom de tar bort brus och hjälper till att optimera prestanda. Användningen av filter inom telekommunikationssystem kommer att skilja sig från hög till mycket låg frekvens. Valet av kanaler inom telefontjänster är en huvuduppgift för högfrekventa BPF:er; medan datainsamling beror på kantutjämnade LPF:er. För utförandet av lågpassfilter krets & aktivt lågpassfilter, det är mycket viktigt att känna till kretsens gränsfrekvens och högfrekvensprestanda för design av aktivt filter, passivt lågpassfilter och RC lågpassfilter. Lågpassfilter som helt enkelt identifieras med aktiva och passiva komponenter är kända som aktiva lågpassfilter. Den här artikeln ger kort information om Sallen-Key-filtret, kretsen och dess tillämpningar.

Vad är Sallen-Key-filtret?

Den mest populära aktiva andra ordningens analoga filtertopologin är ett Sallen Key Filter som också kallas spänningsstyrningsspänningskälla. Dessa är mycket populära eftersom deras konfiguration kommer att visa att det inte beror särskilt mycket på op-förstärkarens prestanda. Detta beror främst på att operationsförstärkare är ansluten som en förstärkare vilket minskar förstärknings-bandbreddsbehoven för operationsförstärkaren. Sallen-Key-filtret har låg komponentspridning, hög ingångsimpedans och låg utgångsimpedans, vilket gör att olika filter kan anslutas utan mellanliggande buffertar.

Sallen Key Filter Circuit

Ett Sallen-nyckelfilter är en elektronisk krets som används för att filtrera onödiga frekvenser från en ljudsignal. Denna krets är helt enkelt designad med två motstånd, en op-amp och två kondensatorer som bildar en återkopplingsslinga. Baserat på komponenternas värden kan denna krets fungera som ett lågpassfilter och ett högpassfilter . Här diskuteras Sallennyckel-lågpassfilterkretsen nedan.

Sallen Key lågpassfilter

I Sallen-Key LPF kan bättre filterprestanda uppnås genom att korrekt välja RC-komponenterna. Huvudfunktionerna i detta filter är; spänningsförstärkning & spänningsförstärkningskontroll med stabil filterdrift. Sallen Key-lågpassfiltrets schematiska diagram för enhetsförstärkningen visas nedan. Denna krets har två RC-filtersektioner effektivt i serie; dock med första steget är kondensatorn bootstrap genom utgången.

Den allmänna överföringsfunktionen (TF) för en andra ordningens LPS är

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

Var:

'K' är förstärkningsfaktorn,

'ω0' är den karakteristiska frekvensen inom radianer/s.

'Q' är kvalitetsfaktorn.

S = jω.

2:a ordningens Sallen-Key lågpassfilteröverföringsfunktion kan skrivas i samma form som ovanstående allmänna ekvation.

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

Genom att likställa de två ovanstående ekvationerna kan vi få ekvationerna för gränsfrekvens och kvalitetsfaktor.

Gränsfrekvensen för Sallen-nyckelfilterekvationen är fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Q-faktorn för Sallen Key Filter 'Q' är √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Förstärkningsekvationen liknar en icke-inverterande förstärkare.

K = 1+ R3/R4

På liknande sätt kan ett högpassfilter för sallennyckel konstrueras genom att ersätta det kondensatorer istället för motstånd .

Hur fungerar ett Sallen-nyckelfilter?

Sallen–Key-topologin fungerar genom att implementera andra ordningens aktiva filter för att förbättra filtrets Q-faktor med kontrollerad positiv återkoppling. Denna topologi är mycket enkel jämfört med andra aktiva filtertopologier. Detta är en aktiv filterdesign baserad på en enda icke-inverterande op-amp med två resistorer.

Sallen-Key Filter Fördelar

Fördelarna med Sallen Key Filter inkluderar följande.

