Sagt mal Leute, nach welchen Kriterien wuerde ihr einen OP fuer einen RC-Filter aussuchen? So gefuehlt haette ich jetzt etwa 10x hoechste Frequenz im Filter verwendet. Und das sieht zumindest in der Simulation erstmal auch gut aus. Aber hier: https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/adn003.pdf Lese ich was von 100: Since you have already defined your cutoff frequency, selecting an amplifier with the right bandwidth is easy. The closed-loop bandwidth of the amplifier must be at least 100 times higher than the cutoff frequency of the filter. If you are using the Sallen-Key configuration and your filter gain is +1 V/V, the Gain Bandwidth Product (GBWP) of your amplifier should be equal to or greater than 100fC. Und diese Angabe entspricht auch in etwa dem was diese ganzen Filterdesignprogramme so als Vorgabe rauswerfen. Ich wuerde also gerne mal den Grund dafuer verstehen..... Olaf
Olaf schrieb: > Ich wuerde also gerne mal den Grund dafuer verstehen..... Sicher sagen kann ich das auch nicht. Meine Vermutung: die OPAs müssen ja Oberhalb der Grenzfrequenz auch noch gut funktionieren um diese Frequenzen sperren zu können.
DAs ist natuerlich grundsaetzlich richtig. Man koennte ja sonst auf die Idee kommen einen Tiefpass auf eine GBW von der Grenzfrequenz auszulegen. Ist doch cool fuer einen Tiefpass wenn der OP hohe Frequenzen selber auch nicht mehr durchlaesst. :-) Es ist aber wohl so das ein OP der zu langsam ist nicht mehr die Einhaltung der Filteruebertragungsfunktion garantiert. Also aehnlich wirkt wie Bauteile mit zu hohen Toleranzen und dabei koennte es dann ja zu Resonanzen oder aehnlichem kommen. Es scheint mir aber so zu sein als wenn der notwendige Sicherheitsabstand stark von der Guete abhaengt. Dann waere ein Butterworth oder Bessel weniger Anspruchvoll wie ein Tschebyscheff. Dann haette ich die Hoffnung das ein Faktor von 100 generalisiert auf "klappt immer" ist. Aber vielleicht kann man ja bei einfacheren Filtern oder geringeren Anspruechen diesen Faktor deutlich runterdrehen. So zumindest meine Theorie fuer die ich hier Widerspruch oder Zustimmung erwarte. :-) Olaf
Alle Filterberechnungen (Berechnung der Bauelemente nach vorgegebenen Design-Formeln) gehen von einem IDEALEN OPV aus. Also wird die realisierte Übertragungsfunktion - mal abgesehen von Bauteil-Toleranzen - auch nur für den idealen OPV den Vorgaben entsprechen können. Es gibt aber keine idealen Verstärker - also gibt es immer Abweichungen, die gerade noch tolerabel sein dürfen. Wenn der OPV ein GBW hätte, welches dem Ideal sehr nahe kommen würde (1000 mal höher als die höchste zu verarbeitende Frequenz beim Filter), wäre es schön....führt aber wohl oft zu Beschaffungs-Problemen. Also versucht man, einen Kompromiss zu wählen mit Faktor 10 oder 100. Wichtig dabei ist, dass die dadurch verursachten Abweichungen vom gewünschten Verhalten nicht größer sind als die nie zu vermeidenden Fehler durch Bautel-Toleranzen. Diese Abwägung zwischen GBW und Toleranzen wird aber auch bestimmt durch die gewählte Schaltung - Sallen-Key reagiert auf diese Bauteil-Toleranzen empfindlicher als Zweifach-Gegenkopplung, die aber leider auf die OPV-Nicht-Idealitäten empfindlicher reagiert. Alles läuft auf einen Kompromiss hinaus - wie immer in der Elektronik. Am besten ist die GIC-Technik, da hier zwei OPV ihre Nicht-Idealitäten gegenseitig teilweise kompensieren.
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Olaf schrieb: > Es scheint mir aber so zu sein als wenn der > notwendige Sicherheitsabstand stark von der > Guete abhaengt. Das ist so, ja. Außerdem spielt die Struktur der verwendeten Grund- glieder eine Rolle. Für die Details müsste ich aber in den gelehrten Büchern nachsehen... > Aber vielleicht kann man ja bei einfacheren Filtern > oder geringeren Anspruechen diesen Faktor deutlich > runterdrehen. Naja, nur Du weisst, welche Toleranzen in Deiner Anwendung noch akzeptabel sind. Die Simulation sagt Dir ja vorher, mit welchen Abweichungen vom Ideal zu rechnen ist. Und im allerschlimmsten Fall kann man die Dimensionierung auch auf den verwendeten OPV anpassen, wenngleich das natürlich unschön ist...
