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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Tiefpassfilter für PWM Signal


Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo,

bin momentan an meinem ersten Projekt und bis jetzt auch relativ gut 
voran gekommen. Jetzt hab ich ein PWM-Signal, welches ich glätten 
möchte. Ich dachte mir: OK, ein Tiefpassfilter wirds schon machen. 
Einfachen RC-Filter aufgebaut, einige Grezfrequenzen probiert und immer 
ein total rippeliges Signal erhalten. Die Grundschwingung die ich haben 
möchte hat so ca. 30kHz.. Danach hab ich mehrere aktive Filter (3. und 
4. Ordnung) probiert und die Grenzfrequenz immer so um die 100kHz 
gewählt. Alles ohne tolle Ergebnisse.

Ich hab gerade nochmal im Forum gesucht und einiges gelesen. Hab ich das 
jetzt richtig verstanden, dass ich die Grenzfrequenz auf ca. 300Hz 
dimensionieren sollte, um 99% des Ripple zu eliminieren? Ich bekäme dann 
aber ja nur noch ein winziges Signal. Ist es sinnvoller dann die 
Verstärkung direkt über den aktven Filter zu machen, oder baut man hier 
besser danach noch eine Verstärkerstufe auf. Wollte für die Anwendung 
den LM324 nehmen, oder würdet Ihr mir von dem OPAMP abraten?

Ich danke euch schonmal.


Gruß

Autor: Ron (Gast)
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Hi,
wenn du die Grenzfrequenz größer als die PWM Frequenz wählst ist es kein 
Wunder, dass der Filter kaum etwas ändert.
Für die Dimensionierung des Filters kommt es darauf an, was für ein 
Signal mit Hilfe der PWM eigentlich erzeugt werden soll. Wenn es sich 
also beispielsweise um ein Signal von 100Hz handelt, dass mittels der 
PWM D/A gewandelt werden soll, so muss halt ein entsprechender 
Tiefpassfilter eingesetzt werden, der (idealerweise) alle Frequenzen 
unterhalb von 100Hz passieren lässt und alles oberhalb dämpft.
Meistens ist dies aber nicht so kritisch, so dass die Grenzfrequenz des 
Filters ruhig etwas weiter oberhalb gewählt werden kann.
Aktive Filter sind dabei ncihtmal unbedingt notwendig. Wenn am 
Filterausgang nur sehr wenig Leistung entnommen werden muss (hochohmiger 
Eingang des Folgebausteins) reicht es durchaus aus, einen passiven 
Tiefpass aus einem Kondensator und einem Widerstand zu verwenden. (-> 
siehe dazu auch Wikipedia)
Bei Nutzung eines passiven Filters (Tiefpass) sollte übrigens die 
Amplitude der Frequenzanteile unterhalb der Grenzfrequenz nicht 
wesentlich gedämpft werden, sonst wäre es kein Tiefpass.

Ron

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hi Ron,

> Wenn es sich also beispielsweise um ein Signal von 100Hz handelt, dass
> mittels der PWM D/A gewandelt werden soll, so muss halt ein entsprechender
> Tiefpassfilter eingesetzt werden, der (idealerweise) alle Frequenzen
> unterhalb von 100Hz passieren lässt und alles oberhalb dämpft.

...deshalb dachte ich ja ich wähle so 100kHz. Wenn ich in das Signal 
"reingezoomt" habe, hatte das Rippel so eine Frequenz von ca 900kHz. 
Klar, die ÜF des Filters sieht nicht wie ein Rechteck aus, aber deshalb 
dachte ich je höher die Ordnung, desto besser das Ergebnis.

Einen hohen Strom am Ausgang brauch ich nicht, aber ich brauche eine 
gewisse Amplitude am Ausgang(für die weitere Auswertung) und deshalb 
müsste ich das Ganze dann wieder verstärken.

Dank dir.

Gruß

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo nochmal,

so hab den ganze Tag nochmal mit dem Filter verbracht. Das hätte ich nie 
gedacht das das so Probleme gibt. Hab euch mal ein Bild angehängt, wo 
das PWM Signal durch einen TP 1.Ordnung mit fg= 30Hz geschickt wird.
So gut, so schön. Jetzt hätte ich gerne die ganze Sache noch schöner 
hinbekommen und habe aktive Filter 2. und 3.Ordnung probiert, aber ohne 
Erfolg. Ich mach irgendwas total falsch.

Die Filter habe ich mit Filter Pro designed und dann auf einem 
Steckboard aufgebaut.

