Bộ lọc đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực liên lạc vì chúng loại bỏ tiếng ồn và giúp tối ưu hóa hiệu suất. Ứng dụng của bộ lọc trong hệ thống viễn thông sẽ khác nhau từ tần số cao đến rất thấp. Việc lựa chọn các kênh trong dịch vụ điện thoại là nhiệm vụ chính của BPF tần số cao; trong khi việc thu thập dữ liệu phụ thuộc vào LPF khử răng cưa. Đối với hiệu suất của bộ lọc thông thấp mạch & bộ lọc thông thấp chủ động, điều rất quan trọng là phải biết tần số cắt của mạch và hiệu suất tần số cao để thiết kế bộ lọc chủ động, bộ lọc thông thấp thụ động và bộ lọc thông thấp RC. Các bộ lọc thông thấp được xác định đơn giản bằng các thành phần chủ động và thụ động được gọi là các bộ lọc thông thấp chủ động. Bài viết này cung cấp thông tin ngắn gọn về Bộ lọc Sallen-Key, mạch và các ứng dụng của nó.

Bộ lọc Sallen-Key là gì?

Cấu trúc liên kết bộ lọc tương tự bậc hai hoạt động phổ biến nhất là Bộ lọc khóa Sallen, còn được gọi là nguồn điện áp điều khiển điện áp. Chúng rất phổ biến vì cấu hình của chúng sẽ cho thấy nó không phụ thuộc nhiều vào hiệu suất của op-amp. Điều này chủ yếu là do hoạt động khuếch đại được kết nối như một bộ khuếch đại giúp giảm nhu cầu về băng thông khuếch đại của bộ khuếch đại hoạt động. Bộ lọc Sallen-Key có độ trải thành phần thấp, trở kháng đầu vào cao và trở kháng đầu ra thấp, cho phép kết nối nhiều bộ lọc khác nhau mà không cần bộ đệm trung gian.

Mạch lọc khóa Sallen

Bộ lọc phím Sallen là một mạch điện tử, được sử dụng để lọc các tần số không cần thiết khỏi tín hiệu âm thanh. Mạch này được thiết kế đơn giản với hai điện trở, một op-amp và hai tụ điện tạo thành một vòng phản hồi. Dựa trên các giá trị của các thành phần, mạch này có thể hoạt động như một bộ lọc thông thấp và một bộ lọc thông cao . Ở đây mạch lọc thông thấp khóa Sallen được thảo luận dưới đây.

Bộ lọc thông thấp Sallen Key

Trong Sallen-Key LPF, có thể đạt được hiệu suất lọc tốt hơn bằng cách chọn đúng các thành phần RC. Các tính năng chính của bộ lọc này là; khuếch đại điện áp và điều khiển tăng điện áp với hoạt động lọc ổn định. Sơ đồ bộ lọc thông thấp Sallen Key để đạt được sự thống nhất được hiển thị bên dưới. Mạch này có hai phần lọc RC nối tiếp hiệu quả; tuy nhiên, với tụ điện giai đoạn đầu tiên được khởi động thông qua đầu ra.

Mạch lọc thông thấp Sallen Key

Hàm truyền tổng quát (T.F) cho LPS bậc hai là

H(s) = Kω² 0/giây² + (ω0/Q)S+ ω² 0 —–(1)

Ở đâu:

‘K’ là hệ số khuếch đại,

‘ω0’ là tần số đặc trưng tính bằng radian/s.

'Q' là yếu tố chất lượng.

“thiết kế mạch mẫu và giữ ”

S = jω.

Hàm truyền bộ lọc thông thấp Sallen-Key bậc 2 có thể được viết dưới dạng giống như phương trình tổng quát ở trên.

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

“dự án kỹ thuật phần mềm cho khoa học máy tính ”

Bằng cách đánh đồng hai phương trình trên, chúng ta có thể thu được phương trình tần số giới hạn và hệ số chất lượng.

Tần số cắt của phương trình bộ lọc khóa Sallen là fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

Hệ số Q của Bộ lọc khóa Sallen 'Q' là √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

Phương trình khuếch đại tương tự như bộ khuếch đại không đảo.

K = 1+ R3/R4

Tương tự, bộ lọc thông cao khóa sallen có thể được thiết kế bằng cách thay thế tụ điện thay cho điện trở .

Bộ lọc khóa Sallen hoạt động như thế nào?

Cấu trúc liên kết Sallen–Key hoạt động bằng cách triển khai các bộ lọc hoạt động bậc hai để nâng cao hệ số Q của bộ lọc với phản hồi tích cực được kiểm soát. Cấu trúc liên kết này rất đơn giản so với các cấu trúc liên kết bộ lọc hoạt động khác. Đây là thiết kế bộ lọc hoạt động dựa trên một op-amp không đảo duy nhất có hai điện trở.

Ưu điểm của bộ lọc Sallen-Key

Những ưu điểm của Bộ lọc khóa Sallen bao gồm những điều sau.

