Els filtres tenen un paper clau en l'àmbit de la comunicació perquè eliminen el soroll i ajuden a optimitzar el rendiment. Les aplicacions dels filtres dins dels sistemes de telecomunicacions seran diferents d'alta a molt baixa freqüència. La selecció de canals dins dels serveis telefònics és una tasca principal per als BPF d'alta freqüència; mentre que l'adquisició de dades depèn dels LPF antialiasing. Per a l'actuació del filtre de pas baix circuit i filtre actiu de pas baix, és molt important conèixer la freqüència de tall del circuit i el rendiment d'alta freqüència per al disseny del filtre actiu, el filtre passiu de pas baix i el filtre de pas baix RC. Els filtres de pas baix que s'identifiquen simplement amb components actius i passius es coneixen com a filtres de pas baix actius. Aquest article proporciona informació breu sobre el filtre Sallen-Key, el circuit i les seves aplicacions.
Què és el filtre Sallen-Key?
La topologia activa de filtre analògic de segon ordre més popular és un filtre de clau Sallen, que també s'anomena font de tensió de control de tensió. Són molt populars perquè la seva configuració mostrarà que no depèn gaire del rendiment de l'amplificador operatiu. Això és principalment perquè el amplificador operacional està connectat com un amplificador que redueix les necessitats d'amplada de banda de guany de l'amplificador operacional. El filtre Sallen-Key té una baixa dispersió de components, una alta impedància d'entrada i una baixa impedància de sortida, cosa que permet connectar diversos filtres sense buffers intermediaris.
Circuit de filtre de clau de Sallen
Un filtre de clau Sallen és un circuit electrònic, utilitzat per filtrar freqüències innecessàries d'un senyal d'àudio. Aquest circuit està dissenyat simplement amb dues resistències, un amplificador operatiu i dos condensadors que formen un bucle de retroalimentació. En funció dels valors dels components, aquest circuit pot actuar com a filtre de pas baix i a filtre de pas alt . Aquí es comenta el circuit de filtre de pas baix de la clau de Sallen a continuació.
Filtre de pas baix de Sallen Key
Al Sallen-Key LPF, es pot aconseguir un millor rendiment del filtre seleccionant correctament els components RC. Les característiques principals d'aquest filtre són; amplificació de tensió i control de guany de tensió amb un funcionament estable del filtre. A continuació es mostra el diagrama esquemàtic del filtre de pas baix de Sallen Key per al guany unitari. Aquest circuit té dues seccions de filtre RC efectivament en sèrie; no obstant això, amb la primera etapa, el condensador s'arrenca a través de la sortida.
La funció de transferència general (T.F) per a un LPS de segon ordre és
H(s) = Kω 2 0/S 2 + (ω0/Q)S+ ω 2 0 —–(1)
On:
'K' és el factor de guany,
'ω0' és la freqüència característica dins de radians/s.
'Q' és el factor de qualitat.
S = jω.
La funció de transferència del filtre de pas baix de Sallen-Key de segon ordre es pot escriure de la mateixa forma que l'equació general anterior.
H(s) = (K/ R1R2 C1C2)/ S 2 +[( 1/R1+1/R2) 1/ C1 +(1- K/ R2C2]S + 1/ R1R2C1C2 —–(2)
En igualar les dues equacions anteriors, podem obtenir les equacions de la freqüència de tall i el factor de qualitat.
La freqüència de tall de l'equació del filtre de clau de Sallen és fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.
El factor Q del filtre 'Q' de Sallen Key és √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).
L'equació de guany és similar a un amplificador no inversor.
K = 1+ R3/R4
De la mateixa manera, es pot dissenyar un filtre de pas alt amb clau de sallen substituint condensadors en lloc de resistències .
Com funciona un filtre de clau de Sallen?
La topologia Sallen–Key funciona mitjançant la implementació de filtres actius de segon ordre per millorar el factor Q del filtre amb retroalimentació positiva controlada. Aquesta topologia és molt senzilla en comparació amb altres topologies de filtre actiu. Aquest és un disseny de filtre actiu basat en un únic amplificador operatiu no inversor amb dues resistències.
