Penapis Sallen-Key : Litar, Berfungsi, Kelebihan, Kelemahan & Aplikasinya

Penapis memainkan peranan penting dalam bidang komunikasi kerana ia menghilangkan bunyi & membantu dalam mengoptimumkan prestasi. Aplikasi penapis dalam sistem telekomunikasi akan berbeza dari frekuensi tinggi hingga sangat rendah. Pemilihan saluran dalam perkhidmatan telefon adalah tugas utama untuk BPF frekuensi tinggi; manakala pemerolehan data bergantung pada LPF anti-aliasing. Untuk prestasi penapis laluan rendah litar & penapis laluan rendah aktif, adalah sangat penting untuk mengetahui kekerapan potong litar dan prestasi frekuensi tinggi untuk mereka bentuk penapis aktif, penapis laluan rendah pasif, dan penapis laluan rendah RC. Penapis laluan rendah yang dikenal pasti hanya dengan komponen aktif dan pasif dikenali sebagai penapis laluan rendah aktif. Artikel ini menyediakan maklumat ringkas tentang Penapis Sallen-Key, litar dan aplikasinya.

Apakah Penapis Sallen-Key?

Topologi penapis analog tertib kedua aktif yang paling popular ialah Penapis Kunci Sallen yang juga dipanggil sumber voltan kawalan voltan. Ini sangat popular kerana konfigurasi mereka akan menunjukkan bahawa ia tidak banyak bergantung pada prestasi op-amp. Ini terutamanya kerana penguat operasi disambungkan sebagai penguat yang mengurangkan keperluan lebar jalur keuntungan bagi penguat kendalian. Penapis Sallen-Key mempunyai sebaran komponen rendah, galangan input tinggi & galangan keluaran rendah, yang membolehkan pelbagai penapis disambungkan tanpa penimbal perantara.

Litar Penapis Kunci Sallen

Penapis kunci Sallen ialah litar elektronik, digunakan untuk menapis frekuensi yang tidak diperlukan daripada isyarat audio. Litar ini direka bentuk secara ringkas dengan dua perintang, op-amp & dua kapasitor yang membentuk gelung maklum balas. Berdasarkan nilai komponen, litar ini boleh bertindak sebagai penapis laluan rendah dan a penapis laluan tinggi . Di sini litar penapis laluan rendah kunci Sallen dibincangkan di bawah.

Penapis Pas Rendah Sallen Key

Dalam LPF Sallen-Key, prestasi penapis yang lebih baik boleh dicapai dengan memilih komponen RC dengan betul. Ciri-ciri utama penapis ini ialah; penguatan voltan & kawalan perolehan voltan dengan operasi penapis yang stabil. Gambar rajah skema penapis laluan rendah Sallen Key untuk keuntungan perpaduan ditunjukkan di bawah. Litar ini mempunyai dua bahagian penapis RC secara berkesan secara bersiri; bagaimanapun, dengan kapasitor peringkat pertama diikat melalui keluaran.

Fungsi pemindahan umum (T.F) untuk LPS tertib kedua ialah

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

di mana:

'K' ialah faktor keuntungan,

'ω0' ialah frekuensi ciri dalam radian/s.

'Q' ialah faktor kualiti.

S = jω.

Fungsi pemindahan penapis laluan rendah Sallen-Key tertib ke-2 boleh ditulis dalam bentuk yang sama seperti persamaan umum di atas.

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

Dengan menyamakan dua persamaan di atas, kita boleh mendapatkan persamaan frekuensi cut-off & faktor kualiti.

Kekerapan cutoff bagi persamaan penapis kunci Sallen ialah fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Faktor Q bagi Sallen Key Filter ‘Q’ ialah √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Persamaan keuntungan adalah serupa dengan penguat bukan penyongsangan.

K = 1+ R3/R4

Begitu juga, penapis laluan tinggi kunci sallen boleh direka bentuk dengan menggantikan kapasitor di tempat perintang .

Bagaimanakah Penapis Kunci Sallen Berfungsi?

Topologi Sallen–Key berfungsi dengan melaksanakan penapis aktif tertib kedua untuk meningkatkan faktor Q penapis dengan maklum balas positif terkawal. Topologi ini sangat mudah berbanding topologi penapis aktif yang lain. Ini ialah reka bentuk penapis aktif berdasarkan satu op-amp bukan terbalik dengan dua perintang.

