Русская Википедия:Фильтр Саллена — Ки

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Фильтр Са́ллена — Ки — один из типов активных электронных фильтров 2-го порядка.

Реализуется в виде электронной схемы с двумя резисторами, двумя конденсаторами и активным элементом (например, с операционным усилителем), в совокупности образующих фильтр с передаточной функцией второго порядка. Фильтры более высокого порядка могут быть реализованы включением нескольких фильтров последовательно, причём для реализации фильтра с нечётным порядком в цепочку фильтров включают по крайней мере один фильтр 1-го порядка.

Описываемая схема также известна как VCVS-фильтр (Шаблон:Lang-en) источник напряжения, управляемый напряжением — ИНУН. Иногда её называют «фильтром с многопетлевой обратной связью».

Назван в честь исследователей из Массачусетского технологического института Роя Саллена (Шаблон:Lang-en) и Эдвина Ки (Шаблон:Lang-en), предложивших структуру такого фильтра в 1955 году.

Для упрощения формул фильтры, описанные в этой статье, кроме полосового фильтра, имеют коэффициент усиления в полосе пропускания равный единице (0 дБ). Реальные фильтры Саллена — Ки могут иметь произвольный коэффициент усиления, задаваемый резистивным делителем напряжения в отрицательной обратной связи усилительного компонента, например, операционного усилителя (ОУ), как показано в схеме полосового фильтра.

Фильтр нижних частот

Файл:Sallen-Key rus.PNG
Вариант фильтра нижних частот с единичным усилением в полосе пропускания.

Операционный усилитель в данной схеме включён по схеме повторителя напряжения.

В общем случае частота среза <math> F_c </math> и добротность фильтра <math> Q </math> задаются следующими выражениями:

<math> F_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{R_1R_2C_1C_2}} </math>
<math> Q = \frac{\sqrt{R_1R_2C_1C_2}}{C_2(R_1+R_2)} </math>

К примеру, представленная на рисунке схема с указанными номиналами компонентов имеет частоту среза 15,9 кГц и добротность 0,5.

Передаточная функция фильтра:

<math>H(s)=\frac{1}{1+C_2(R_1+R_2)s+C_1C_2R_1R_2s^2},</math>
где <math> s </math> — оператор Лапласа.

При формальной замене <math>s = j\omega</math> получаем комплексную передаточную характеристику в виде:

<math>H(\omega)=\frac{1}{1 + jC_2(R_1 + R_2)\omega - C_1C_2R_1R_2\omega^2}.</math>

Фильтр верхних частот

Файл:Sallen-Key hp rus.PNG
Вариант фильтра верхних частот с частотой среза в 72 Гц и добротностью 0,5.

Соответствующие выражение для частоты среза:

<math> F_c = \frac{1}{2\pi\sqrt{R_1R_2C_1C_2}} </math>

и добротности:

<math> Q = \frac{R_2C_x}{\sqrt{R_1R_2C_1C_2}} </math>,

где

<math> C_x = C_1\|C_2 = \frac{C_1C_2}{C_1+C_2} </math>.

Полосовой фильтр

Файл:Sallen-Key bp rus.PNG
Вариант полосового фильтра.

Резонансная частота:

<math> F_c=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{R_f+R_1}{C_1C_2R_1R_2R_f}} </math>

Делитель напряжений в обратной связи задаёт коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте. ОУ включён по схеме неинвертирующего усилителя и его собственный коэффициент усиления <math>G</math> выражается:

<math> G=1+\frac{R_b}{R_a}</math>,

и усиление этого полосового фильтра на резонансной частоте:

<math> A=\frac{G}{3-G}</math>.

Важно заметить, что коэффициент <math>G</math> не должен превышать 3, в противном случае фильтр потеряет устойчивость и будет генерировать колебания.

Ограничения

Фильтры со структурой Саллена — Ки порядка более двух неприменимы из-за потери устойчивости[1]. Обойти данное ограничение позволяет последовательное соединение нескольких активных фильтров второго порядка.

Примечания

Шаблон:Примечания

Ссылки

  1. Марше. Ж. Операционные усилители и их применение Пер. с франц., Л. «Энергия», 1974 с. 181.