Os filtros desempenham um papel fundamental no campo da comunicação porque removem ruídos e ajudam a otimizar o desempenho. As aplicações de filtros em sistemas de telecomunicações variam de frequência alta a muito baixa. A seleção de canais dentro dos serviços telefônicos é uma tarefa principal dos BPFs de alta frequência; enquanto a aquisição de dados depende de LPFs de anti-aliasing. Para o desempenho do filtro passa-baixa circuito e filtro passa-baixa ativo, é muito importante conhecer a frequência de corte do circuito e o desempenho de alta frequência para projetar o filtro ativo, o filtro passa-baixa passivo e o filtro passa-baixa RC. Os filtros passa-baixa identificados simplesmente com componentes ativos e passivos são conhecidos como filtros passa-baixa ativos. Este artigo fornece breves informações sobre o filtro Sallen-Key, circuito e suas aplicações.

O que é o filtro Sallen-Key?

A topologia de filtro analógico ativo de segunda ordem mais popular é o Sallen Key Filter, também chamado de fonte de tensão de controle de tensão. Eles são muito populares porque sua configuração mostra que não depende muito do desempenho do amplificador operacional. Isto ocorre principalmente porque o amplificador operacional é conectado como um amplificador que reduz as necessidades de largura de banda de ganho do amplificador operacional. O filtro Sallen-Key possui baixa propagação de componentes, alta impedância de entrada e baixa impedância de saída, o que permite que vários filtros sejam conectados sem buffers intermediários.

Circuito de filtro Sallen Key

Um filtro chave Sallen é um circuito eletrônico usado para filtrar frequências desnecessárias de um sinal de áudio. Este circuito é projetado simplesmente com dois resistores, um amplificador operacional e dois capacitores que formam um circuito de feedback. Com base nos valores dos componentes, este circuito pode atuar como um filtro passa-baixa e um filtro passa-alta . Aqui, o circuito do filtro passa-baixa da chave Sallen é discutido abaixo.

Filtro passa-baixo Sallen Key

No Sallen-Key LPF, um melhor desempenho do filtro pode ser alcançado selecionando adequadamente os componentes RC. As principais características deste filtro são; amplificação de tensão e controle de ganho de tensão com operação de filtro estável. O diagrama esquemático do filtro passa-baixa Sallen Key para o ganho unitário é mostrado abaixo. Este circuito possui duas seções de filtro RC efetivamente em série; entretanto, com o primeiro estágio, o capacitor é inicializado através da saída.

Circuito de filtro passa-baixa Sallen Key

A função de transferência geral (TF) para um LPS de segunda ordem é

H(s) = Kω² 0/S² + (ω0/Q)S+ ω² 0 —–(1)

Onde:

'K' é o fator de ganho,

‘ω0’ é a frequência característica em radianos/s.

‘Q’ é o fator de qualidade.

S = jω.

A função de transferência do filtro passa-baixo Sallen-Key de 2ª ordem pode ser escrita da mesma forma que a equação geral acima.

“o que é um amplificador operacional ”

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

Ao igualar as duas equações acima, podemos obter as equações da frequência de corte e do fator de qualidade.

A frequência de corte da equação do filtro chave de Sallen é fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.

O fator Q do filtro Sallen Key ‘Q’ é √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).

A equação de ganho é semelhante a um amplificador não inversor.

K = 1+ R3/R4

Da mesma forma, um filtro passa-alta Sallen Key pode ser projetado substituindo capacitores no lugar de resistores .

Como funciona um filtro de chave Sallen?

A topologia Sallen – Key funciona implementando filtros ativos de segunda ordem para melhorar o fator Q do filtro com feedback positivo controlado. Esta topologia é muito simples comparada a outras topologias de filtros ativos. Este é um projeto de filtro ativo baseado em um único amplificador operacional não inversor com dois resistores.