Prinzipiell ist es so dass ein OPA bei z.B. Fsig= 1/10 GBW nur noch 10-fache Leerlaufverstärkung hat. Dann wirkt die Gegenkopplung nur noch schwach. Deshalb steigen die Verzerrungen stark an und - wie schon geschrieben - verschlechtert sich der Frequenzgang eines Sallen-Key-Filters (Sperrdämpung verschlechtert sich!). Bei Fsig= 1/100 GBW hat der OPA nur noch 100-fache Leerlaufverstärkung. Das ist also (bei 1-facher Verstärkung) das sinnvolle, absolute Minimum.
Elektrolurch schrieb: > > Deshalb steigen die Verzerrungen stark an und - wie schon geschrieben - > verschlechtert sich der Frequenzgang eines Sallen-Key-Filters > (Sperrdämpung verschlechtert sich!). > Nicht ganz korrekt: Mit "Verzerrungen" hat das nichts zu tun. Auch die Sperrdämpfung ist nicht das Hauptproblem.... Es sind primär die sog. "Polkenngrößen", die durch eine nicht ausreichend große OPV-Verstärkung beeinflusst werden: * Die Polfrequenz wp (die im direkten Zusammenhang mit der Durchlassgrenze steht) , * Die Polgüte Qp, die durch die Filter-Charakteristik vorgegeben ist (Butterworth, Tschebyscheff, etc). Kleiner Hinweis: Eine sehr ausführliche Diskussion der Empfindlichkeiten dieser Polkenngrößen für unterschiedlicher Filterstrukturen auf (a) Bauelemente-Toleranzen und (b) Endliche OPV-Bandbreiten (ausgedrückt durch die Transitfrequenz) findet man in "Herpy/Berka: Aktive RC-Filter (1984)"
Lutz V. schrieb: > Es sind primär die sog. "Polkenngrößen", die durch > eine nicht ausreichend große OPV-Verstärkung beeinflusst > werden: [...] Hmm. Das ist ja eigentlich eine gute Nachricht, oder? Die Polkenngrößen können ja durch Modifikation der passiven Elemente in die gewünschte Richtung korrigiert werden, oder sehe ich das falsch?
> Das ist ja eigentlich eine gute Nachricht, oder?
Fuer mich vielleicht schon. :-)
Es bestaerkt mich in der Annahme das ich fuer meine Anwendung mit
weniger
auskomme. Bloed ist halt das man es in der Simulation nicht sieht. Die
sieht auch mit nur 10x schnelleren OP total super aus. Geht halt nichts
ueber einen echten Aufbau...
Olaf
Olaf schrieb: > Es bestaerkt mich in der Annahme das ich fuer meine > Anwendung mit weniger auskomme. Bloed ist halt das > man es in der Simulation nicht sieht. Das kann eigentlich nicht sein. SOO schlecht ist die Simulation dann doch nicht. Vielleicht stimmen die Modelle nicht. > Die sieht auch mit nur 10x schnelleren OP total super > aus. Geht halt nichts ueber einen echten Aufbau... Glaube ich nicht. Das endliche GBP ist ja keine "parasitäre" Eigenschaft, die entscheidend vom Aufbau und der Verdrahtung abhängt, sondern eine intrinsische Eigenart jedes OPV-Typs. Allerdings überschätzt Du den Einfluss vielleicht. Wenn bei Dir zufällig eine von vornheren unempfindliche Topologie mit relativ unkritischen Anforderungen zusammen- trifft, sieht man natürlich keinen großen Unterschied -- logisch. Bei niedriger Polgüte (geringer Steilheit der Filterflanke) und 10facher Schleifenverstärkung würde ich eine Abweichung von höchstens ein paar Prozent erwarten. Ist das für Dich relevant? Ach so: Im Netz streuselt(e vor Jahren) ein kommerzielles Programm zum Filterentwurf herum, das den Einfluss des gewählten OPV auf den Frequenzgang automatisch korrigieren konnte. Es muss also möglich sein, den Effekt sowohl in der Simulation zu sehen als auch automatisch zu korrigieren.
