Les filtres jouent un rôle clé dans le domaine de la communication car ils suppriment le bruit et contribuent à optimiser les performances. Les applications des filtres dans les systèmes de télécommunication différeront de la haute à la très basse fréquence. La sélection des canaux au sein des services téléphoniques est une tâche principale pour les BPF haute fréquence ; tandis que l'acquisition de données dépend des LPF d'anti-aliasing. Pour la réalisation du filtre passe bas circuit et filtre passe-bas actif, il est très important de connaître la fréquence de coupure du circuit et les performances haute fréquence pour la conception d'un filtre actif, d'un filtre passe-bas passif et d'un filtre passe-bas RC. Les filtres passe-bas qui sont simplement identifiés avec des composants actifs et passifs sont appelés filtres passe-bas actifs. Cet article fournit de brèves informations sur le filtre Sallen-Key, le circuit et ses applications.
Qu'est-ce que le filtre Sallen-Key ?
La topologie de filtre analogique actif de second ordre la plus populaire est un filtre à clé Sallen, également appelé source de tension de contrôle de tension. Ceux-ci sont très populaires car leur configuration montrera qu'elle ne dépend pas beaucoup des performances de l'ampli opérationnel. C'est principalement parce que le amplificateur opérationnel est connecté comme un amplificateur, ce qui réduit les besoins en gain et en bande passante de l'amplificateur opérationnel. Le filtre Sallen-Key a une faible répartition des composants, une impédance d'entrée élevée et une faible impédance de sortie, ce qui permet de connecter divers filtres sans tampons intermédiaires.
Circuit de filtre à clé Sallen
Un filtre à clé Sallen est un circuit électronique utilisé pour filtrer les fréquences inutiles d'un signal audio. Ce circuit est simplement conçu avec deux résistances, un ampli opérationnel et deux condensateurs qui forment une boucle de rétroaction. Basé sur les valeurs des composants, ce circuit peut agir comme un filtre passe-bas et un filtre passe-haut . Ici, le circuit de filtre passe-bas à clé Sallen est discuté ci-dessous.
Filtre passe-bas à clé Sallen
Dans le Sallen-Key LPF, de meilleures performances de filtre peuvent être obtenues en sélectionnant correctement les composants RC. Les principales caractéristiques de ce filtre sont : amplification de tension et contrôle du gain de tension avec fonctionnement stable du filtre. Le diagramme schématique du filtre passe-bas Sallen Key pour le gain unitaire est présenté ci-dessous. Ce circuit comporte deux sections de filtre RC effectivement en série ; cependant, avec le premier étage, le condensateur est amorcé via la sortie.
La fonction de transfert générale (T.F) pour un LPS du second ordre est
H(s) = Kω 2 0/S 2 + (ω0/Q)S+ ω 2 0 —–(1)
Où:
'K' est le facteur de gain,
« ω0 » est la fréquence caractéristique en radians/s.
« Q » est le facteur de qualité.
S = jω.
La fonction de transfert du filtre passe-bas Sallen-Key du 2ème ordre peut être écrite sous la même forme que l'équation générale ci-dessus.
H(s) = (K/R1R2C1C2)/S 2 +[( 1/R1+1/R2) 1/ C1 +(1- K/ R2C2]S + 1/ R1R2C1C2 —–(2)
En égalisant les deux équations ci-dessus, nous pouvons obtenir les équations de fréquence de coupure et de facteur de qualité.
La fréquence de coupure de l'équation du filtre clé de Sallen est fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.
Le facteur Q du filtre clé Sallen « Q » est √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).
L'équation de gain est similaire à celle d'un amplificateur non inverseur.
K = 1+ R3/R4
De même, un filtre passe-haut à clé Sallen peut être conçu en remplaçant condensateurs au lieu de résistances .
Comment fonctionne un filtre à clé Sallen ?
La topologie Sallen – Key fonctionne en implémentant des filtres actifs de second ordre pour améliorer le facteur Q du filtre avec une rétroaction positive contrôlée. Cette topologie est très simple par rapport aux autres topologies de filtres actifs. Il s'agit d'une conception de filtre actif basée sur un seul ampli-op non inverseur avec deux résistances.
Avantages du filtre Sallen-Key
Les avantages du filtre clé Sallen sont les suivants.