Avantatges del filtre Sallen-Key
Els avantatges del filtre de clau de Sallen inclouen els següents.
- El disseny del filtre Sallen-Key és molt senzill, inclou un amplificador operatiu i components RC.
- Aquests filtres són capaços d'augmentar la tensió de sortida superior a la tensió d'entrada.
- L'alta impedància d'entrada i baixa de sortida fa que els filtres Sallen-Key siguin molt més fàcils.
- L'amplificador operatiu del filtre Sallen-Key ajuda a conquerir l'efecte del component RC sobre les característiques del filtre.
- El rang de freqüències d'aquests filtres és ampli.
- L'amplificador operacional dins d'aquest filtre es pot organitzar com a amplificador no inversor o com a buffer de guany unitari.
- Aquests filtres tenen diverses etapes i diferents guanys.
- L'estabilitat del filtre Sallen-Key és bona.
- Entendre aquest disseny de filtre és senzill.
- La utilització d'a amplificador no inversor pot augmentar el guany de tensió.
- Tant els filtres de primer com de segon ordre es poden combinar fàcilment en cascada.
- Cada etapa RC pot incloure un guany de tensió diferent.
El desavantatges del filtre de clau de Sallen incloure el següent.
- El filtre Sallen-Key no s'ajusta fàcilment a causa de la interacció dels valors dels components a F0 i Q.
- Es pot obtenir el valor màxim baix 'Q'.
- El filtre de clau de Sallen és molt sensible a les variacions i toleràncies dels components, cosa que significa que els valors reals de resistències i condensadors seran diferents dels valors ideals i poden canviar eventualment a causa de diferents factors com l'envelliment, la humitat i la temperatura. Això pot afectar l'estabilitat i la precisió del filtre.
- És susceptible a la distorsió i al soroll del amplificador operacional . Així, les característiques i la qualitat de l'amplificador operacional poden afectar el rendiment i la sortida del filtre de clau Sallen.
- En el disseny del filtre de clau Sallen, el guany de tensió i el factor d'ampliació estan estretament relacionats a causa de l'ús d'un amplificador operatiu en aquest disseny.
- Gairebé qualsevol valor del factor de qualitat superior a 0,5 es pot realitzar perquè utilitzant una configuració d'amplificador operacional no inversor, el guany de tensió serà sempre més gran que 1, però ha de ser inferior a 3, o en cas contrari es tornarà inestable.
Aplicacions de filtre Sallen-Key
Les aplicacions del filtre de claus de Sallen inclouen les següents.
- Normalment es prefereix un filtre Sallen-Key sempre que es requereix un petit factor Q, es prioritza el rebuig del soroll i el guany no inversor de l'etapa del filtre és necessari.
- Aquest filtre s'utilitza com a bloc bàsic utilitzat per implementar circuits de filtre d'ordre superior com LPF, HPF i BPF circuits.
- Aquest filtre es pot utilitzar per a diferents aplicacions en el processament de senyals d'àudio com el control de to, l'equalització, la síntesi, modulació , i reducció de soroll.
- Aquest filtre s'utilitza per modular/sintetitzar un senyal d'àudio simplement canviant el factor Q o la freqüència de tall dinàmicament mitjançant un senyal addicional com un embolcall, una tensió de control o un oscil·lador.
Així, això és una visió general del filtre Sallen-Key (topologia de clau Sallen) o el filtre Sallen i Key, que és un dels LPF actius de segon ordre molt populars que es poden configurar com a LPS, HPS, BPS i BSF. Aquesta topologia Sallen-Key ajuda a implementar diversos ajustaments de filtre com Butterworth, Chebyshev i Bessel. Aquest filtre és similar al VCVS (font de tensió controlada per voltatge), incloent característiques del filtre com; bona estabilitat, baixa impedància de sortida i alta impedància d'entrada. El filtre de pas baix Sallen-Key s'utilitza per moltes raons, com ara; disseny senzill, filtre en cascada, una àmplia gamma de freqüències, control de guany de tensió, múltiples etapes, disseny de filtre d'alt ordre, estabilitat i guanys diferents. Aquí teniu una pregunta: quina és la funció d'un filtre de pas baix?