Egon D. schrieb: > Im Netz streuselt(e vor Jahren) ein kommerzielles Programm > zum Filterentwurf herum, das den Einfluss des gewählten > OPV auf den Frequenzgang automatisch korrigieren konnte. > Es muss also möglich sein, den Effekt sowohl in der > Simulation zu sehen als auch automatisch zu korrigieren. Ja -sowas gab es mal.....basierend auf einem simplen Einpolmodell für den OPV. Aber es gibt auch die Möglichkeit, mit Hilfe eines der klassischen Simulationsprogramme einen Zweig der RC-Beschaltung so zu verändern, dass er dem "verfälschenden" Einfluss der frequenzabhängigen OPV-Verstärkung (primär ist es eher die zugehörige Phasendrehung) entgegenwirken kann. Dafür gibt es sogar zwei Methoden.....ABER: Das setzt natürlich voraus, dass das dabei verwendete OPV-Modell sehr gut mit den realen Eigenschaften des eingesetzten Bauteils übereinstimmt. Wohl eher eine etwas akademisch gefärbte Betrachtung....ich könnte den link zum Artikel raussuchen. Aber ob das den Fragesteller wirklich interessiert?
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klar ... zum testen und lernen :-) https://tools.analog.com/en/filterwizard/ Olaf schrieb: > If you are > using the Sallen-Key configuration and your filter gain > is +1 V/V, the Gain Bandwidth Product (GBWP) of your > amplifier Olaf schrieb: > Butterworth oder Bessel weniger Anspruchvoll wie ein Tschebyscheff ... Linke Seite unter " Filter Response" betrachten ... :-)
Lutz V. schrieb: > Aber es gibt auch die Möglichkeit, mit Hilfe eines der klassischen > Simulationsprogramme einen Zweig der RC-Beschaltung so zu verändern, > dass er dem "verfälschenden" Einfluss der frequenzabhängigen > OPV-Verstärkung (primär ist es eher die zugehörige Phasendrehung) > entgegenwirken kann. Ich denke, dass hier genau der Punkt ist, wo man sich entscheiden muß, ob man viel Arbeit in die Simulation stecken will oder ob man gleich den konkreten Aufbau beginnt und dann schaut, was möglich ist. Ist natürlich auch eine Geschmackssache, aber eins ist sicher: wie gut die Simulation auch werden wird, die Realität wird auf jeden Fall noch genug Überraschungen im Ärmel haben :-) Gruß Rainer
Rainer V. schrieb: > Ich denke, dass hier genau der Punkt ist, wo man sich entscheiden muß, > ob man viel Arbeit in die Simulation stecken will..... Nur zur Klarstellung: Ich sprach nicht vom "Probieren" (mehrere Simulationsläufe mit schrittweiser Annäherung an eine Verbesserung), sondern von einer einzigen AC-Simulation - allerdings in einer speziellen Simulationsanordnung für einen zuvor nach bestimmten Aspekten auszuwählenden Teil der Rückkopplungs-Beschaltung.
Lutz V. schrieb: > Nur zur Klarstellung: Ich sprach nicht vom "Probieren" (mehrere > Simulationsläufe mit schrittweiser Annäherung an eine Verbesserung), > sondern von einer einzigen AC-Simulation - allerdings in einer > speziellen Simulationsanordnung für einen zuvor nach bestimmten Aspekten > auszuwählenden Teil der Rückkopplungs-Beschaltung. Verstehe ich nicht. Wenn du deine Rückkopplungs-Beschaltung oder was auch immer nach "bestimmten auszuwählenden Aspekten" nicht variierst, dann hat deine Simulation doch überhaupt keine vernünftige Aussagekraft...außer "meine gewählten Bauteilewerte sind beschissen" oder "diese Werte sehen gut aus". Wenn du da also nichts änderst und mehrfach die Simulation anschmeißt, dann kann doch nichts herauskommen oder verstehe ich dich nicht wirklich? Rainer
Lutz V. schrieb: > Egon D. schrieb: >> Im Netz streuselt(e vor Jahren) ein kommerzielles Programm >> zum Filterentwurf herum, das den Einfluss des gewählten >> OPV auf den Frequenzgang automatisch korrigieren konnte. >> Es muss also möglich sein, den Effekt sowohl in der >> Simulation zu sehen als auch automatisch zu korrigieren. > > Ja -sowas gab es mal.....basierend auf einem simplen > Einpolmodell für den OPV. Ja. > [...] > > Dafür gibt es sogar zwei Methoden.....ABER: Das setzt > natürlich voraus, dass das dabei verwendete OPV-Modell > sehr gut mit den realen Eigenschaften des eingesetzten > Bauteils übereinstimmt. Besser als das "Einpolmodell"? Ich dachte immer, der dominierende Pol heisst so, weil er das Verhalten eben dominiert... ?! > Wohl eher eine etwas akademisch gefärbte Betrachtung.... Naja, mich würde schon interessieren, ob wir eher von 0.1% oder von 10% Abweichungen reden... > ich könnte den link zum Artikel raussuchen. Wenn's keine Umstände macht, wäre das sehr nett, ja. Danke im voraus.
