تلعب المرشحات دورًا رئيسيًا في مجال الاتصالات لأنها تزيل الضوضاء وتساعد في تحسين الأداء. تختلف تطبيقات المرشحات داخل أنظمة الاتصالات من التردد العالي إلى التردد المنخفض جدًا. يعد اختيار القنوات ضمن الخدمات الهاتفية مهمة رئيسية لـ BPFs عالية التردد؛ بينما يعتمد الحصول على البيانات على LPFs المضادة للتعرجات. لأداء مرشح تمرير منخفض الدائرة ومرشح الترددات المنخفضة النشط، من المهم جدًا معرفة تردد القطع للدائرة وأداء التردد العالي لتصميم المرشح النشط، ومرشح التمرير المنخفض السلبي، ومرشح الترددات المنخفضة RC. تُعرف مرشحات الترددات المنخفضة التي يتم تعريفها ببساطة بمكونات نشطة وخاملة باسم مرشحات الترددات المنخفضة النشطة. توفر هذه المقالة معلومات موجزة عن مرشح Sallen-Key والدائرة وتطبيقاتها.
ما هو مرشح Sallen-Key؟
طوبولوجيا المرشح التناظري من الدرجة الثانية الأكثر شيوعًا هي مرشح مفتاح سالين والذي يُسمى أيضًا مصدر جهد التحكم في الجهد. تحظى هذه الأجهزة بشعبية كبيرة لأن تكوينها سيُظهر أنها لا تعتمد كثيرًا على أداء المضخم التشغيلي. ويرجع ذلك أساسًا إلى مكبر للصوت التشغيلي يتم توصيله كمضخم مما يقلل من متطلبات عرض النطاق الترددي لمكبر الصوت التشغيلي. يحتوي مرشح Sallen-Key على انتشار منخفض للمكونات، ومقاومة عالية للإدخال ومقاومة منخفضة للإخراج، مما يسمح بتوصيل المرشحات المختلفة بدون مخازن مؤقتة وسيطة.
دائرة تصفية مفتاح سالين
مرشح مفتاح Sallen عبارة عن دائرة إلكترونية تستخدم لتصفية الترددات غير الضرورية من الإشارة الصوتية. تم تصميم هذه الدائرة ببساطة باستخدام مقاومتين ومضخم تشغيلي ومكثفين يشكلان حلقة تغذية مرتدة. بناءً على قيم المكونات، يمكن لهذه الدائرة أن تعمل كمرشح للتمرير المنخفض و مرشح دقيق . هنا تتم مناقشة دائرة مرشح التمرير المنخفض لمفتاح Sallen أدناه.
مرشح تمرير منخفض مفتاح سالين
في Sallen-Key LPF، يمكن تحقيق أداء أفضل للمرشح عن طريق تحديد مكونات RC بشكل صحيح. الملامح الرئيسية لهذا الفلتر هي؛ تضخيم الجهد والتحكم في كسب الجهد مع تشغيل مرشح مستقر. يظهر الرسم التخطيطي لمرشح التمرير المنخفض Sallen Key لكسب الوحدة أدناه. تحتوي هذه الدائرة على قسمين لمرشح RC بشكل فعال على التوالي؛ ومع ذلك، مع مكثف المرحلة الأولى يتم تمهيده من خلال الإخراج.
وظيفة النقل العامة (T.F) لـ LPS من الدرجة الثانية هي
ح (ق) = كω 2 0/س 2 + (ω0/س)S+ ω 2 0 —–(1)
أين:
'K' هو عامل الكسب،
'ω0' هو التردد المميز داخل الراديان/الثانية.
'س' هو عامل الجودة.
س = يω.
يمكن كتابة دالة نقل مرشح التمرير المنخفض من الدرجة الثانية Sallen-Key بنفس صيغة المعادلة العامة المذكورة أعلاه.
H(s) = (K/ R1R2 C1C2)/ S 2 +[( 1/R1+1/R2) 1/ C1 +(1- K/ R2C2]S + 1/ R1R2C1C2 —–(2)
من خلال مساواة المعادلتين أعلاه، يمكننا الحصول على معادلات تردد القطع وعامل الجودة.
تردد القطع لمعادلة مرشح مفتاح Sallen هو fc = 1/2π√ R1R2 C1C2.
عامل Q لمرشح Sallen Key 'Q' هو √R1R2 C1C2/ R1C1+R2C1+ R1C2 (1-K).
معادلة الكسب مشابهة لمكبر الصوت غير المقلوب.
ك = 1+ R3/R4
وبالمثل، يمكن تصميم مرشح تمرير عالي سالين رئيسي عن طريق الاستبدال المكثفات بدلا من المقاومات .
كيف يعمل مرشح مفتاح سالين؟
تعمل طوبولوجيا Sallen-Key من خلال تنفيذ مرشحات نشطة من الدرجة الثانية لتعزيز عامل Q للمرشح من خلال ردود فعل إيجابية يمكن التحكم فيها. هذه الهيكلية بسيطة جدًا مقارنة بطبولوجيا التصفية النشطة الأخرى. هذا تصميم مرشح نشط يعتمد على مضخم تشغيلي واحد غير مقلوب مع مقاومتين.
