О фильтрах саллена-ки

В литературе достаточно хорошо описаны фильтры Саллена-Ки (то же — Саллсна-Кся), фильтры на основе конвертора полного сопротивления; фильтры на основе ОУ с положительной обратной связью; фильтры с двойным Т-мостом; фильтры с двумя и более выходами (например, совмещенный ФНЧ и ПФ); фильтры на основе ЦАП; фильтры, управляемые напряжением; фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ); фильтры на коммутируемых конденсаторах и т. д. Фильтр Саллена-Ки не следует применять ни при каких обстоятельствах. Этот вид фильтров в различных исполнениях, в зависимости от порядка и вида (ФНЧ, ФВЧ, полосовой, заіраждающий), является одним из популярнейших наборов структур фильтров на основе операционного усилителя [59, 60]. В них всегда применяется положительная обратная связь, и это всегда плохо. Устойчивость любого такого фильтра, а также его частотные характеристики зависят от глубины этой обратной связи, а глубина, в свою очередь, зависит от статического коэффициента операционного усилителя и от его входного сопротивления. Вместе с тем коэффициент статического усиления в операционных усилителях не является фиксированной (нормированной) величиной. Для подавляющего большинства применений операционного усилителя этот коэффициент должен быть как можно больше, поэтому разработчики усилителей гарантируют лишь минимальную величину этого коэффициента, а максимальная величина нс ограничивается. Операционные усилители одного и того же типа и из одной и той же партии могут иметь разные статические коэффициенты усиления. Это же относится к входному СОпротивлению (импедансу), эта величина у различных операционных усилителей может отличаться на порядки. Это означает, что отлаженная схема фильтра Саллена-Ки при замене операционного усилителя на другой исправный усилитель того же типа может потребовать новой отладки, а при замене на операционный усилитель другого типа новая отладка неизбежна, фильтр может стать неустойчивым. Это является большим недостатком. На рис. 3.11 и 3.12 показаны фильтры НЧ и ВЧ второго порядка по указанным структурам. Входное сопротивление операционного усилителя включается параллельно конденсатору С в ФНЧ или резистору Я в ФВЧ, поэтому делитель, который определяет долю сигнала, попадающего на неинвертирующий вход, невозможно рассчитать, нс зная входного импеданса операционного усилителя. Из этого следует справедливость сказанного выше. Разработчику следует стремиться к проектированию таких устройств, которые не требуют отладки и будут идентичными при использовании идентичных типовых элементов и узлов, в том числе операционных усилителей. Кроме того, при разработке схем на основе операционных усилителей желательно, чтобы эти схемы не ухудшали свои параметры также и при замене одного типа операционного усилителя на другой, особенно на лучший. Например, замена на усилитель с большим быстродействием, или с меньшими шумами, или с большим входным сопротивлением, или с большим статическим коэффициентом усиления должна лишь улучшать работу фильтра. С этой точки зрения фильтры Саллена-Ки неприемлемы. Мы рекомендуем фильтры на основе структуры Рауха.

Рис. 3.11. Фильтр Саллена-Ки нижних частот: виден контур положительной обратной связи.

Рис. 3.12. Фильтр Саллена-Ки верхних частот: виден контур положительной обратной связи.

[1,38, 39], где используется лишь отрицательная обратная связь, как показано на рис. 3.11 и 3.12. В таких фильтрах при правильно рассчитанных параметрах пассивных элементов (сопротивлений и емкостей) использование почти любого операционного усилителя допустимо в равной степени. Замена усилителя на усилитель с большим быстродействием, с большим коэффициентом усиления и (или) с меньшими шумами нс вызовет изменения его частотных свойств и передаточных характеристик. Действительно, за счет действия отрицательной обратной связи потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя всегда равен нулю, входное сопротивление (импеданс) операционного усилителя нс влияет на передаточную функцию фильтра, на неинвертирующий вход усилителя поступает нулевой потенциал, его входное сопротивление также не влияет на результат преобразования сигналов на этом фильтре. Замена операционного усилителя не только на другой усилитель того же вида, но и вообще на любой операционный усилитель нс изменяет передаточную функцию фильтра, достаточно лишь того, чтобы ЛАЧХ операционного усилителя во всем диапазоне частот была больше, чем расчетная ЛАЧХ реализуемого фильтра. Это очевидное требование должно выполняться всегда, для фильтров по структурам рис. 3.11 и 3.12 оно столь же необходимо, но отнюдь не достаточно.