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Ich kann da Simulationen zeigen. Da sieht man sehr schön, das die Filter-Topologie wichtig ist. Im Bild sieht man die Übertragungsfunktion eines 100 kHz Tiefpass Butterworth Filters zweiter Ordnung. Einmal für ein Sallen Key und einmal für ein Multifeedback Filter. Die Sperrdämpfung unterscheidet sich um einen Faktor 30, bei gleichem Opamp. Das Opamp Model ein relativ einfaches 2-Pol Model mit Eingangskapazitäten und Common-Mode Kapazitäten, GBW ist 10 MHz. In der Praxis kommen noch andere Effekte dazu. Die Opamps haben nur endliche Powersupply und Commonmode Unterdrückung. Dazu kommen realle kapazive Verkopplungen der Leiter, der Eingang wird auf den Ausgang übersprechen. Solche Effekte sind in den Modellen nicht drinnen.
Olaf schrieb: > So gefuehlt haette ich jetzt etwa 10x hoechste Frequenz im Filter > verwendet. > Und das sieht zumindest in der Simulation erstmal auch gut aus. Wichtiger ist die Frage, was willst du erreichen? Ein Tiefpass hat 2 Ordnung hat 40 dB / Dekade Dämpfung. Mit GBW = 10 * Grenzfrequenz kannst du mit einem Faktor 40 dB Sperrdämpfung rechnen. Danach werden die Opamps aufgeben, und die Filterwirkung geht verloren.
udok schrieb: > Wichtiger ist die Frage, was willst du erreichen? Sagt er ja nicht! Statt dessen erzählt er etwas von Lutz V. schrieb: > Ich sprach nicht vom "Probieren" (mehrere > Simulationsläufe mit schrittweiser Annäherung an eine Verbesserung), > sondern von einer einzigen AC-Simulation - allerdings in einer > speziellen Simulationsanordnung für einen zuvor nach bestimmten Aspekten > auszuwählenden Teil der Rückkopplungs-Beschaltung. Für mich jedenfalls zu hoch... Gruß Rainer
Rainer V. schrieb: > Für mich jedenfalls zu hoch... > Gruß Rainer Ist für mich auch zu hoch. Aber vielleicht bekommen wir ja noch ein Salamischeibchen... Gruß Udo
Rainer V. schrieb: > Lutz V. schrieb: >> Wenn du da also nichts änderst und > mehrfach die Simulation anschmeißt, dann kann doch nichts herauskommen > oder verstehe ich dich nicht wirklich? > Rainer OK - so ohne weitere Erklärungen kann man es auch nicht verstehen. Das ganze ist eine Methode, die auf der Umkehrung des Substitutions-Theorems basiert (welches sowieso kaum bekannt ist, obwohl ständig angewendet). Das meinte ich mit "spezieller Simulations-Anordnung". Das ganze ist ausführlich in einem Artikel beschrieben. Eine AC-Simulation mit einem möglichst guten 2-Pol oder 3-Pol-Modell für den OPV gibt Dir die RC-Kombination, die Du ändern musst, um den Frequenzgang dem gewünschten möglichst gut anzunähern.
Egon D. schrieb: > > Besser als das "Einpolmodell"? Ich dachte immer, der > dominierende Pol heisst so, weil er das Verhalten eben > dominiert... ?! > Ja, stimmt schon. Dieser eine Pol dominiert - das heißt nun aber nicht, dass die anderen beiden für genauere Überlegungen zu vernachlässigen sind. >> ich könnte den link zum Artikel raussuchen. > > Wenn's keine Umstände macht, wäre das sehr nett, ja. > Danke im voraus. Ich kümmer mich drum...darfs auch auf englisch sein?
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Hier im Anhang ist eine englischsprachige Version - eine neuere (aktualisierte, gedruckte) Version müsste ich scannen....falls Interesse besteht.
Lutz V. schrieb: > Hier im Anhang ist eine englischsprachige Version - eine neuere > (aktualisierte, gedruckte) Version müsste ich scannen.... Danke für den Text. Ist was für den Feierabend...und wozu eine neuere Version... es wird doch schon mit nem 741 gearbeitet :-) Gruß Rainer
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Noch was für den Feierabend? Hier ist eine alternative Methode mit dem gleichen Ziel (Anpassung an realen OPV), vielleicht etwas leichter nachvollziehbar? (Beginnt mit Kap.6.7)
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Egon D. schrieb: > Ohh. Gleich zwei Fassungen. Toll, man kann sogar noch aussuchen, was einem besser zusagt. :) Echt interessant, auch von mir ein Danke.
