מסננים ממלאים תפקיד מפתח בתחום התקשורת מכיוון שהם מסירים רעש ועוזרים באופטימיזציה של ביצועים. היישומים של מסננים בתוך מערכות טלקומוניקציה יהיו שונים מתדר גבוה עד נמוך מאוד. בחירת הערוצים בתוך שירותי הטלפון היא משימה עיקרית עבור BPFs בתדר גבוה; בעוד שרכישת נתונים תלויה ב-LPF נגד aliasing. לביצוע של ה מסנן מעביר נמוך מעגל ומסנן פעיל במעבר נמוך, חשוב מאוד לדעת את תדירות החיתוך של המעגל ואת ביצועי התדר הגבוה לתכנון של מסנן אקטיבי, מסנן פסיבי במעבר נמוך ומסנן RC במעבר נמוך. מסננים במעבר נמוך המזוהים בפשטות עם רכיבים פעילים ופסיביים ידועים כמסננים פעילים במעבר נמוך. מאמר זה מספק מידע קצר על מסנן ה-Sallen-Key, המעגל והיישומים שלו.
מהו מסנן ה-Salen-Key?
טופולוגיית המסנן האנלוגית האקטיבית הפופולרית ביותר מסדר שני היא מסנן מפתח של Sallen הנקרא גם מקור מתח בקרת מתח. אלה מאוד פופולריים מכיוון שהתצורה שלהם תראה שהיא לא תלויה מאוד בביצועי המגבר. זה בעיקר בגלל ה מגבר תפעולי מחובר כמגבר אשר מקטין את צרכי רוחב הפס של המגבר התפעולי. למסנן Sallen-Key יש פיזור רכיבים נמוך, עכבת כניסה גבוהה ועכבת יציאה נמוכה, מה שמאפשר לחבר מסננים שונים ללא מאגרים מתווכים.
מעגל מסנן מפתח של Sallen
מסנן מפתח Sallen הוא מעגל אלקטרוני, המשמש לסינון תדרים מיותרים מאות שמע. מעגל זה מתוכנן בפשטות עם שני נגדים, מגבר הפעלה ושני קבלים היוצרים לולאת משוב. בהתבסס על ערכי הרכיבים, מעגל זה יכול לשמש כמסנן מעביר נמוך וא לעבור סינון גבוה . כאן נדון מעגל מסנן במעבר נמוך של מפתח Sallen להלן.
מסנן נמוך מעבר של Sallen Key
ב-Sallen-Key LPF, ניתן להשיג ביצועי פילטר טובים יותר על ידי בחירה נכונה של רכיבי ה-RC. המאפיינים העיקריים של מסנן זה הם; הגברת מתח ובקרת עלייה במתח עם פעולת מסנן יציבה. התרשים הסכמטי של מסנן המעבר הנמוך של Sallen Key עבור רווח האחדות מוצג להלן. למעגל זה יש שני חלקי מסנן RC ביעילות בסדרה; עם זאת, עם שלב ראשון הקבל הוא אתחול דרך הפלט.
פונקציית ההעברה הכללית (T.F) עבור LPS מסדר שני היא
H(s) = Kω 2 0/S 2 + (ω0/Q)S+ ω 2 0 —–(1)
איפה:
'K' הוא גורם הרווח,
'ω0' הוא התדר האופייני בתוך רדיאנים/שניות.
'ש' הוא גורם האיכות.
S = jω.
ניתן לכתוב את פונקציית העברת המסנן הנמוך של Sallen-Key מסדר שני באותה צורה כמו המשוואה הכללית לעיל.
H(s) = (K/ R1R2 C1C2)/ S 2 +[( 1/R1+1/R2) 1/ C1 +(1- K/ R2C2]S + 1/ R1R2C1C2 —–(2)
על ידי השוואת שתי המשוואות לעיל, נוכל לקבל את משוואות תדירות החיתוך וגורמי האיכות.
תדירות החיתוך של משוואת מסנן מפתח Sallen היא fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.
גורם ה-Q של מסנן מפתח Salen 'Q' הוא √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).
משוואת הרווח דומה למגבר שאינו מתהפך.
K = 1+ R3/R4
באופן דומה, ניתן לעצב מסנן מעביר גבוה של מפתח סלן על ידי החלפה קבלים במקום של נגדים .
כיצד פועל מסנן מפתח של Sallen?
הטופולוגיה של Sallen-Key פועלת על ידי הטמעת מסננים פעילים מסדר שני לשיפור גורם ה-Q של המסנן עם משוב חיובי מבוקר. טופולוגיה זו פשוטה מאוד בהשוואה לטופולוגיות סינון פעילות אחרות. זהו עיצוב פילטר פעיל המבוסס על מגבר הפעלה יחיד שאינו מתהפך עם שני נגדים.