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Bei 3 KHz und bei 30kHz. Bei den 30kHz haben sich nur C1 und C2 um eine 
Zehnerpotenz verändert. C1= 330p C2= 2,2n

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Bild bei fg= 3kHz

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Bild bei fg= 30kHz

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Was ich nicht verstehe sind die hochfrequenten Überlagerungen auf meiner 
Grundschwingung. Das sind die Lade und Entladevorgänge bei den Pulsen, 
aber wie kann denn bei einem Tiefpass mit fg von z.B. 3kHz eine 
Schwingung mit grob 1MHz so eine Amplitude haben?

Ich muss irgendwas doch total falsch gemacht haben, oder?

Sorry wenn ich hier so viele Bilder posten, aber das in Worte fassen gäb 
nen Roman!

Ich würde mich über Hilfe freuen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Ich muss irgendwas doch total falsch gemacht haben, oder?
Das sieht aus, als ob du mit der Schaltung (nicht mit der 
Dimensionierung) Probleme hättest.
Also: Schaltplan? Versorgung? Bauteile?

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Schaltplan müsste ich erst noch zeichnen. Ist momentan alles so halb 
dahingefrickelt. Dann wird das wahrscheinlich auch der Fehler sein. Zum 
Prinzip: Ich teile zwei Rechtecksignale unterschiedlicher Frequenz mit 
einem Nandglied herunter. Das ist das PWM-Signal. Der 74HC00 Baustein 
wird dann das Problem sein. Da springt der Ausgang "schonmal" wild 
herum. Blockkondensator ist aber drin und alle weiteren Eingänge auf 
GND. Ich dachte nur das es am triggern des Oszi liegt, da mit dem 
passiven Filter ja eigentlich richtige Werte herauskommen....

...mir gehen grad 1000 Gedanken durch den Kopf...

...bei dem passiven Filter hab ich keine Spannungsversorgung und der 
aktive Filter läuft über eine andere Spannungsquelle. Vielleicht ist das 
auch das Problem...

Ich muss morgen nochmal so einiges messen bevor ich jetzt hier wilde 
Vermutungen anstelle!


Ich dank dir schonmal.

Autor: Peter Hoppe (peterhoppe59)
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Wie hast Du Deinen Tastkopf an das Filter angeschlossen? Erstmal weg mit 
der Aligator Gnd-Strippe und dem Grabber. Stattdessen einen kurzen 
Gnd-Bügel (meist als Zubehör beim Tastkopf dabei) und die frei 
Tastkopfspitze verwenden. Die Schleifenfläche zwischen Gnd-Verbindung 
und Signal sollte so klein wie möglich sein.
Test: Tastkopfspitze mit Tastkopf-Gnd verbinden und an die Messtelle 
halten. Dann darf kein Signal sichtbar sein.

Peter

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Wenn es dir nicht so auf den Preis ankommt, wäre ein sehr schneller Weg 
über ein SC-Filter. In dem Frequenzbereich noch gängig. Gibt es von 
www.linear.com und www.maxim-ic.com als Band- und Tiefpaß.

Wenn du uns mehr über die Verwendung deines Signal verrätst, dann kann 
ich dir auch konkret einen Typ nennen.


Ansonsten: Das was du beschreibst ist ganz normal. Laß dich nicht von 
den paar Elektronen einschüchtern.


Gruß -
Abdul

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo,

ich muss nochmal nerven. Ich hab jetzt einiges in den letzten Tagen 
bestellt und probiert und bin so langsam echt am verzweifeln. Also das 
springen am Ausgang des Nand-Gliedes ist OK. Nach einigen Überlegungnen 
muss es ja so sein, da es ja ein PWM Signal ist und mein Osziloskop 
immer bei der positiven Flanke triggert. Somit sehe ich den kürzesten 
Puls sauber und alle längeren sehe ich halt nicht sauber und es sieht so 
aus als ob der Ausgang immer springt(natürlich nur wenn ich sehr weit 
reingezoomt habe). Ich habe dann mit den Betriebsspannungen einiges 
probiert und alle Stufen mal über ein externes Netzteil, dann mal über 
LM317 probiert mit Blockkondensator und ohne. Alle Leitungen die frei 
verdrahtet waren so viel gekürzt wie es nur ging. Dann hab ich gedacht 
es läge vielleicht an der Anpassung des Stufen und habe einen LM318 als 
Impedanzwandler dazwischen gesetzt. Brachte aber auch nichts. Ich habe 
den Filter mit dem 318 aufgebaut. Den LM324 mit Single Supply und Dual 
Supply laufen lassen. Keramikkondensatoren anstatt 
Folienkondensatoren...

