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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bandpassfilter


Autor: Gast (Gast)
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Hallo

Ich habe einen Butterworth-Bandpassfilter 2. Ordnung
für ca 13.56 MHz Resonanzfrequenz dimensioniert.

Die Spannungsversorgung ist Single Supply.
D.h ich habe am positiven Eingang des OP einen Spannungsteiler 
angeschlossen.

Müsste soweit eigentlich funktionieren.

Nun habe ich am R4, einfach mal einen Funktionsgenerator (Sinussignal, 
13MHz, 10mVpp) angeschlossen um zu überprüfen ob das Filter 
funktioniert.

Am Ausgang des OP, also an der Buchse X2, ist das Oszilloskop 
angeschlossen.
Am Oszilloskop sollte eigentlich ein Sinunsignal erkennbar sein oder 
nicht?
Auf jeden Fall habe ich am Ausgang: 3,1V Gleichspannung

Ich bin schon am verzweifeln.
Ist möglicherweise der OP kaputt, oder funktioniert dieser Single-Supply 
Betrieb mit diesem Operationsverstärker etwa nicht??


Ich würde mich über eine Rückmeldung freuen!!

Autor: Gast123 (Gast)
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Versuch mal, R6 nicht auf GND sondern auf deine virtuelle Masse zu 
beziehen. Also Spannungsteiler auf halbe Betriebsspannung, danach ein 
(langsamer) OPV zum puffern und dort an den Ausgang dann R6.

Autor: Gast (Gast)
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Vielleicht sollte ich noch erwähnen, dass vor dem R4
der Sinus noch vorhanden ist. Also direkt am Funktionsgenerator.
Nach dem R4 ist das Sinussignal des Funktionsgenerators
plötzlich nicht mehr vorhanden.

Wie ist das eigentlich möglich?

Deine Variante mit einem zusätzlichen OP ist relativ umständlich.
Kann ich nicht einfach den R6 statt auf Masse ,an den positiven
Anschluss des OP hängen. Also auf virtuelle Masse.

Danke für dein Bemühen!!

Autor: HildeK (Gast)
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Der LT1396 ist ein Current-Feedback-OPA.
Ich kenne die wenig, weiß aber, dass hier einige Besonderheiten beachtet 
werden müssen. So sind im Datenblatt z.B. die Beschaltungen immer 
relativ niederohmig - der Gegenkoppelwiderstand liegt im Bereich 250 
Ohm.
Der Eingangsstrom ist typ. 10µA - da ist dein Spannungsteiler für den 
+Eingang sicher zu hochohmig.

Suche mal nach den Besonderheiten des Current-Feedback-Prinzips.

Autor: HildeK (Gast)
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>Nach dem R4 ist das Sinussignal des Funktionsgenerators
>plötzlich nicht mehr vorhanden.
Ja, wenn du mit 1k2 und 56 Ohm teilst, wirst du bei 10mV Eingangssignal 
kaum noch was messen können. So ein empfindliches Skope hätte ich auch 
gerne ...
Außerdem sollte der OPA ja den -Eingang so nachregeln, dass er Null 
Differenz zum +Eingang hat. Gut, die 18pF sind noch dazwischen.

Autor: Gast (Gast)
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Sorry ich habe mich verschrieben.

Das Eingangssignal ist 100mVpp

Trotz des 1k2 und 56 Ohm Teilers sollte doch nach dem R4 noch
eine Spannung zu messen sein oder nicht.

Autor: HildeK (Gast)
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>Trotz des 1k2 und 56 Ohm Teilers sollte doch nach dem R4 noch
>eine Spannung zu messen sein oder nicht.
Ja, so rund 5mV. Kann das dein Meßgerät? Beachte: Kabel und Meßgerät 
haben u.U. mehrere hundert pF Eingangskapazität. Das bringt manchen 
unerwünschten Effekt.