• Sallen-Key-filterdesignen är mycket enkel, inklusive enkel op-förstärkare och RC-komponenter.
• Dessa filter kan öka utspänningen högre än inspänningen.
• Den höga ingången och låga utgångsimpedansen gör att Sallen-Key-filtren kaskader mycket lättare.
• Op-ampen i Sallen-Key-filtret hjälper till att erövra RC-komponentens effekt på filteregenskaperna.
• Dessa filters frekvensområde är brett.
• Op-ampen i detta filter kan vara anordnad antingen som en icke-inverterande förstärkare eller en enhetsförstärkningsbuffert.
• Dessa filter har olika steg och olika vinster.
• Sallen-Key-filtrets stabilitet är bra.
• Det är enkelt att förstå denna filterdesign.
• Användningen av en icke-inverterande förstärkare kan öka spänningsförstärkningen.
• Både de första och andra ordningens baserade filtren kan enkelt kopplas samman.
• Varje RC-steg kan inkludera en annan spänningsförstärkning.

De nackdelar med Sallen Key Filter inkluderar följande.

• Sallen-Key-filtret är inte lätt att justera på grund av interaktionen mellan komponentvärdena på F0 & Q.
• Det låga maximala Q-värdet kan erhållas.
• Sallen-nyckelfiltret är mycket känsligt för komponentvariationer och toleranser, vilket innebär att de faktiska motstånden och kondensatorvärdena kommer att skilja sig från de idealiska värdena och de kan ändras så småningom på grund av olika faktorer som åldring, fuktighet och temperatur. Detta kan påverka filtrets stabilitet och noggrannhet.
• Det är känsligt för distorsion och brus från operationsförstärkare . Så operationsförstärkarens egenskaper och kvalitet kan påverka prestandan och uteffekten av Sallen-nyckelfiltret.
• I designen av Sallen-nyckelfiltret är spänningsförstärkningen och förstoringsfaktorn nära relaterade på grund av användningen av en op-amp i denna design.
• Nästan vilket kvalitetsfaktorvärde som helst som är större än 0,5 kan realiseras eftersom en konfiguration av icke-inverterande op-amp används, spänningsförstärkningen kommer alltid att vara större än 1 men måste vara under 3, annars blir den instabil.

Sallen-Key filterapplikationer

Tillämpningarna av Sallen Key Filter inkluderar följande.

• Ett Sallen-Key-filter föredras vanligtvis när en liten Q-faktor krävs, brusavvisning är prioriterad och filterstegets icke-inverterande förstärkning är nödvändig.
• Detta filter används som den grundläggande byggstenen som används för att implementera högre ordningens filterkretsar som LPF, HPF och BPF kretsar.
• Detta filter kan användas för olika applikationer inom ljudsignalbehandling som tonkontroll, utjämning, syntes, modulation , och brusreducering.
• Detta filter används för att modulera/syntetisera en ljudsignal genom att helt enkelt ändra Q-faktorn eller gränsfrekvensen dynamiskt genom en extra signal som en envelopp, en styrspänning eller en oscillator.

Detta är alltså en översikt över Sallen-Key-filtret (Sallen-nyckeltopologi) eller Sallen and Key-filter som är en av de mycket populära aktiva andra ordningens LPF som kan konfigureras som en LPS, HPS, BPS och BSF. Denna Sallen-Key topologi hjälper till att implementera olika filterjusteringar som Butterworth, Chebyshev & Bessel. Detta filter liknar VCVS (spänningsstyrd spänningskälla) inklusive filteregenskaper som; bra stabilitet, låg utgångsimpedans & hög ingångsimpedans. Sallen-Key lågpassfiltret används av många anledningar som; enkel design, filterkaskad, ett brett utbud av frekvenser, spänningsförstärkningskontroll, flera steg, filterdesign av hög ordning, stabilitet och olika förstärkningar. Här är en fråga till dig, vilken funktion har ett lågpassfilter?