Thiết kế bộ lọc Sallen-Key rất đơn giản bao gồm các thành phần op-amp & RC đơn.
Các bộ lọc này có khả năng tăng điện áp đầu ra cao hơn điện áp đầu vào.
Trở kháng đầu vào cao và đầu ra thấp giúp cho việc xếp tầng các bộ lọc Sallen-Key dễ dàng hơn nhiều.
Op-amp trong bộ lọc Sallen-Key hỗ trợ khắc phục ảnh hưởng của thành phần RC đối với các đặc tính của bộ lọc.
Dải tần số của bộ lọc này rất rộng.
Op-amp trong bộ lọc này có thể được bố trí dưới dạng bộ khuếch đại không đảo hoặc bộ đệm đạt được sự thống nhất.
Các bộ lọc này có nhiều giai đoạn khác nhau và mức tăng khác nhau.
Độ ổn định của bộ lọc Sallen-Key là tốt.
Hiểu thiết kế bộ lọc này rất đơn giản.
Việc sử dụng một bộ khuếch đại không đảo có thể tăng mức tăng điện áp.
Cả bộ lọc dựa trên thứ tự thứ nhất và thứ hai đều có thể được xếp tầng dễ dàng cùng nhau.
Mỗi giai đoạn RC có thể bao gồm mức tăng điện áp khác nhau.

Các nhược điểm của Bộ lọc khóa Sallen bao gồm những điều sau đây.

Bộ lọc Sallen-Key không dễ điều chỉnh do sự tương tác của các giá trị thành phần trên F0 & Q.
Có thể đạt được giá trị ‘Q’ tối đa thấp.
Bộ lọc khóa Sallen rất nhạy cảm với các biến thể và dung sai của thành phần, điều đó có nghĩa là giá trị điện trở và tụ điện thực tế sẽ khác với giá trị lý tưởng và cuối cùng chúng có thể thay đổi do các yếu tố khác nhau như lão hóa, độ ẩm và nhiệt độ. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ ổn định và độ chính xác của bộ lọc.
Nó dễ bị biến dạng và nhiễu từ hoạt động khuếch đại . Vì vậy đặc tính & chất lượng của bộ khuếch đại hoạt động có thể ảnh hưởng đến hiệu suất cũng như đầu ra của bộ lọc khóa Sallen.
Trong thiết kế bộ lọc Sallen-key, hệ số tăng điện áp và độ phóng đại có liên quan chặt chẽ với nhau do sử dụng op-amp trong thiết kế này.
Hầu hết mọi giá trị Hệ số chất lượng lớn hơn 0,5 đều có thể nhận ra được do sử dụng cấu hình op-amp không đảo, mức tăng điện áp sẽ luôn lớn hơn 1 nhưng phải dưới 3, nếu không nó sẽ chuyển sang không ổn định.

Ứng dụng bộ lọc Sallen-Key

Các ứng dụng của Bộ lọc khóa Sallen bao gồm:

Bộ lọc Sallen-Key thường được ưu tiên bất cứ khi nào cần hệ số Q nhỏ, ưu tiên loại bỏ nhiễu và cần có mức tăng không đảo ngược của giai đoạn bộ lọc.
Bộ lọc này được sử dụng làm khối xây dựng cơ bản được sử dụng để thực hiện các mạch lọc bậc cao hơn như LPF, HPF và BPF Chu trình.
Bộ lọc này có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau trong quá trình xử lý tín hiệu âm thanh như điều khiển âm thanh, cân bằng, tổng hợp, điều chế , và giảm tiếng ồn.
Bộ lọc này được sử dụng để điều chế/tổng hợp tín hiệu âm thanh bằng cách thay đổi hệ số Q hoặc tần số cắt một cách linh hoạt thông qua tín hiệu bổ sung như đường bao, điện áp điều khiển hoặc bộ dao động.

Như vậy, đây là tổng quan về Bộ lọc khóa Sallen (Cấu trúc liên kết khóa Sallen) hoặc Bộ lọc Sallen và Key, một trong những LPF hoạt động bậc hai rất phổ biến có thể được định cấu hình làm LPS, HPS, BPS và BSF. Cấu trúc liên kết Sallen-Key này giúp triển khai các điều chỉnh bộ lọc khác nhau như Butterworth, Chebyshev & Bessel. Bộ lọc này tương tự như VCVS (nguồn điện áp điều khiển bằng điện áp) bao gồm các đặc tính của bộ lọc như; ổn định tốt, trở kháng đầu ra thấp và trở kháng đầu vào cao. Bộ lọc thông thấp Sallen-Key được sử dụng vì nhiều lý do như; thiết kế đơn giản, xếp tầng bộ lọc, dải tần số rộng, điều khiển khuếch đại điện áp, nhiều giai đoạn, thiết kế bộ lọc bậc cao, độ ổn định và mức tăng khác nhau. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, chức năng của bộ lọc thông thấp là gì?