Ich habe die Anordnung gerade mal simuliert. Da funktioniert es mit 
deiner Beschaltung gut - allerdings hat der Bandpass bei der 
Mittenfrequenz etwa 7dB Dämpfung - ist das so gewollt? Der DC-Anteil im 
Ausgang liegt bei rund 3V.
Es sollte schon ein Ausgangssignal erkennbar sein. Allerdings: 
verwendest du direkt ein BNC-Kabel (mit oder ohne 50 Ohm Abschluss im 
Scope?) oder einen Tastkopf an Buchse 2?

Womit hast du die BE bestimmt?
Kennst du
- Texas Instrument: FilterPro?
- Linear Technology: SwCAD?

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Gast,

Current Feedback OPV funktionieren nicht mit Kondensatoren im 
Rückkopplungszweig. Das Ersatzschaltbild eines Current Feeddback OPV hat 
außer der Spannungsquelle am Ausgang noch eine Spannungsquelle zwischen 
invertierendem und nichtinvertierendem Eingang.

http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniv...

http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniv...

Ein alternativer OPV für Deine Zwecke ist der MAX4104. Das ist ein 
"normaler" OPV mit ähnlicher Bandbreite, allerdings nicht 
"Rail-to-Rail".

Eine Alternative bei so hohen Frequenzen ist ein LCR-Serienschwingkreis 
und eine nichtinvertierende Verstärkerschaltung. Dann bräuchtest Du 
allerdings auch eine doppelte Spannungsversorgung.

Es wäre außerdem günstig, wenn Du den Ausgangswiderstand Deiner 
Schaltung auf den Wellenwiderstand der Leitung (typischerweise 50 Ohm) 
auslegen würdeest. Die Wellenlänge beträgt

lambda = c/f = 200.000.000 m/s : 13E6 = 15 m.

(c: Lichtgeschwindigkeit im Dielektrikum)

Die Welleneigenschaften machen sich etwa ab lambda/20 ... lambda/10 
bemerkbar, also schon ab etwa 1-2 m Kabellänge.

Die Schaltung wäre dann so abzuändern:

OPV
 |\          50
 | \-------|||||||--------o
 | /                      BNC-Kabel
 |/


Gruß,
  Michael

Autor: HildeK (Gast)
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>Current Feedback OPV funktionieren nicht mit Kondensatoren im
>Rückkopplungszweig.
In der Simulation mit dem Baustein hat das schon funktioniert - SwCAD 
bringt ja das Modell des LT1396 mit.
Ich habe gelesen, dass der Ausgang eines CF schon mit kapazitiver 
Belastung klar kommt, nur die Eingänge reagieren empfindlich bereits auf 
Streukapazitäten.
Aber wie ich schon oben sagte: "Ich kenne die (CF-OPAs) wenig ..."

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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HildeK wrote:
>>Current Feedback OPV funktionieren nicht mit Kondensatoren im
>>Rückkopplungszweig.
> In der Simulation mit dem Baustein hat das schon funktioniert - SwCAD
> bringt ja das Modell des LT1396 mit.
> Ich habe gelesen, dass der Ausgang eines CF schon mit kapazitiver
> Belastung klar kommt, nur die Eingänge reagieren empfindlich bereits auf
> Streukapazitäten.
> Aber wie ich schon oben sagte: "Ich kenne die (CF-OPAs) wenig ..."

Hallo HildeK,
ich hatte mir das etwas undifferenziert gemerkt. Hier steht es nochmal 
genauer:
http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId...

Der Kondensator ist offenbar falsch, wenn er direkt am 
nichtinvertierenden OPV angreift. Das hängt direkt mit dem 1-Verstärker 
vom (hochohmigen) nichtinvertierenden Eingang zusammen.

Keine Ahnung, wie gut die Simulation von SwitcherCAD ist. Genauer sollte 
auf jeden Fall die Zeitbereichsanalyse sein. Die Frequenzgangfunktion 
würde ich eher als unzuverlässig einschätzen.