Olaf schrieb: > So gefuehlt haette ich jetzt etwa 10x hoechste Frequenz im Filter > verwendet. Das ist auch erst einmal mein Ansatz. Die Faustformel beinhaltet auch das nach dem 10 fachen der Frequenz die Phase wieder in Ordnung ist. Ein sehr gutes Filtertool bietet TI an. https://webench.ti.com/filter-design-tool/filter-type Bei Filter höherer Ordnung benötigen einige Filterstufen mehr Bandbreite als das 10 fache der Nennfrequenz. Das Programm liefert diese Frequenzen und die dazugehörige Güte und schlägt auch gleich passende OPV vor. Bei den OPV wird auf die benötigte Steilheit geachtet. Man ist an die Auswahl der OPV nicht gebunden, sondern kann selber wählen und probieren. mfg klaus
> Ein sehr gutes Filtertool bietet TI an. > https://webench.ti.com/filter-design-tool/filter-type Das ist falsch. Ein sehr gutes Filtertool hat TI in der Vergangenheit als Filterpro angeboten. Das ermoeglichte deutlich besseres als ihre Homepage und hatte den Vorteil das dabei nicht deine gesamten Daten abgezogen wird. TI analysiert ziemlich gruendlich was du auf ihrer Homepage wann und wo klickst. .-) BTW: Auch das alte Filterpro scheint im uebrigen zu versuchen nach hause zu telefonieren oder irgendwas anderes schraeges zu machen wenn man es in einer virtuellen Maschine laufen hat. Es bleibt nach dem Start an bestimmten Stellen fuer mehrere Minuten stehen, erweckt also indirekt den Eindruck abgestuerzt zu sein. Dann einfach warten, irgendwann gibt die Software auf und arbeitet dann einfach weiter. Olaf
Klaus R. schrieb: > Olaf schrieb: >> > Ein sehr gutes Filtertool bietet TI an. Das "sehr gut" muss mit Vorsicht gelesen werden. So berücksichtigt das Programm - wie es scheint - das Einpolmodell eines OPV, was allerdings noch nicht bedeutet, dass die gezeigte Betragskurve der dann zu erwartenden Realität entspricht. So wird bei einem Tiefpass die Sperrdämpfung mit >80dB angezeigt, was zumindest für S&k-Strukturen leider nicht der Fall ist. Zumeist ist eine Sperrdämpfung über 30dB kaum zu realisieren (was echte Simulationsprogramme natürlich auch zeigen). Grund dafür sind die zwei folgenden - bei steigender Frequenz zunehmenden - Effekte: 1) Ein zunehmender Anteil der Eingangsspannung gelangt auf direktem Wege über den Rückkopplungs-Kondensator an den OPV-Ausgang und erzeugt dort ein Ausgangssignal am endlichen OPV-Ausgangswiderstand rout. 2.) Wegen der bei steigender Frequenz sinkenden Verstärkung sinkt auch die Schleifenverstärkung des OPV - und damit steigt sogar der OPV-Ausgangswiderstand rout weiter an. (In manchen Abhandlungen wird dieser Widerstands-Anstieg als "induktiver Charakter" beschrieben, was hinsichtlich der Phasendrehung aber nicht korrekt ist)
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Olaf schrieb: > Ich wuerde also gerne mal den Grund dafuer verstehen..... Stark vereinfacht kann man das wohl so ausdrücken: Ein Filter funktioniert im Prinzip so, dass der gewünschten Frequenzen um einen bestimmten Faktor mehr verstärkt als die unerwünschten. Es hängt nun vom zu erreichenden Amplituden-Verhältnis zwischen den erwünschten und den unerwünschten Frequenzen ab, wie hoch er mindestens verstärken muss. Dazu kommen dann die Grenzfrequenz(en) des erwünschten Frequenzbereichs. Die höhere bestimmt (zusammen mit der benötigten Mindestverstärkung) das GBP. Also mal als Beispiel: ich will nur das Sprachband 300..3000Hz und möchte das 60dB über den Rest des Signals "erheben". Dann brauche ich als Mindestverstärkung halt 60dB (=1000) und da mein Nutzsignal oben bei 3000Hz endet, brauche ich 3000*1000=3Mhz GBP. Mindestens...
Beitrag #6842672 wurde vom Autor gelöscht.
