Filterdämpfung für aktiven Bandpass 4. Ordnung berechnen - Spektrumanalysator

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Autor
Filterdämpfung für aktiven Bandpass 4. Ordnung berechnen - Spektrumanalysator
Suche nach: spektrumanalysator (42)

    







BID = 744895

Flo.°

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Beiträge: 22
Wohnort: Graz
 

  


Hallo Leute!

Hab mich jetzt in diesem Forum angemeldet, da ich mit meinem heurigen Elektronikprojekt leider an einem Punkt angekommen bin, an dem ich nicht mehr weiter komme.

Es soll ein Spektrumanalysator werden, der analog über viele Filterstufen und den LM3915 Treiber-IC 20x16 LEDs, also 16 Frequenzen (20Hz - 16kHz) mit einer Auflösung von je 60 dB anzeigen kann.

So weit so gut, zur Filterung werden wir Bandpässe 4. Ordnung verwenden, die aus 2 Tief- und 2 Hochpässen bestehen, beide insgesamt 4. Ordnung. Wir haben sie nach Tschebyscheff mit 3dB und innerer Verstärkung Alpha=1 berechnet.

Als Beispiel im Schaltplan nun für 1 kHz. Wir werden das Eingangssignal, dass wir mit 1Vss annehmen auf 10Vss (regelbar, für verschiedene EIngangssignale) vorverstärken, diese dann durch die Filter leiten, und danach mit einem weiteren OPV nachverstärken, damit der Pegel wieder auf 10 Volt steigt, und die ICs voll ausschlagen können.
Für den zweiten IC wird das Signal um 30 dB abgeschwächt, damit er logischerweise schon früher ausschlägt.

Nun aber die Frage, woher weiß ich die Dämpfung der Filter? Ich hätte jetzt rein aus dem Gedächtnis gesagt, -12dB, weil jeder einzelne Filter eine Dämpfung von -3dB bei der Resonanzfrequenz hat (Oder irre ich mich da?!). Allerdings, wenn ich das mit der Übertragungsfunktion für Sallen-Key-Filter berechne, komme ich insgesamt auf -30 bis -60dB Dämpfung für alle Filter gesamt... Ich weiß ehrlich gesagt nicht, was ich glauben soll.

Wenn ich mit OrCAD einen TP 4. Ordnung (Bandpass geht leider nicht, aufgrund der Demo... -.-) simuliere, hab ich insgesamt auch nur 3 dB Dämpfung bei fres, was mich dann doch wundert, wo es doch, wenn meine Logik stimmt, -6dB sein sollten... Hoffe, dass ihr mir einigermaßen helfen könnt.

Hier der Schaltplan: Keine Links zu Werbeschleudern - Um die Grafik passend zu verkleinern > paint verwenden! - abload

Greetz, Flo

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Flo.° am 31 Jan 2011 17:04 ]

BID = 744904

Harald73

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Beiträge: 1016

 

  

Hi
a)
Wenn Du "von Hand" zwei 1kHz-Filter (rückwirkungsfrei) hintereinanderschaltest, so wirst Du -6dB haben. Die Filterformeln höherer Ordung sollten aber so ausgelegt, dass fres bei -3dB liegt, genau wie du es jetzt rausbekommst.

b) Das Bild kann ich nicht erkennen.

c) Nimm doch LTSpice statt OrCad.



Offtopic :

Zitat :
Hab mich jetzt in diesem Forum angemeldet, da ich mit meinem heurigen Elektronikprojekt leider an einem Punkt angekommen bin, an dem ich nicht mehr weiter komme.

..., da ich bei gutefrage.net keine gute Antwort kriege

Tja, das Internet ist auch nur ein kleines Dorf


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*..da waren sie wieder, meine 3 Probleme: 1)keiner 2)versteht 3)mich
* Immer die gültigen Vorschriften beachten und sich keinesfalls auf meine Aussagen verlassen!

BID = 744906

IC-Killer

Schriftsteller



Beiträge: 635
Wohnort: Stuttgart


Offtopic :
Hilfeeee .... ich finde mein Mikroskop nirgends.


Edit: zu spät

[ Diese Nachricht wurde geändert von: IC-Killer am 31 Jan 2011 17:06 ]

BID = 744907

Flo.°

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Beiträge: 22
Wohnort: Graz

Sorry, habs schon geändert.^^

Oh Mann, der macht mich fertig^^ Dass die Welt klein ist, wusste ich, aber dass das Internet klein ist, das wusste ich nicht : P

OrCAD ist sozusagen die Schulsoftware, weswegen sích sie auch verwende, aber gleichzeitig hasse ich die Schule dafür^^ Damit gibts nur Probleme...

