Sallen-Key滤波器输出计算_截止频率_优缺点

滤波器在通信领域发挥着关键作用，因为它们可以消除噪声并有助于优化性能。电信系统中滤波器的应用从高频到极低频都有所不同。电话服务中的信道选择是高频BPF的主要任务，而数据采集则依赖于抗混叠LPF。

对于低通滤波器电路和有源低通滤波器的性能，了解电路的截止频率和高频性能对于设计有源滤波器、无源低通滤波器和RC低通滤波器非常重要。简单地用有源和无源元件识别的低通滤波器被称为有源低通滤波器。本文提供了关于Sallen-Key滤波器电路及其应用的简要信息。

什么是Sallen-Key滤波器？

最流行的有源二阶模拟滤波器拓扑是Sallen-Key滤波器，也称为电压控制电压源。这些非常受欢迎，因为它们的配置表明它不太依赖于运算放大器的性能。这主要是因为运算放大器被连接为放大器，这降低了运算放大器的增益带宽需求。Sallen-Key滤波器具有低元件分布、高输入阻抗和低输出阻抗，允许连接各种滤波器而无需中间缓冲器。

Sallen-Key滤波器电路

Sallen-Key滤波器是一种电子电路，用于过滤音频信号中不必要的频率。该电路设计简单，由两个电阻器、一个运算放大器和两个电容器组成反馈环路。根据元件的值，该电路可以充当低通滤波器和高通滤波器。下面介绍Sallen关键的低通滤波器电路。

Sallen-Key低通滤波器

在 Sallen-Key LPF中，通过正确选择RC元件可以实现更好的滤波器性能。该过滤器的主要特点是：电压放大和电压增益控制，具有稳定的滤波器操作。Sallen-Key单位增益低通滤波器原理图如下所示。该电路有两个有效串联的RC滤波部分。然而，第一级电容器是通过输出自举的。

二阶LPS的一般传递函数 (TF) 为：H(s)=Kω²0/S² + (ω0/Q)S+ ω²0—–(1)

其中：

• “K”是增益因子
• “ω0”是弧度/秒内的特征频率
• “Q”是品质因数

S=jω。

二阶Sallen-Key低通滤波器传递函数可以写成与上述一般方程相同的形式。

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

通过将上述两个方程等同起来，可以得到截止频率和品质因数方程具体如下：

1. Sallen-Key滤波器方程的截止频率为：fc=1/2π√R1R2C1C2。
2. Sallen-Key滤波器“Q”的Q因子为：√R1R2C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K)。

增益方程类似于同相放大器。

K=1+R3/R4

类似地，可以通过用电容器代替电阻器来设计Sallen-Key高通滤波器。

Sallen Key过滤器工作原理

Sallen-Key工作原理是实施二阶有源滤波器，通过受控正反馈来增强滤波器的Q因子。与其它有源滤波器拓扑相比，该拓扑非常简单。这是一种基于带有两个电阻器的单个非反相运算放大器的有源滤波器设计。

Sallen-Key过滤器的优点

Sallen Key过滤器的优点表现在以下几个方面：

• Sallen-Key滤波器设计非常简单，包括单个运算放大器和RC组件。
• 这些滤波器能够将输出电压提高到高于输入电压。
• 高输入和低输出阻抗使得Sallen-Key滤波器级联更加容易。
• Sallen-Key滤波器中的运算放大器有助于克服RC组件对滤波器特性的影响。
• 这些滤波器的频率范围很宽。
• 该滤波器内的运算放大器可以布置为非反相放大器或单位增益缓冲器。
• 这些滤波器具有不同的级和不同的增益。
• Sallen-Key滤波器稳定性良好。
• 使用同相放大器可以增加电压增益。
• 基于一阶和二阶的滤波器都可以轻松级联在一起。
• 每个RC级都可以包含不同的电压增益。

Sallen Key过滤器的缺点包括以下几个方面内容：

• 由于F0和Q上分量值的相互作用，Sallen-Key滤波器不容易调整。
• 可以获得较低的最大“Q”值。
• Sallen-key滤波器对元件变化和公差非常敏感，这意味着实际电阻器和电容器值将与理想值不同，并且它们最终可能会由于老化、湿度和温度等不同因素而发生变化，这会影响滤波器的稳定性和准确性。
• 它容易受到运算放大器的失真和噪声的影响。因此，运算放大器的特性和质量会影响Sallen-key滤波器的性能和输出。
• 在Sallen-key滤波器的设计中，由于使用了运算放大器，因此电压增益和放大系数密切相关。
• 几乎任何大于0.5的品质因数值都可以实现，因为利用同相运算放大器的配置，电压增益将始终大于 1，但必须低于 3，否则会变得不稳定。

Sallen-Key滤波器应用

Sallen-key滤波器的应用包括以下内容：

• 当需要较小的Q因子、优先考虑噪声抑制以及需要滤波器级的同相增益时，通常会首选Sallen-Key滤波器。
• 该滤波器用作实现LPF、HPF和BPF电路等高阶滤波器电路的基本构建块。
• 该滤波器可用于音频信号处理中的不同应用，例如音调控制、均衡、合成、调制和降噪。
• 该滤波器用于通过包络、控制电压或振荡器等附加信号动态改变Q因子或截止频率来调制/合成音频信号。

总结

以上就是Sallen-Key滤波器（Sallen key拓扑）或Sallen和 Key滤波器的概述，它是非常流行的有源二阶LPF之一，可以配置为LPS、HPS、BPS和BSF。这种Sallen-Key拓扑有助于实现各种滤波器调谐，如巴特沃斯、切比雪夫和贝塞尔。

Sallen-key滤波器与VCVS（压控电压源）类似，包括以下滤波器特性：稳定性好，输出阻抗低，输入阻抗高。使用Sallen-Key低通滤波器的原因有很多，例如设计简单，滤波器级联，宽频率范围，电压增益控制，多级，高阶滤波器设计，不同增益。