Ich glaube es muss irgendwie mit der Gegenkopplung des Filters zutun 
haben. Wenn ich am positiven Eingang des LM324 messe, habe ich dem 
passiven Filter entsprechend schönes Signal. Am Ausgang habe ich jedoch 
diese furchtbar hochfrequenten Überlagerungen drauf.

Wäre über Tipps erneut dankbar.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Nach einigen Überlegungnen muss es ja so sein,
> da es ja ein PWM Signal ist...
Hmm... PWM?
Was kommt denn an den beiden NAND-Eingängen Timer1 und Timer2 rein?
Frequenz/Tastverhältnis? (irgendwas mit 1MHz?)

EDIT:
5pF im Gegenkopplungspfad? Sportlich.
Da brauchst du aber ein sehr gutes Layout und einen tollen Widerstand 
(der hat die 5pF schon als Anschlusskapazität).

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo,

Frequenz 1: 909kHz Tastverhältnis: 0,545
Frequenz 2: 869kHz Tastverhältnis: 0,636

Mit den 5pF hast du natürlich recht. War auch nur der Versuch die beiden 
Stufen zu entkoppeln. Im Datenblatt der 318 stand man sollte die 
Beschaltung als Spannungsfolger so vornehmen und nicht einfach brücken. 
Hab aber auch mit den Werten etwas experimentiert.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Frequenz 1: 909kHz Tastverhältnis: 0,545
> Frequenz 2: 869kHz Tastverhältnis: 0,636
Der LM324 ist um Welten zu langsam:
Wide bandwidth (unity gain) 1 MHz
Um ein Signal mit Mischfrequenzen im 10...MHz-Bereich auszuregeln 
(Rechteckflanken) muss auch der OPAmp im 10...MHz-Bereich gegensteuern 
bzw. ausregeln können. Wenn der nicht hinterherkommt, dann funktioniert 
ganz einfach der Filter nicht. Und so sehen deine Oszi-Bilder dann auch 
aus.

Zitat
... kann man mit Operationsverstärkern des Typs mA741 Filter 
bis etwa 10kHz aufbauen, mit Operationsverstärkern des 
Typs LM318 etwa bis 200 kHz. 
Und der LM318 hat eine Unitiy Gain Bandwidth von 15 MHz.
D.h. der LM324 taugt bestenfalls bis 13kHz   :-o

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Ich danke dir. Das ist ja heftig. Ich dachte da der OPAMP ja schon ein 
vorgefiltertes Signal bekommt, reicht der 324 aus. Als ich dann 
skeptisch wurde suchte ich den LM318 aus. Das der jetzt aber nur bis 
200kHz zu gebrauchen ist hätte ich niemals gedacht.

Ich bin aber super froh über deine Hilfe und die Aufklärung. Werde mich 
dann morgen mal auf die Suche nach nem geeigneten OPAMP >100MHz machen.

Vielen, vielen Dank.

Schönen Abend noch.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Ich bin aber super froh über deine Hilfe und die Aufklärung. Werde mich
>dann morgen mal auf die Suche nach nem geeigneten OPAMP >100MHz machen.

Und warum nimmst du nicht ein LC Filter ?
In diesen Frequenzbereichen haben RLC Filter bessere Eigenschaften als 
OP-AMP Schaltungen.

Gruss Helmi

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo Helmi,

ich glaube damit werde ich mich jetzt auch beschäftigen. Hab gestern 
abend nur mal kurz geguckt was da fürn OPAMP evtl. in Frage käme. Meine 
Güte sind die teuer. Ich denke das kann ich mir abschminken. Ich werde 
nochmal einen Lesetag einfügen! Hatte die aktive Lösung irgendwie direkt 
bevorzugt, da mir Spulen noch sehr fremd sind.

Dank euch!

Autor: S. F. (deffman)
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Guten Morgen,

also ich würde dir auch zu der passiven Lösung raten. Aber nur nebenbei, 
so teuer sind die doch nicht. Schau mal bei www.linear.com. Hab da 
gerade einen 600MHz Highspeed Opamp gefunden, der gerade mal 4 US$ 
kostet. Vor allem kannst du bei denen aber auch samples anfordern. Musst 
dich nur kurz kostenlos registrieren, dann kannst du dir Samples 
bestellen. Hab damit super Erfahrung gemacht. Die meisten Teile waren so 
nach ein bis zwei Wochen da, und alles komplett umsonst (also nicht mal 
Porto).