Hmmm... Ich kann euch den Zettel aus dem Telekommunikationsunterricht posten, wenn ihr wollt, aber du könntest recht haben, wsl sind die Koeffizienten dafür ausgelegt. Also ich kann, wenn OrCAD mir das sagt, ohne weiteres von einer Dämpfung von -6dB im Bandpass ausgehen?

Danke! Find ich klass, dass einem hier so schnell (und kompetent :P) geholfen wird.

Greetz, Flo

BID = 744986

dl2jas

Inventar



Beiträge: 9914
Wohnort: Kreis Siegburg
Zur Homepage von dl2jas

Es gibt noch andere freie Software.

Schaue mal nach RFSim99.
In erster Linie ist es ein Programm, um Hochfrequenzgeschichten zu berechnen. Die Frequenz ist aber frei einstellbar, NF geht da auch.

DL2JAS

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mir haben lehrer den unterschied zwischen groß und kleinschreibung und die bedeutung der interpunktion zb punkt und komma beigebracht die das lesen eines textes gerade wenn er komplizierter ist und mehrere verschachtelungen enthält wesentlich erleichtert

BID = 745003

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
viele Filterstufen und den LM3915 Treiber-IC 20x16 LEDs, also 16 Frequenzen (20Hz - 16kHz) mit einer Auflösung von je 60 dB anzeigen kann.

So weit so gut, zur Filterung werden wir Bandpässe 4. Ordnung verwenden, die aus 2 Tief- und 2 Hochpässen bestehen, beide insgesamt 4. Ordnung.
16kHz mit dem LM324?

Wenn das mal gut geht ...

BID = 745004

Harald73

Schreibmaschine


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Beiträge: 1016

Du willst wirklich die ganze Filterstufe als Gleichrichter laufen lassen?
Und den Biasstrom von IC6B über 3M jagen? Die 10p dort sind dann wohl die parasitäre Kapazität der Leiterbahn und des IC-Eingangs?
Zudem ist der LM833 kein Rail-to-Rail-Typ.


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BID = 745010

Flo.°

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Beiträge: 22
Wohnort: Graz

Ok, danke, ich werd aber vorerst bei OrCAD bleiben, da das eh das letzte war, was ich fürs Projekt simuliert hab, und da möcht ich mir nicht die Mühe antun und ein anderes Programm anlernen.

Also, falls das noch jemand bestätigen kann, dass da -6 dB rauskommen, bitte : )

Baue gerade den Schaltplan auf.

BID = 746030

Flo.°

Neu hier



Beiträge: 22
Wohnort: Graz

Morgen!

Harald, jetzt hast du mich komplett verwirrt... Mit diesen Begriffen kann ich nichts anfangen, da ich praktisch noch nie mit OPVs gearbeitet habe, könntest du das, was du meinst, so erklären, dass ich das als Schüler eines 3. Jahrganges in Elektronik in etwa verstehen kann? Danke...

Habe deinen Post anscheinend übersehen, sonst hätte ich schon früher geantwortet.

EDIT: Habe mir noch mal die Zeichnung angeschaut, da habe ich die Werte "blöd" berechnet (3MOhm.... 10 pF...) ich kann dir auch noch den ganzen Schaltplan hochladen, der aus allen 16 Analysatoren besteht, da habe ich die Werte, meines Erachtens nach akzeptabler berechnet.

Außerdem - lassen wir die Signalverarbeitung mal beiseite - habe ich noch eine andere Frage:
Wir möchten unser Schullogo auf die Platine bringen, es soll beim Einschalten des Analysators aufleuchten, und dann ein paar Sekunden später langsam schwächer leuchtend werden, bis es aus ist.

Ich habe mir hierzu eine Schaltung überlegt, aber auch hier fehlt mir die Erfahrung, und zwar mit FETs, könnte das so funktionieren?

Keine Links zu Werbeschleudern - Um die Grafik passend zu verkleinern > paint verwenden! - abload

Danke für eure Geduld, Flo

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Flo.° am  5 Feb 2011 12:08 ]

BID = 747418

Flo.°

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Beiträge: 22
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So Leute, neuester Stand der Dinge:

Mein Projektpartner und ich haben heute ein wenig mit unserem Elektronik- und Digitaltechnik-Lehrer gesprochen, also Biasströme sind, so weit ich das verstanden hab (Ruheströme?), die Ladungen im OPV, die abfließen müssen, was bei einem Kondensator, der die Ladungen natürlich nicht gegen Masse ableiten kann, nicht möglich ist. würde es reichen, an der Rückkopplung vom Ausgang eines jeden OPVs an den negativen Eingang einen sehr hohen Widerstand gegen Masse zu schalten? Wie groß müsste dieser sein, und würde es bedeutende Auswirkungen auf die Filtereigenschaften haben?