مزايا مرشح Sallen-Key
تتضمن مزايا مرشح Sallen Key ما يلي.
- تصميم مرشح Sallen-Key بسيط جدًا بما في ذلك مكونات op-amp وRC.
- هذه المرشحات قادرة على زيادة جهد الخرج أعلى من جهد الدخل.
- إن مقاومة الإدخال العالية والإخراج المنخفض تجعل مرشحات Sallen-Key تتتالي أسهل بكثير.
- يساعد المضخم التشغيلي الموجود في مرشح Sallen-Key في التغلب على تأثير مكون RC على خصائص المرشح.
- نطاق تردد هذا المرشح واسع.
- يمكن ترتيب المضخم التشغيلي الموجود داخل هذا الفلتر إما كمضخم صوت غير مقلوب أو كمخزن مؤقت لكسب الوحدة.
- هذه المرشحات لها مراحل مختلفة ومكاسب مختلفة.
- استقرار مرشح Sallen-Key جيد.
- إن فهم تصميم الفلتر هذا أمر بسيط.
- الاستفادة من أ مضخم غير مقلوب يمكن أن تزيد من كسب الجهد.
- يمكن تجميع كل من المرشحات القائمة على الدرجة الأولى والثانية معًا بسهولة.
- يمكن أن تتضمن كل مرحلة من مراحل RC كسبًا مختلفًا للجهد.
ال عيوب مرشح مفتاح سالين تشمل ما يلي.
- لا يتم ضبط مرشح Sallen-Key بسهولة بسبب تفاعل قيم المكونات على F0 وQ.
- يمكن الحصول على الحد الأقصى المنخفض لقيمة 'Q'.
- يعد مرشح مفتاح Sallen حساسًا جدًا لتغيرات المكونات وتفاوتاتها مما يعني أن قيم المقاومات والمكثفات الفعلية ستكون مختلفة عن القيم المثالية ويمكن أن تتغير في النهاية بسبب عوامل مختلفة مثل الشيخوخة والرطوبة ودرجة الحرارة. يمكن أن يؤثر ذلك على استقرار ودقة الفلتر.
- وهو عرضة للتشويه والضوضاء من مكبر للصوت التشغيلي . لذا فإن خصائص وجودة مكبر الصوت التشغيلي يمكن أن تؤثر على أداء مرشح مفتاح Sallen بالإضافة إلى إخراجه.
- في تصميم مرشح Sallen-key، يرتبط عامل كسب الجهد والتكبير ارتباطًا وثيقًا بسبب استخدام مضخم التشغيل في هذا التصميم.
- يمكن تحقيق أي قيمة لعامل الجودة أكبر من 0.5 تقريبًا لأنه باستخدام تكوين مضخم تشغيلي غير مقلوب، سيكون كسب الجهد أكبر دائمًا من 1 ولكن يجب أن يكون أقل من 3، وإلا سيصبح غير مستقر.
تطبيقات تصفية مفتاح سالين
تتضمن تطبيقات Sallen Key Filter ما يلي.
- يُفضل مرشح Sallen-Key عادة عندما يكون هناك حاجة إلى عامل Q صغير، ويتم إعطاء الأولوية لرفض الضوضاء، ويكون الكسب غير المقلوب لمرحلة المرشح ضروريًا.
- يُستخدم هذا الفلتر كوحدة بناء أساسية تستخدم في تنفيذ دوائر تصفية عالية الترتيب مثل LPF وHPF و ببف الدوائر.
- يمكن استخدام هذا الفلتر لتطبيقات مختلفة ضمن معالجة الإشارات الصوتية مثل التحكم في النغمة، والمساواة، والتوليف، تعديل ، والحد من الضوضاء.
- يُستخدم هذا الفلتر لتعديل/توليف إشارة صوتية ببساطة عن طريق تغيير عامل Q أو تردد القطع ديناميكيًا من خلال إشارة إضافية مثل المظروف أو جهد التحكم أو المذبذب.
هكذا هذا نظرة عامة على مرشح Sallen-Key (طوبولوجيا مفتاح Sallen) أو مرشح Sallen and Key الذي يعد أحد مرشحات LPF النشطة من الدرجة الثانية المشهورة جدًا والتي يمكن تهيئتها كـ LPS وHPS وBPS وBSF. تساعد طوبولوجيا Sallen-Key هذه في تنفيذ عمليات ضبط التصفية المختلفة مثل Butterworth وChebyshev وBessel. يشبه هذا الفلتر VCVS (مصدر الجهد الذي يتم التحكم فيه بالجهد) بما في ذلك خصائص الفلتر مثل؛ استقرار جيد، مقاومة منخفضة للإخراج ومقاومة عالية للمدخل. يتم استخدام مرشح التمرير المنخفض Sallen-Key لأسباب عديدة مثل؛ تصميم بسيط، مرشح متتالي، نطاق واسع من التردد، التحكم في كسب الجهد، مراحل متعددة، تصميم مرشح عالي الترتيب، استقرار ومكاسب مختلفة. وهنا سؤال لك، ما هي وظيفة مرشح الترددات المنخفضة؟