Aber das ganze nur so nebenbei ;)

Gruß

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Hatte die aktive Lösung irgendwie direkt
>bevorzugt, da mir Spulen noch sehr fremd sind.

Die meisten Spulen brauchst du doch nicht selbst wickeln. Fuer solche 
Tiefpassfilter nehme ich immer welche in Widerstandsbauform. Die bekommt 
man fertig zu kaufen in der E6-Serie.


http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=2;GROUP=B512;...

Gruss Helmi

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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> Die meisten Spulen brauchst du doch nicht selbst wickeln.

:-)

Würde auch schwer. Die ganze sache soll im Endeffekt in SMD ausgeführt 
werden. Ich meinte damit auch den Umgang mit Spulen. Irgendwie ist mir 
(als Anfänger) der Kondensator doch viel vertrauter. Außer in 
Leistungselektronik wurde bei uns nicht großartig auf die Spule 
eingegangen, zumindest nicht so wie auf den Kondensator. (Was der Bauer 
nicht kennt, isst er nicht :-) )

Ich hab eben mal etwas intensiver gesucht. Es gibt ja doch recht 
günstige OPAMPs. Werde den AD8091 dennoch mal mitbestellen und 
probieren. Schadet ja nicht. Die passive Lösung werde ich aber definitiv 
auch in Angriff nehmen.

Es ist für mich echt schwer im Dschungel der Bauteile durchzublicken. 
Einiges hat man im Studium nicht richtig verstanden und die Erfahrung 
fehlt. Meine Kollegen sind auch noch nicht sehr lange im Beruf und haben 
in manchen Dingen auch noch keine Erfahrung.

Ich danke euch nochmal.

Gruß

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Es gibt ja doch rechtgünstige OPAMPs.
Ja, aber lies das Datenblatt genau durch, schau dir HF-Layouts mit 
OP-Amps an (das ist es, was du machen wirst).

Die Formel für einen LC Filter ist soo schwierig nun auch nicht. Und das 
funktioniert in der Realität ganz gut (und ist unglaublich billig).
> Frequenz 1: 909kHz Tastverhältnis: 0,545
> Frequenz 2: 869kHz Tastverhältnis: 0,636
Mit deinen definierten Rahmenbedingungen drängt sich so ein passives 
Filter Teil geradezu auf.

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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> Mit deinen definierten Rahmenbedingungen drängt sich so ein passives
> Filter Teil geradezu auf.


Hab verstanden!

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Es verlangt ja von dir auch keiner das du ein 9 Pol. Cauer Filter aus 
dem Kopf ausrechnest.

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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> Es verlangt ja von dir auch keiner das du ein 9 Pol. Cauer Filter aus
> dem Kopf ausrechnest.

Und das ist auch gut so. :-)

Hab grad mal Bauteile bestellt. An Spulen hab ich erstmal 10uH und 100uH 
angenommen. Das gibt dann ja passable Werte für das C.
Hoffe die Sache nimmt dann bald Formen an.
Ich danke nochmal für eure Hilfe.

Gruß

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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ich habe das mal schnell eingegeben.
Welche Frequenzanteile erwartest Du denn innerhalb der gefilterten PWM 
als Ergebnis? Ich habe in der FFT den ersten wirklixch starken Peek bei 
40Khz...

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Hier gut zu sehen

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Da braucht An(alog)fänger aber einen guten NAND-Treiber, der die 180 Ohm 
sauber treiben kann...

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Ja, nicht wahr? Du hast natürlich Recht! Mein Fehler...
Wenn man die Filter eine Dekade höher auslegt, wirds hinten am Ende arg 
hochohmig. Oder man koppelt die Filter stärker und nimmt nicht die 
10fachen Werte, sondern nur doppelt so große.oderso

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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40kHz ist genau richtig.
Wie bist du denn auf die Dimensionierung gekommen?

Die 40kHz müssen ja auch sein, da Frequenz1 und Frequenz2 ein Delta von 
40kHz haben, oder?

Bei Image3 hatte ich die Timer etwas verstimmt.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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>Wie bist du denn auf die Dimensionierung gekommen?

na 1/(2 x Pi x R x C )=40000 (ca.)