> Stark vereinfacht kann man das wohl so ausdrücken:
Nachdem ich da eine Minute drueber nachgedacht habe bin ich
geneigt zu sagen das eine Erklaerung sogar ziemlich gut ist.
Sie erklaert naemlich nicht nur wieso man manchmal wirklich
diese hohe Verstaerkung braucht, sondern auch wieso es manchmal
eben nicht notwendig ist. Es haengt halt sehr von der Anwendung
ab.
Olaf
Die c-hater Erklärung ist ausbaufähig :-) Erstens verstärkt ein typischer Filter nicht, sondern schwächt ab. Zweitens hängt die Sperrdämpfung von der Filter-Ordnung und von der Frequenz ab. Der Opamp muss natürlich bei der betrachteten Frequenz noch arbeiten, ab dem Bandbreitenprodukt (GBW = Gain-Bandwidth) ist das nicht mehr der Fall. Sieht man schön in der Simulation weiter oben. Drittens sind Entwickler in der Regel so gescheit, und haben bei einem Tiefpass ein passives R-C oder L-C davor oder dahinter, der bei hohen Frequenzen übernimmt, wenn der Opamp aufgibt. Viertens erreicht man mit keinem einstufigen Filter wesentlich mehr als 60 dB. Das ist schon wegen der kapazitiven Verkopplung der Leiterbahnen sehr schwierig. Simulationsergebnisse besser als 60 dB sind halt nur simuliert. Die Regel, das die Opamp GBW (Gain-Bandwidth) = 100 x der Tiefpass Grenzfrequenz sein soll, hat den Sinn, einen Startwert zu haben. Aber besser wäre, dass die GBW des Opamps deutlich höher sein soll, als die höchste interessierende Frequenz, also nicht die -3dB Grenzfrequenz, sondern die höchste Frequenz, die man noch sperren möchte im Falle eines Tiefpasses. Also wenn die höchste Frequenz 1 MHz ist, dann wähle ich mindestens einen Opamp mit 5-10 MHz GBW aus. Bei den aktiven Filtern ist auch die Empfindlichkeit von den Bauteilen ganz wichtig. Man kann zwar einen Filter 4'ter Ordnung mit einer Opamp Stufe bauen, aber da geht jedes % Abweichung der Bauteile stark in die Filterkurve ein. Also besser 2 Stufen mit 2'ter Ordnung, das verringert auch die kapazitive Verkopplung.
Lutz V. schrieb: >>> > Ein sehr gutes Filtertool bietet TI an. Das einzige sehr gute Filtertool, das ich kenne ist Filter-Solutions. Kostet aber.
Ich kenn da die Formel GBW >= ft G Q Falls das noch nicht erwähnt wurde.
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> Erstens verstärkt ein typischer Filter nicht, sondern schwächt ab.
Das gilt sicher fuer die Betrachtung des Filters als ganzes, aber
nicht fuer die Arbeitsbedingung des OPs. Das Filter schwaecht ab weil
der OP schnell genug arbeitet um das zu realisieren.
Olaf
c-hater schrieb: > > > Stark vereinfacht kann man das wohl so ausdrücken: > > Ein Filter funktioniert im Prinzip so, dass der gewünschten Frequenzen > um einen bestimmten Faktor mehr verstärkt als die unerwünschten. Es > hängt nun vom zu erreichenden Amplituden-Verhältnis zwischen den > erwünschten und den unerwünschten Frequenzen ab, wie hoch er mindestens > verstärken muss. > > Dazu kommen dann die Grenzfrequenz(en) des erwünschten Frequenzbereichs. > Die höhere bestimmt (zusammen mit der benötigten Mindestverstärkung) das > GBP. > > Also mal als Beispiel: ich will nur das Sprachband 300..3000Hz und > möchte das 60dB über den Rest des Signals "erheben". Dann brauche ich > als Mindestverstärkung halt 60dB (=1000) und da mein Nutzsignal oben bei > 3000Hz endet, brauche ich 3000*1000=3Mhz GBP. Mindestens... Nun - das ist wohl etwas zu stark "vereinfacht" (und unlogisch) Kein vernünftiger Mensch wird ein Tiefpass-Filter mit einer Verstärkung von 60dB bauen wollen. So etwas gibt es nämlich als einstufiges Filter 2.Ordnung überhaupt nicht. Für ein S&K-Filter mit Eins-Verstärkung (die beliebteste Version) würde also - nach der oben beschriebenen Abschätzung - für einen Tiefpass mit der Durchlass-Grenze 3kHz ein GBW mit auch nur 3 kHz ausreichen. Das kann natürlich nicht funktionieren. Es müssten mindestens (1...3) MHz sein, um den Fehler durch die realen OPV-Eigenschaften in kleinen Grenzen zu halten. Wichtig dabei ist, dass der OPV bei den Frequenzen weit oberhalb der Durchlassgrenze noch eine ausreichend gute Verstärkung hat, dass die jeweiligen anwendungs-abhängigen Anforderungen an die Sperrdämpfung noch gut zu erfüllen sind. Realistisches Beispiel: Vorgaben: TP 1. Ordnung mit V=4 und fg=100kHz (Dimensionierung mit Formeln für ideal-OPV). Ein reales OPV-Modell mit Transitfrequenz ft=1MHz führt auf eine Grenzfrequenz von nur 71 kHz.
