Русская Википедия:Фильтр Саллена — Ки
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
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
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
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
Ссылки
- ↑ Марше. Ж. Операционные усилители и их применение Пер. с франц., Л. «Энергия», 1974 с. 181.