Gruß,
  Michael

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Die Verstärung des OPs bei der Mittenfrequenz muss bei dieser Schaltung 
grösser sein als Q^2.
Das kommt daher das am Eingang ein Spannungsteiler aus 1.2KOhm und 56 
Ohm zu finden ist. Diese Abschwächung muss der OP erst einmal 
Ausgleichen.

Normalerweise baut man Filter mit einer Mittenfrequenz von 13 MHz als 
LC-Filter auf.

Gruss Helmi

Autor: Gast (Gast)
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Hallo

Kannst du mir bitte deine Simulation schicken

Danke

Autor: hmm (Gast)
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Die 18pF Kondensatoren sind zu klein fuer 13MHz. Deren Impedanz reicht 
nicht mal fuer den Biasstrom. Aendere die Werte, sodass die 
Kondensatoren groesser sind.

Autor: David (Gast)
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prinzipiell müsste es funktionieren (auch wenn ich ein LC filter nehmen 
würde bei dieser frequenz)
hast du die toleranzen deiner bauteile in deiner berechnung 
berücksichtigt, sprich entsprechende simulation gemacht (monte carlo)?

Autor: Gast (Gast)
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So ich hab das Filter noch mal neu dimensioniert und simuliert.

Dabei ist folgende Übertragungsfunktion herausgekommen.

Funktioniert also wie gewollt.

Ich wollte noch fragen wie ich das Filter steilflankiger machen kann,
weil es sollte mehr dämpfen.

Autor: HildeK (Gast)
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>Ich wollte noch fragen wie ich das Filter steilflankiger machen kann,
>weil es sollte mehr dämpfen.
Ich hatte dir ja den Tipp mit "Texas Instrument: FilterPro" schon mal 
gegeben. Da kannst du eine höhere Güte vorgeben und den Grad erhöhen und 
dann wird das Filter steiler (und aufwendiger).
Allerdings wird das vermutlich auch höhere Anforderungen an den OPA 
stellen. Wähle für den Referenzwiderstand "R1 Seed" einen möglichst 
kleinen Wert.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Ich wollte noch fragen wie ich das Filter steilflankiger machen kann,
> weil es sollte mehr dämpfen.

bei einem RLC-Filter (Ausgangsspannung am R) kannst Du das R verkleinern 
bzw. am Verhältnis L/C schrauben; das Produkt L*C ist ja durch die 
Durchlaßfrequenz vorgegeben.

Bei der RC-Filteranordnung mußt Du die Filterordnung (Anzahl 
unabhängiger Energiespeicher, d. h. L und C) erhöhen. Das läuft darauf 
hinaus, daß Du eine Schaltung mit zwei OPV verwendest.

Gruß,
  Michael

Autor: Gast (Gast)
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Ich hab eine Transientenanalyse des Filters gemacht.

Der DC-Anteil im Ausgang liegt bei rund 3V.

Das verstehe ich nicht ganz, wieso hat das Filter ein DC-Anteil??

Kann mir das bitte jemand erklären

Danke

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Du hast doch nur ein asymetrische Versorgungsspannung b.z.w. dein (+) 
Eingang liegt auf Ub/2

Gruss Helmi

Autor: Gast (Gast)
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D.h also eigentlich müsste der DC Anteil bei ca. 2.5V liegen.

Kann ich den DC-Anteil mit einem Serienkondensator am Ausgang 
wegbekommen
und wie groß soll ich ihn nehmen.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>D.h also eigentlich müsste der DC Anteil bei ca. 2.5V liegen.

Dein OP hat ja auch noch einen Eingangsbiasstrom und mit deinen beiden 
100K Widerständen am (+) Eingang kommt das schon ungefähr hin. Du kannst 
diese beiden Widerständen ja mal kleiner machen.

>Kann ich den DC-Anteil mit einem Serienkondensator am Ausgang
>wegbekommen

Damit bekommt man den DC-Offset weg.

>und wie groß soll ich ihn nehmen.

Der hängt von dem Eingangswiderstand der nachfolgenden Stufe und deiner 
gewünschten unteren Grenzfrequenz ab.

Ck = 1/(2*PI*fu*Rin)

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