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udok schrieb: > Erstens verstärkt ein typischer Filter nicht, sondern schwächt ab. Nein, ein aktiver Filter verstärkt. IMMER. Allein deswegen trägt das Ding nämlich das Attribut "aktiv"... Und außerdem ergibt nur für aktive Filter die Angabe eines GBP irgendeinen Sinn...
c-hater schrieb: > udok schrieb: > >> Erstens verstärkt ein typischer Filter nicht, sondern schwächt ab. > > Nein, ein aktiver Filter verstärkt. IMMER. Allein deswegen trägt das > Ding nämlich das Attribut "aktiv"... > Das allseits beliebte S&K-Filter mit OPV, der voll gegengekoppelt ist, hat die maximal-Verstärkung von "1". Außerdem: "Aktiv" bedeutet, dass die Filterfunktion durch Rückkopplung eines verstärkenden Bauteils erzeugt wird - egal, ob die resultierende Maximal-Verstärkung nun größer, kleiner oder gleich "1" ist. (Beispiel: Früher hat man u.a. auch Transistoren als Emitterfolger dabei eingesetzt)
Lutz V. schrieb: > Außerdem: "Aktiv" bedeutet, dass die Filterfunktion durch Rückkopplung > eines verstärkenden Bauteils erzeugt wird Genau das ist der springende Punkt. Du kannst nur gegenkoppeln, was überhaupt da ist. Deswegen bezieht sich das GBP natürlich immer auf die open-loop-Situation.
> Das allseits beliebte S&K-Filter mit OPV, der voll gegengekoppelt ist, > hat die maximal-Verstärkung von "1". Du machst wieder den Fehler Filter und OP als eins zu sehen. Das Filter ist aber das Ergebnis eines gut funktionierenden und ausreichend schnellen OP. Olaf
Olaf schrieb: > Du machst wieder den Fehler Filter und OP als eins zu sehen. Das Filter > ist aber das Ergebnis eines gut funktionierenden und ausreichend > schnellen OP. > > Olaf Aber Verstärkung ist eigentlich klar definiert als Ausgangsspannung / Eingangsspannung... Es braucht auch keine hohe Open-Loop Gain (OLG) vom Opamp, die Simulation weiter oben zeigt, dass der Filter noch ziemlich nahe am Ideal sind, wenn die OLG > 1 (Multifeedback), bzw > 5 (Sallen-Key) ist. Offensichtlich ist das ganze nicht so einfach auf eine einzige Formel zu bringen, die dann auch noch jedem gefällt. Dinge sind halt oft komplexer als wir es uns wünschen...
c-hater schrieb: >> Erstens verstärkt ein typischer Filter nicht, sondern schwächt ab. > > Nein, ein aktiver Filter verstärkt. IMMER. Allein deswegen trägt das > Ding nämlich das Attribut "aktiv"... Ein Opamp hat eine ganz andere Bandbreite, wenn er um 60 dB verstärken muss, oder wenn er um 60 dB abschwächen muss! Beschäftige dich doch erst mal mit den Grundlagen, bevor du mit Wörtern in Grossschrift um dich wirfst.
Olaf schrieb: >> Das allseits beliebte S&K-Filter mit OPV, der voll gegengekoppelt ist, >> hat die maximal-Verstärkung von "1". > > Du machst wieder den Fehler Filter und OP als eins zu sehen. Das Filter > ist aber das Ergebnis eines gut funktionierenden und ausreichend > schnellen OP. > Olaf Lieber Olaf, bevor Du so herablassend von "wieder" sprichst, lies Dir doch einfach noch einmal durch, auf welche Aussage sich meine Antwort bezog: "Nein, ein aktiver Filter verstärkt. IMMER." Da dieses schlicht falsch ist, habe ich mir erlaubt, darauf hinzuweisen, dass eine der beliebtesten Filterstrukturen eben nicht verstärkt. Jetzt verstanden? Aber ich muss zugeben, dass ich Deine Aussage nicht verstehe. Im ersten Satz sagst Du, dass es ein Fehler sei, "Filter und OP als eins" zu sehen (was total falsch ist, nebenbei bemerkt. Beides ist nicht voneinander zu trennen). Und im zweiten Satz sagst Du genau das Gegenteil zum ersten Satz. Vielleicht nur unglücklich asgedrückt?