Die Schaltung für das Schullogo, das langsam ausgehen soll, war wie erwartet, von der Idee her gut angesetzt, allerdings praktisch nicht funktionsfähig. Unser Laborlehrer meinte dazu, wir sollen das ganze über eine PWM-Schaltung mit einem NE555 lösen, der die Pulsweite immer kürzer macht, bis die LEDs komplett aus sind. Welche PWM-Schaltung für den NE555 kann man da verwenden? Ich schätze mal, dass grundsätzlich ein Spannungsteiler, der durch ein Poti variabel ist, verwendet wird, um die Pulsweite bei diesen Schaltungen einzustellen. Wir werden da allerdings einen MOSFET (BUZ11) verwenden, der eben selbsständig durch den aufladenden Elko den Wiederstand erhöht oder verringert (wie schon in der vorigen Schaltung gepostet), je nach Auftreten des Potis in der Schaltung selbstverständlich.

Könntet ihr mir mit den OPVs und solch einer PWM-Schaltung (NE555) deren Pulsbreite variabel ist aushelfen? Danke!

Greetz, Flo


BID = 747476

Flo.°

Neu hier



Beiträge: 22
Wohnort: Graz

Da man Posts ja nicht so lang verändern kann, noch ein kleines Update:

Biasstrom ist, sofern ich mich jetzt richtig informiert habe, der minimale Strom, der in den OPV reinfließt, der bei der Berechnung ja vernachlässigt werden kann. Ich kannte das schon, wusste aber nicht, dass der Biasstrom heißt.

Und ich denke jetzt mal, dass dir die extremen Werte 3M bzw. 10p nicht gefallen hatten, das war nur ein kleiner Test der Berechnungstabelle, ich wusste noch nicht ganz, wie ich die Werte am besten wähle. Also das von wegen Widerstand auf Masse und so, was ich vorhin geschrieben habe, ist ja relativer Blödsinn, denke ich^^

Und wegen dem Rail-to-Rail-Typ, soviel ich jetzt mitbekommen habe, heißt das ja nur, dass er nicht komplett auf die Versorgungsspannungen am Output aussteuern kann. Ist das ein Problem? Von meinem Werkstättenlehrer wurde mir gesagt, dass ich am Eingang unbedingt einen Low-Noise OPV verwenden solle, sonst kann man das Ganze vergessen.

Kann der LM833, wenn der negative Versorgungspin auf Masse liegt, auch nicht auf Masse aussteuern? Weil dann würde ich die Problematik verstehen, die letzten unteren LEDs auf der Anzeige würden immer leuchten. Allerdings, die Differenz im oberen Bereich von 8 Volt bei einem maximalen Signal (bei 10 Volt schlägt der LM3915 voll aus) müsste ja ausreichen.

Allerdings finde ich praktisch keinen Low-Noise-Verstärker eines Rail-To-Rail-Typs, der leicht erhältlich ist.

Und wegen dem LM324 und 16 kHz, geht das nicht? Im Datenblatt ist ja bis 1 MHz Frequenz angegeben.

Greetz, Flo

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Flo.° am 10 Feb 2011 21:23 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Flo.° am 10 Feb 2011 21:29 ]

BID = 747478

Harald73

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Beiträge: 1016

Hi,



Rail-to-Rail(input): Operationsverstärker kann Eingangssignale im gesamten Bereich der Versorgungsspannung verarbeiten.
Dann gibt es noch Single Supply Typen, wie z.B den LM324, der kann Signale um die negative Versorgungsspannung verarbeiten.
Bei "normalen" OPs muss das Eingangssignal immer etwas "kleiner" als die Versorgungsspannung sein. Z.B. bei 0V und 18V Versorgung führen nur Eingangssignale von 2 bis 16V zu richtigem Verhalten.
Ähnliche Einschränkungen gelten auch für den Ausgang.

Für die Biasströme muss du einen Gleichstrompfad haben. Idealerweise ist der Ersatzgleichstromwiderstand im inv und nicht-inv Pfad gleich, damit der Biasstrom selber keine Fehler erzeugt (kompensiert sich) und nur der Unterschied der Biasströme einen effektiven Fehler macht.
Bei IC6B fließt aber der nicht-inv Eingangsstrom über 3M, der inv dagegen quasi über 0Ohm zum Ausgang von IC6B. Da ergibt sich dann also eine Fehlerspannung. Die ist noch nicht wirklich hoch ( weil Ib nicht soo hoch ist), verschiebt aber den Nullpunkt. Da die ganze Stufe aber nach "unten" durch "negative Versorgungsspannung = Signalmasse" geklemmt ist, erzeugst du Verzerrungen. Das machst du aber sowieso, weil du ohnehin nur Halbwellen verarbeitest. Dies alleine erzeugt schon "genug" Oberwellen.
-> Schaltung mit ( z.B.) +15 und -15V versorgen und erst nach dem Filter (ab IC3a) einen Messgleichrichter einsetzen.