Vantagens do filtro Sallen-Key

As vantagens do Sallen Key Filter incluem o seguinte.

O design do filtro Sallen-Key é muito simples, incluindo amplificador operacional único e componentes RC.
Esses filtros são capazes de aumentar a tensão de saída acima da tensão de entrada.
A alta impedância de entrada e baixa impedância de saída torna a cascata dos filtros Sallen-Key muito mais fácil.
O amplificador operacional no filtro Sallen-Key auxilia na conquista do efeito do componente RC nas características do filtro.
A faixa de frequência desses filtros é ampla.
O amplificador operacional dentro deste filtro pode ser organizado como um amplificador não inversor ou um buffer de ganho unitário.
Esses filtros têm vários estágios e ganhos diferentes.
A estabilidade do filtro Sallen-Key é boa.
Compreender esse design de filtro é simples.
A utilização de um amplificador não inversor pode aumentar o ganho de tensão.
Os filtros baseados em primeira e segunda ordem podem ser facilmente conectados em cascata.
Cada estágio RC pode incluir um ganho de tensão diferente.

O desvantagens do filtro Sallen Key inclui o seguinte.

O filtro Sallen-Key não é facilmente ajustado devido à interação dos valores dos componentes em F0 e Q.
O valor máximo baixo de ‘Q’ é obtido.
O filtro chave Sallen é muito sensível às variações e tolerâncias dos componentes, o que significa que os valores reais dos resistores e capacitores serão diferentes dos valores ideais e podem mudar eventualmente devido a diferentes fatores como envelhecimento, umidade e temperatura. Isso pode afetar a estabilidade e a precisão do filtro.
É suscetível a distorção e ruído do amplificador operacional . Portanto, as características e a qualidade do amplificador operacional podem afetar o desempenho e também a saída do filtro principal Sallen.
No projeto do filtro Sallen-key, o ganho de tensão e o fator de ampliação estão intimamente relacionados devido ao uso de um amplificador operacional neste projeto.
Quase qualquer valor de fator de qualidade maior que 0,5 pode ser obtido porque, utilizando uma configuração de amplificador operacional não inversor, o ganho de tensão será sempre maior que 1, mas deve estar abaixo de 3, caso contrário, ficará instável.

Aplicativos de filtro Sallen-Key

As aplicações do Sallen Key Filter incluem o seguinte.

Um filtro Sallen-Key é preferido geralmente sempre que um fator Q pequeno é necessário, a rejeição de ruído é priorizada e o ganho não inversor do estágio de filtro é necessário.
Este filtro é usado como bloco de construção básico usado para implementar circuitos de filtro de ordem superior como LPF, HPF e BPF circuitos.
Este filtro pode ser utilizado para diferentes aplicações no processamento de sinais de áudio, como controle de tom, equalização, síntese, modulação e redução de ruído.
Este filtro é usado para modular/sintetizar um sinal de áudio simplesmente alterando o fator Q ou a frequência de corte dinamicamente através de um sinal adicional como um envelope, uma tensão de controle ou um oscilador.

Assim, isso é uma visão geral do filtro Sallen-Key (topologia de chave Sallen) ou filtro Sallen e Key, que é um dos LPFs ativos de segunda ordem muito populares que podem ser configurados como LPS, HPS, BPS e BSF. Esta topologia Sallen-Key ajuda na implementação de vários ajustes de filtros como Butterworth, Chebyshev e Bessel. Este filtro é semelhante ao VCVS (fonte de tensão controlada por tensão), incluindo características de filtro como; boa estabilidade, baixa impedância de saída e alta impedância de entrada. O filtro passa-baixa Sallen-Key é usado por vários motivos, como; design simples, filtro em cascata, uma ampla faixa de frequência, controle de ganho de tensão, vários estágios, design de filtro de alta ordem, estabilidade e ganhos diferentes. Aqui fica uma pergunta para você: qual é a função de um filtro passa-baixa?