Los filtros desempeñan un papel clave en el campo de la comunicación porque eliminan el ruido y ayudan a optimizar el rendimiento. Las aplicaciones de los filtros dentro de los sistemas de telecomunicaciones variarán desde frecuencias altas hasta muy bajas. La selección de canales dentro de los servicios telefónicos es una tarea principal para los BPF de alta frecuencia; mientras que la adquisición de datos depende de LPF anti-aliasing. Para el desempeño de la filtro de paso bajo circuito y filtro de paso bajo activo, es muy importante conocer la frecuencia de corte del circuito y el rendimiento de alta frecuencia para diseñar el filtro activo, el filtro de paso bajo pasivo y el filtro de paso bajo RC. Los filtros de paso bajo que se identifican simplemente con componentes activos y pasivos se conocen como filtros de paso bajo activos. Este artículo proporciona información breve sobre el filtro Sallen-Key, el circuito y sus aplicaciones.
¿Qué es el filtro Sallen-Key?
La topología de filtro analógico activo de segundo orden más popular es un filtro de clave Sallen, que también se denomina fuente de voltaje de control de voltaje. Son muy populares porque su configuración mostrará que no depende mucho del rendimiento del amplificador operacional. Esto se debe principalmente a que el amplificador operacional está conectado como un amplificador que reduce las necesidades de ancho de banda de ganancia del amplificador operacional. El filtro Sallen-Key tiene una baja dispersión de componentes, una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, lo que permite conectar varios filtros sin buffers intermedios.
Circuito de filtro de llave Sallen
Un filtro clave Sallen es un circuito electrónico que se utiliza para filtrar frecuencias innecesarias de una señal de audio. Este circuito está diseñado simplemente con dos resistencias, un amplificador operacional y dos condensadores que forman un circuito de retroalimentación. Según los valores de los componentes, este circuito puede actuar como un filtro de paso bajo y un filtro de paso alto . A continuación se analiza el circuito del filtro de paso bajo clave de Sallen.
Filtro de paso bajo clave Sallen
En Sallen-Key LPF, se puede lograr un mejor rendimiento del filtro seleccionando adecuadamente los componentes RC. Las principales características de este filtro son; amplificación de voltaje y control de ganancia de voltaje con operación de filtro estable. A continuación se muestra el diagrama esquemático del filtro de paso bajo Sallen Key para la ganancia unitaria. Este circuito tiene dos secciones de filtro RC efectivamente en serie; sin embargo, con la primera etapa el capacitor se arranca a través de la salida.
La función de transferencia general (T.F) para un LPS de segundo orden es
H(s) = Kω 2 0/S 2 + (ω0/Q)S+ ω 2 0 —–(1)
Dónde:
'K' es el factor de ganancia,
'ω0' es la frecuencia característica en radianes/s.
'Q' es el factor de calidad.
S = jω.
La función de transferencia del filtro de paso bajo Sallen-Key de segundo orden se puede escribir de la misma forma que la ecuación general anterior.
H(s) = (K/ R1R2 C1C2)/ S 2 +[( 1/R1+1/R2) 1/ C1 +(1- K/ R2C2]S + 1/ R1R2C1C2 —–(2)
Al equiparar las dos ecuaciones anteriores, podemos obtener las ecuaciones del factor de calidad y la frecuencia de corte.
La frecuencia de corte de la ecuación del filtro clave de Sallen es fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.
El factor Q del filtro clave de Sallen 'Q' es √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).
La ecuación de ganancia es similar a la de un amplificador no inversor.
K = 1+ R3/R4
De manera similar, se puede diseñar un filtro de paso alto de clave sallen reemplazando condensadores en lugar de resistencias .
¿Cómo funciona un filtro de llave Sallen?
La topología de Sallen-Key funciona implementando filtros activos de segundo orden para mejorar el factor Q del filtro con retroalimentación positiva controlada. Esta topología es muy simple en comparación con otras topologías de filtros activos. Este es un diseño de filtro activo basado en un único amplificador operacional no inversor con dos resistencias.