Schullogo = Schnick-Schnack


Edit: du hast getippt, während ich getippt habe. Einiges ist dir also schon selber klar geworden. +- Versorgung ist aber noch immer meine Antwort.


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Harald73 am 10 Feb 2011 21:28 ]

BID = 747483

Flo.°

Neu hier



Beiträge: 22
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Servus, danke!

Auweh, das ist blöd. Leider sind wir sozusagen an die 18V Versorgung gebunden, außerdem wäre bei 30V wäre auch schon die Verlustleistung an den vielen 78xx für die LEDs mehr als nur beträchtlich.

IC3A gehört nicht mehr zur Filterstufe, der ist nur da, um die Dämpfung des Filters wieder aufzuheben. Angenommen, man würde die ganzen Filter-OPVs so wie den Eingangsverstärker (bei dem nun kein LM833 verwendet wird) mit mind. +-9V versorgen, und den letzten IC3A (mit einer Versorgung 0/+18V), als Gleichrichter und außerdem als nichtinvert. Verstärker verwenden, der das Signal auf Halbwellen mit 10V Spitze verarbeitet, dann wären ja alle Probleme gelöst?

Nun hätt ich noch ein paar Fragen, ich habe vergessen, dass ich mich so auf den LM833 fixiert habe, weil wir zuerst ein Mikrofon geplant hatten, und da war klar, dass wir einen Low-Noise-Verstärker benötigten. Allerdings, bei Uss ca. 350mV am Eingang, wird der ja nicht mehr benötigt.

Welchen Rail-to-Rail-OPV können wir gut als Vorverstärker verwenden?

Und welcher OPV ist als Endverstärker und Gleichrichter geeignet? Da könnten wir ja gleich einen verwenden, bei dem zwei OPVs in einem Package sind, einer als nichtinvert. Verstärker, und den danach als Messgleichrichter. Bzw. besser umgekehrt, weil wenn der als Verstärker dienende OPV im selben Gehäuse auch mit 0/18V gespeist wird, dient ja der ja als Gleichrichter, und nicht der, der dafür gebaut wurde. Macht es da was, zuerst den Gleichrichter einzusetzen und dann den Nachverstärker? Würde natürlich einen IC pro Spalte einsparen.

Nochmal PS.: Auf was man im Nachhinein alles draufkommt
Ich könnte ja gleich einen Spitzenwertgleichrichter bauen, oder? (Hier ganz unten: http://www.elexs.de/messen5.html ), dann hätte ich auch eher eine Gleichspannung, die dem LM3915 sicher besser tut, und würde dabei auch starkes Flackern bei tiefen Frequenzen vermeiden.

Und was hat es nun mit der Frequenz von 16kHz auf sich, die Perl angesprochen hat?

Okay, das Schullogo verlegen wir mal auf den Zeitpunkt, ab dem wir sicher sind, dass unsere Grundschaltung funktioniert.

Danke

Greetz. Flo

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Flo.° am 10 Feb 2011 22:08 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Flo.° am 10 Feb 2011 22:14 ]

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Flo.° am 10 Feb 2011 22:14 ]

BID = 747499

Flo.°

Neu hier



Beiträge: 22
Wohnort: Graz

Und wieder stellt sich mir eine Frage. Entschuldigt, dass ich so oft poste, es ist schon relativ dringend.^^

Wie bringe ich +-9V aus einer unsymmetrischen Gleichspannungsversorgung von 0/18V?

Also mir würde da nur einfallen, das ganze Eingangssignal mit einem 1:1 Spannungsteiler am Eingang mit 9V Gleichspannung zu überlagern, die OPVs mit 0/18V versorgen und vor dem Spitzenwertgleichrichter wieder auskoppeln.. Aber ich denke nicht, dass sich das mit den Kondensatoren im Filter verträgt, die jegliche Gleichspannung sowieso wieder auskoppeln.

Der einfachste Weg wäre eben eine symmetrische Versorgung für die OPVs, aber wo nehme ich die her? Ich kann doch nicht einfach die Masse als 9V annehmen, das würde doch mit dem reinkommenden Signal nicht mehr zusammenpassen... Ich steh grad völlig auf der Leitung... -.-

Greetz, Flo

BID = 747513

Kleinspannung

Urgestein



Beiträge: 13324
Wohnort: Tal der Ahnungslosen


Zitat :
Flo.° hat am 10 Feb 2011 23:08 geschrieben :

Wie bringe ich +-9V aus einer unsymmetrischen Gleichspannungsversorgung von 0/18V?

In etwa so. Mußt das sicher auf deine Verhältnisse noch etwas anpassen.


_________________
Manche Männer bemühen sich lebenslang, das Wesen einer Frau zu verstehen. Andere befassen sich mit weniger schwierigen Dingen z.B. der Relativitätstheorie.
(Albert Einstein)


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