יתרונות מסנן Sallen-Key
היתרונות של מסנן מפתח Sallen כוללים את הדברים הבאים.
- עיצוב המסנן של Sallen-Key הוא פשוט מאוד כולל מגבר הפעלה בודד ורכיבי RC.
- מסננים אלו מסוגלים להגביר את מתח המוצא הגבוה ממתח הכניסה.
- עכבת הקלט הגבוהה ועכבת הפלט הנמוכה הופכים את מסנני ה-Salen-Key לקל בהרבה.
- מגבר ההפעלה במסנן Sallen-Key מסייע בכיבוש ההשפעה של רכיב ה-RC על מאפייני המסנן.
- טווח התדרים של מסננים אלה הוא רחב.
- ניתן לארגן את מגבר ההפעלה בתוך מסנן זה כמגבר שאינו מתהפך או כמאגר רווח אחד.
- למסננים אלה יש שלבים שונים ורווחים שונים.
- יציבות מסנן Sallen-Key טובה.
- הבנת עיצוב המסנן הזה היא פשוטה.
- ניצול א מגבר לא מתהפך יכול להגביר את רווח המתח.
- ניתן לשלב בקלות את המסננים המבוססים על הסדר הראשון והשני.
- כל שלב RC יכול לכלול רווח מתח שונה.
ה החסרונות של מסנן מפתח Sallen כלול את הבאים.
- מסנן Sallen-Key אינו מכוון בקלות בגלל האינטראקציה של ערכי הרכיבים ב-F0 ו-Q.
- ניתן להשיג את ערך ה-Q המרבי הנמוך.
- מסנן מפתח Sallen רגיש מאוד לווריאציות וסובלנות של רכיבים, מה שאומר שערכי הנגדים והקבלים בפועל יהיו שונים מהערכים האידיאליים והם יכולים להשתנות בסופו של דבר בגלל גורמים שונים כמו הזדקנות, לחות וטמפרטורה. זה יכול להשפיע על היציבות והדיוק של המסנן.
- הוא רגיש לעיוותים ולרעשים מה- מגבר תפעולי . אז המאפיינים והאיכות של המגבר התפעולי יכולים להשפיע על הביצועים כמו גם על הפלט של מסנן מפתח Sallen.
- בתכנון של מסנן ה-Sallen-key, גורם ההגברה וההגדלה של המתח קשורים קשר הדוק בגלל השימוש במגבר הפעלה בעיצוב זה.
- ניתן לממש כמעט כל ערך של גורם איכות הגדול מ-0.5 מכיוון ששימוש בתצורה של מגבר הפעלה שאינו מתהפך, רווח המתח יהיה תמיד גדול מ-1 אך חייב להיות מתחת ל-3, אחרת הוא יהפוך ללא יציב.
יישומי מסנן Sallen-Key
היישומים של מסנן מפתח Sallen כוללים את הדברים הבאים.
- מסנן Sallen-Key עדיף בדרך כלל בכל פעם שנדרש גורם Q קטן, דחיית רעש זוכה לעדיפות, וההגבר הלא-היפוך של שלב הסינון הכרחי.
- מסנן זה משמש כאבן הבניין הבסיסית המשמשת ליישום מעגלי סינון מסדר גבוה כמו LPF, HPF ו BPF מעגלים.
- ניתן להשתמש בפילטר זה עבור יישומים שונים בתוך עיבוד אותות אודיו כמו בקרת צלילים, אקומולציה, סינתזה, וויסות , והפחתת רעש.
- מסנן זה משמש עבור אפנון/סינתזה של אות אודיו על ידי שינוי פשוט של גורם Q או תדר חיתוך באופן דינמי באמצעות אות נוסף כמו מעטפת, מתח בקרה או מתנד.
לפיכך, זהו סקירה כללית של מסנן ה-Sallen-Key (טופולוגיית מפתח סאלן) או מסנן Sallen and Key שהוא אחד מה-LPF הפעילים מסדר שני, שניתן להגדיר כ-LPS, HPS, BPS ו-BSF. טופולוגיה זו של Sallen-Key מסייעת ביישום כוונון פילטרים שונים כמו Butterworth, Chebyshev & Bessel. מסנן זה דומה ל-VCVS (מקור מתח מבוקר מתח) כולל מאפייני פילטר כמו; יציבות טובה, עכבת פלט נמוכה ועכבת כניסה גבוהה. מסנן המעבר הנמוך של Sallen-Key משמש מסיבות רבות כמו; עיצוב פשוט, מדורג של פילטרים, מגוון רחב של תדרים, בקרת רווחי מתח, שלבים מרובים, עיצוב מסנן מסדר גבוה, יציבות ורווחים שונים. הנה שאלה בשבילך, מה תפקידו של פילטר מעביר נמוך?