>> "Nein, ein aktiver Filter verstärkt. IMMER." > Da dieses schlicht falsch ist, habe ich mir erlaubt, darauf hinzuweisen, Sie ist aber richtig. Es kann nur sein das diese Verstaerkung fuer dich von aussen Betrachtet nicht mehr sichtbar ist. Aber die Transistoren in einem OPV machen schon noch was. Und deshalb sagte ich das man unterscheiden muss zwischen einem Filter als ganzes und dem OPV in einem Filter. Und deshalb fand ich den Beitrag vom Liebhaber der einzig wahren Programmiersprache auch gut. Weil er halt aufzeigt wo man Bandbreite gegen Qualitaet eintauschen kann um so vielleicht zu der Erkenntnis zu kommen das es ein langsamerer OP auch tut wenn man bereit ist Abstriche an bestimmten Stellen zu machen. Olaf
Olaf schrieb: > Es kann nur sein das diese Verstaerkung fuer dich > von aussen Betrachtet nicht mehr sichtbar ist. Aber die Transistoren in > einem OPV machen schon noch was. Und deshalb sagte ich das man > unterscheiden > muss zwischen einem Filter als ganzes und dem OPV in einem Filter. > Olaf Olaf, wenn ich vom "Filter spreche", dann meine ich - wie wohl jeder andere - die Gesamtstruktur, denn ein Teil davon (weder der passive, noch der aktive) bildet ja noch nicht das Filter. Dass der aktive Teil davon ein OPV ist, der - ohne verstärkungsbestimmende Gegenkopplung - hochverstärkend ist, ist ja nun eine Binsenwahrheit, auf die man nicht besonders hinweisen muss, oder? Also - was soll das Ganze?
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Olaf schrieb: >>> "Nein, ein aktiver Filter verstärkt. IMMER." > >> Da dieses schlicht falsch ist, habe ich mir erlaubt, darauf hinzuweisen, > > Sie ist aber richtig. So wie es da steht, ist es zumindest unglücklich ausgedrückt. Vermutlich meinen alle dasselbe, verfangen sich nur in sophistischen Wortspielereien. Ein aktives Filter enthält ein oder mehrere verstärkende Bauteile wie Transistoren oder OPs. Die *Gesamt*verstärkung dieses Filters kann dennoch <1 sein. Ein passives Filter, bestehend aus R & C (ggf. noch L) hat immer eine Verstärkung von <1.
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> eine Binsenwahrheit, auf die man nicht besonders hinweisen muss, oder? > Also - was soll das Ganze? Das ist es aber um das es in diesem Thread genau geht und um nichts anderes! Also soll es schon etwas.... Olaf
Olaf schrieb: > Das ist es aber um das es in diesem Thread genau geht und um nichts > anderes! Nee, darum geht es eben nicht. Also alle zurück auf Los! Es geht darum, eine Filterschaltung so zu optimieren, dass der Nichtideale-Operationsverstärker quasi kompensiert wird. Die beiden Literaturstücke demonstrieren das doch richtig gut. Und es erinnert zu recht sehr an die Kompensationstricks, die man OP's manchmal verpassen muß/mußte, um die betreffende Schaltung zu "beruhigen". Inwieweit dieser R-C-Trick in der heutigen Filter-Software berücksichtigt wird, kann man ja nur durch den realen Aufbau bestimmen. Und auch die Simulation in Spice bringt ja keine wirklichen Erkenntnisse, da man die verwendeten Modelle im Detail nicht kennt. Ich zumindest möchte das auch gar nicht wissen, denn in Echt gibt es genug zu tun, wenn man wirklich ein gutes Filter braucht. Ein wichtiger Punkt bei den sogenannten aktiven Filtern ist, dass bei höherer Ordnung die Belastung der Stufen durch die nachfolgenden keine große Rolle mehr spielt. Man überlegt sich leicht, dass schon bei einem passiven TP z.B 4ter Ordnung, die Dämpfung des Eingangssignals schon ausserirdisch ist. Gruß Rainer
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