Ventajas del filtro Sallen-Key
Las ventajas del filtro clave Sallen incluyen las siguientes.
- El diseño del filtro Sallen-Key es muy simple e incluye componentes RC y amplificador operacional único.
- Estos filtros son capaces de aumentar el voltaje de salida por encima del voltaje de entrada.
- La alta impedancia de entrada y baja salida hace que la conexión en cascada de los filtros Sallen-Key sea mucho más fácil.
- El amplificador operacional en el filtro Sallen-Key ayuda a conquistar el efecto del componente RC sobre las características del filtro.
- El rango de frecuencia de estos filtros es amplio.
- El amplificador operacional dentro de este filtro se puede organizar como un amplificador no inversor o como un búfer de ganancia unitaria.
- Estos filtros tienen varias etapas y diferentes ganancias.
- La estabilidad del filtro Sallen-Key es buena.
- Comprender este diseño de filtro es simple.
- La utilización de un amplificador no inversor puede aumentar la ganancia de voltaje.
- Tanto los filtros de primer como los de segundo orden se pueden conectar en cascada fácilmente.
- Cada etapa RC puede incluir una ganancia de voltaje diferente.
El desventajas del filtro clave Sallen Incluya lo siguiente.
- El filtro Sallen-Key no se ajusta fácilmente debido a la interacción de los valores de los componentes en F0 y Q.
- Se puede obtener el valor máximo bajo 'Q'.
- El filtro clave Sallen es muy sensible a las variaciones y tolerancias de los componentes, lo que significa que los valores reales de resistencias y condensadores serán diferentes de los valores ideales y pueden cambiar eventualmente debido a diferentes factores como el envejecimiento, la humedad y la temperatura. Esto puede afectar la estabilidad y precisión del filtro.
- Es susceptible a la distorsión y al ruido del amplificador operacional . Por lo tanto, las características y la calidad del amplificador operacional pueden afectar el rendimiento y la salida del filtro clave Sallen.
- En el diseño del filtro Sallen-key, la ganancia de voltaje y el factor de aumento están estrechamente relacionados debido al uso de un amplificador operacional en este diseño.
- Se puede lograr casi cualquier valor de factor de calidad superior a 0,5 porque, al utilizar una configuración de amplificador operacional no inversor, la ganancia de voltaje siempre será mayor que 1, pero debe estar por debajo de 3, o de lo contrario se volverá inestable.
Aplicaciones de filtro Sallen-Key
Las aplicaciones del filtro clave Sallen incluyen las siguientes.
- Generalmente se prefiere un filtro Sallen-Key siempre que se requiere un factor Q pequeño, se prioriza el rechazo de ruido y es necesaria la ganancia no inversora de la etapa del filtro.
- Este filtro se utiliza como bloque de construcción básico para implementar circuitos de filtro de orden superior como LPF, HPF y BPF circuitos.
- Este filtro se puede utilizar para diferentes aplicaciones dentro del procesamiento de señales de audio, como control de tono, ecualización, síntesis, modulación y reducción de ruido.
- Este filtro se utiliza para modular/sintetizar una señal de audio simplemente cambiando dinámicamente el factor Q o la frecuencia de corte a través de una señal adicional como una envolvente, un voltaje de control o un oscilador.
Así, esto es una descripción general del filtro Sallen-Key (topología de clave Sallen) o el filtro Sallen and Key, que es uno de los LPF activos de segundo orden muy populares que se puede configurar como LPS, HPS, BPS y BSF. Esta topología de Sallen-Key ayuda a implementar varios ajustes de filtros como Butterworth, Chebyshev y Bessel. Este filtro es similar a VCVS (fuente de voltaje controlada por voltaje), e incluye características de filtro como; buena estabilidad, baja impedancia de salida y alta impedancia de entrada. El filtro de paso bajo Sallen-Key se utiliza por muchas razones, como; diseño simple, filtro en cascada, una amplia gama de frecuencias, control de ganancia de voltaje, múltiples etapas, diseño de filtro de alto orden, estabilidad y diferentes ganancias. Aquí tienes una pregunta: ¿cuál es la función de un filtro de paso bajo?