Kelebihan Penapis Sallen-Key

Kelebihan Penapis Kunci Sallen termasuk yang berikut.

• Reka bentuk penapis Sallen-Key sangat mudah termasuk komponen op-amp & RC tunggal.
• Penapis ini mampu meningkatkan voltan keluaran lebih tinggi daripada voltan masukan.
• Impedans input tinggi & keluaran rendah menjadikan penapis Sallen-Key melata dengan lebih mudah.
• Op-amp dalam penapis Sallen-Key membantu dalam menakluki kesan komponen RC pada ciri penapis.
• Julat frekuensi penapis ini adalah luas.
• Op-amp dalam penapis ini boleh disusun sama ada sebagai penguat bukan penyongsangan atau penimbal keuntungan perpaduan.
• Penapis ini mempunyai pelbagai peringkat & keuntungan yang berbeza.
• Kestabilan penapis Sallen-Key adalah baik.
• Memahami reka bentuk penapis ini adalah mudah.
• Penggunaan a penguat bukan terbalik boleh meningkatkan keuntungan voltan.
• Kedua-dua penapis berasaskan pesanan pertama & kedua boleh disatukan dengan mudah.
• Setiap peringkat RC boleh memasukkan keuntungan voltan yang berbeza.

The keburukan Penapis Kunci Sallen termasuk yang berikut.

• Penapis Sallen-Key tidak mudah ditala kerana interaksi nilai komponen pada F0 & Q.
• Nilai 'Q' maksimum yang rendah boleh diperolehi.
• Penapis kunci Sallen sangat sensitif kepada variasi & toleransi komponen yang bermaksud nilai perintang & kapasitor sebenar akan berbeza daripada nilai ideal & akhirnya boleh berubah kerana faktor berbeza seperti penuaan, kelembapan & suhu. Ini boleh menjejaskan kestabilan & ketepatan penapis.
• Ia terdedah kepada herotan & bunyi bising daripada penguat operasi . Jadi ciri & kualiti penguat operasi boleh mempengaruhi prestasi serta output penapis kunci Sallen.
• Dalam reka bentuk penapis kunci Sallen, faktor perolehan voltan & pembesaran berkait rapat kerana penggunaan op-amp dalam reka bentuk ini.
• Hampir mana-mana nilai faktor Kualiti yang lebih besar daripada 0.5 boleh direalisasikan kerana menggunakan konfigurasi op-amp bukan terbalik, keuntungan voltan akan sentiasa lebih besar daripada 1 tetapi mesti di bawah 3, jika tidak ia akan menjadi tidak stabil.

Aplikasi Penapis Sallen-Key

Aplikasi Penapis Kunci Sallen termasuk yang berikut.

• Penapis Sallen-Key lebih disukai biasanya apabila faktor Q yang kecil diperlukan, penolakan hingar diutamakan, & keuntungan bukan penyongsangan peringkat penapis diperlukan.
• Penapis ini digunakan sebagai blok binaan asas yang digunakan untuk melaksanakan litar penapis tertib tinggi seperti LPF, HPF dan BPF litar.
• Penapis ini boleh digunakan untuk aplikasi yang berbeza dalam pemprosesan isyarat audio seperti kawalan nada, penyamaan, sintesis, modulasi , dan pengurangan hingar.
• Penapis ini digunakan untuk memodulasi/mensintesis isyarat audio dengan hanya menukar faktor Q atau kekerapan potong secara dinamik melalui isyarat tambahan seperti sampul surat, voltan kawalan atau pengayun.

Oleh itu, ini adalah gambaran keseluruhan Penapis Sallen-Key (topologi kunci Sallen) atau penapis Sallen dan Key yang merupakan salah satu LPF tertib kedua aktif yang sangat popular yang boleh dikonfigurasikan sebagai LPS, HPS, BPS dan BSF. Topologi Sallen-Key ini membantu dalam melaksanakan pelbagai penalaan penapis seperti Butterworth, Chebyshev & Bessel. Penapis ini serupa dengan VCVS (sumber voltan terkawal voltan) termasuk ciri penapis seperti; kestabilan yang baik, galangan keluaran rendah & galangan input tinggi. Penapis laluan rendah Sallen-Key digunakan untuk banyak sebab seperti; reka bentuk ringkas, melata penapis, pelbagai frekuensi, kawalan perolehan voltan, berbilang peringkat, reka bentuk penapis tertib tinggi, kestabilan & keuntungan berbeza. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah fungsi penapis laluan rendah?