- La conception du filtre Sallen-Key est très simple et comprend un seul ampli opérationnel et des composants RC.
- Ces filtres sont capables d'augmenter la tension de sortie au-dessus de la tension d'entrée.
- L'impédance d'entrée élevée et la faible impédance de sortie facilitent grandement la mise en cascade des filtres Sallen-Key.
- L'ampli opérationnel du filtre Sallen-Key aide à vaincre l'effet du composant RC sur les caractéristiques du filtre.
- La plage de fréquences de ces filtres est large.
- L'ampli opérationnel à l'intérieur de ce filtre peut être agencé soit comme un amplificateur non inverseur, soit comme un tampon de gain unitaire.
- Ces filtres ont différentes étapes et différents gains.
- La stabilité du filtre Sallen-Key est bonne.
- Comprendre cette conception de filtre est simple.
- L'utilisation d'un amplificateur non inverseur peut augmenter le gain de tension.
- Les filtres basés sur le premier et le deuxième ordre peuvent être facilement mis en cascade.
- Chaque étage RC peut inclure un gain de tension différent.
Le inconvénients du filtre clé Sallen inclure les éléments suivants.
- Le filtre Sallen-Key n'est pas facile à régler en raison de l'interaction des valeurs des composants sur F0 & Q.
- La faible valeur maximale « Q » peut être obtenue.
- Le filtre à clé Sallen est très sensible aux variations et tolérances des composants, ce qui signifie que les valeurs réelles des résistances et des condensateurs seront différentes des valeurs idéales et qu'elles peuvent éventuellement changer en raison de différents facteurs tels que le vieillissement, l'humidité et la température. Cela peut affecter la stabilité et la précision du filtre.
- Il est sensible à la distorsion et au bruit provenant du amplificateur opérationnel . Ainsi, les caractéristiques et la qualité de l'amplificateur opérationnel peuvent affecter les performances ainsi que la sortie du filtre clé Sallen.
- Dans la conception du filtre Sallen-key, le gain de tension et le facteur de grossissement sont étroitement liés en raison de l'utilisation d'un amplificateur opérationnel dans cette conception.
- Presque toutes les valeurs de facteur de qualité supérieures à 0,5 peuvent être réalisées car en utilisant une configuration d'ampli-op non inverseur, le gain de tension sera toujours supérieur à 1 mais doit être inférieur à 3, sinon il deviendra instable.
Applications de filtre Sallen-Key
Les applications du Sallen Key Filter sont les suivantes.
- Un filtre Sallen-Key est généralement préféré chaque fois qu'un petit facteur Q est requis, que le rejet du bruit est prioritaire et que le gain non inverseur de l'étage de filtrage est nécessaire.
- Ce filtre est utilisé comme élément de base pour implémenter des circuits de filtrage d'ordre supérieur tels que LPF, HPF et FBP circuits.
- Ce filtre peut être utilisé pour différentes applications dans le traitement du signal audio comme le contrôle de la tonalité, l'égalisation, la synthèse, modulation et la réduction du bruit.
- Ce filtre est utilisé pour moduler/synthétiser un signal audio en modifiant simplement le facteur Q ou la fréquence de coupure de manière dynamique via un signal supplémentaire comme une enveloppe, une tension de commande ou un oscillateur.
Ainsi, c'est un aperçu du filtre Sallen-Key (topologie de clé Sallen) ou le filtre Sallen et Key qui est l'un des LPF actifs de second ordre très populaires qui peuvent être configurés en tant que LPS, HPS, BPS et BSF. Cette topologie Sallen-Key aide à implémenter divers réglages de filtres comme Butterworth, Chebyshev & Bessel. Ce filtre est similaire au VCVS (source de tension contrôlée en tension), y compris les caractéristiques du filtre telles que : bonne stabilité, faible impédance de sortie et haute impédance d'entrée. Le filtre passe-bas Sallen-Key est utilisé pour de nombreuses raisons telles que : conception simple, mise en cascade de filtres, large gamme de fréquences, contrôle du gain de tension, plusieurs étages, conception de filtre d'ordre élevé, stabilité et différents gains. Voici une question pour vous, quelle est la fonction d'un filtre passe-bas ?