6x180=1080;

1080x22n=23.8µ

1/24µ=41666, also ca.40khz

Damit der Abfall steiler wird, schaltet man mehrerere hintereinander, 
damit sich die Filter nicht zu stark beiinflussen (normalerweise müsste 
immer ein 1Folger dazwischen) wählt man das Impedanzniveau so, das die 
folgende Filterstufe die vorhergehende nicht zu stark belastet. (so in 
etwa)
;-)))

(ich und Mathe)

edit:
nochwas.
Durch die Verkettung der Filter hat sich die Grenzfrequenz nun nach 
unten verschoben und liegt bei 18.5khz und hat einen Abfall von 16.5db 
pro Oktave.

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Mit dem Impedanzwandler dazwischen machts Sinn. Anders natürlich in der 
Simulation auch.
Mich wunderten die krummen (kleinen) Werte. 180 Ohm fand ich so 
ungewöhnlich. Du hast dann wahrscheinlich 22nF angenommen, damit der 
letzte nicht zu klein wird und daher kommt dann auch der kleine 
Eingangswiderstand.

Hast du als Tastverhältnis 0,5 bei beiden Signalen angenommen?

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Ich habe dir mal ein LC Filter simuliert.

Grenzfrequenz 40KHz.
Ordnung: 5
Filtertype: Butterworth

Gruss Helmi

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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An(alog)fänger wrote:
> Mit dem Impedanzwandler dazwischen machts Sinn. Anders natürlich in der
> Simulation auch.
> Mich wunderten die krummen (kleinen) Werte. 180 Ohm fand ich so
> ungewöhnlich. Du hast dann wahrscheinlich 22nF angenommen, damit der
> letzte nicht zu klein wird und daher kommt dann auch der kleine
> Eingangswiderstand.
>
> Hast du als Tastverhältnis 0,5 bei beiden Signalen angenommen?

ja genau so. Muss man sehen, 180 sind tatsächlich etwas arg wenig :-)

Autor: Exe (Gast)
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""Was ich nicht verstehe sind die hochfrequenten Überlagerungen auf 
meiner
Grundschwingung.""

Hi An
Falls diese parasitäre, hochfrequente Schwingung erst nach dem 318 
auftritt ist es dessen Eigenschwingung. Der 318 neigt dazu und diese 
Schwingung ist oftmals nicht wegzubekommen. Der Sinus mit dem 
Kurzhaarschnitt zeigt dies. Sie liegt per Frequenz bei bis zu 100MHz.
Einfach einmal probehalber einen anderen Op verwenden.
Diese Schwingung des 318 ist mir mehr als sattsamt begegnet. Ein Magier 
der parasitären Oszillation.

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo Leute,

da ich ja eh noch auf die Bauteile warte, hab ich heute morgen die 
Schaltung von Axel mal aufgebaut, allerdings mit 3x 1,5k und 2,2nF und 
mit dem LM324 als Spannungsfolger. Das sind schon sehr brauchbare 
Ergebnisse. Ich warte mal ab wie die Ergebnisse mit den RCL Filtern 
ausfallen.
Das ich das nicht früher probiert habe.

Ich möchte mich nochmal bei euch allen bedanken.
(War bestimmt nicht die letzte Frage :-) )

Gruß

Autor: Exe (Gast)
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Hi An
Du hast geschrieben
""Am Ausgang habe ich jedoch
diese furchtbar hochfrequenten Überlagerungen drauf."

Ist diese Störschwingung immer noch vorhanden oder weg wenn der 318 
ersetzt wird?
Ein 318 schwingt ziemlich sicher mit einer parasitären Eigenschwingung 
im hohen Mhz-Bereich wenn der Invertaleingang nicht mit einem genügend 
kleinen Widerstand zur Masse verbunden ist.
Er allein ist die Quelle der HF!

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hi Exe,

das konnte ich noch nicht testen, da ich keinen vergleichbar schnellen 
bzw. schnelleren Opamp habe. Hab aber welche bestellt und werde es 
probieren. Das Problem lag bei beiden Opamps vor, die ja, wie Lothar 
Miller schrieb, beide zu langsam sind.

> Zitat... kann man mit Operationsverstärkern des Typs mA741 Filter
> bis etwa 10kHz aufbauen, mit Operationsverstärkern des
> Typs LM318 etwa bis 200 kHz.

> Und der LM318 hat eine Unitiy Gain Bandwidth von 15 MHz.
> D.h. der LM324 taugt bestenfalls bis 13kHz   :-o

Ich dank dir für den Tipp. Werde dann den LM318 aus meinem active Filter 
Gedächtnis löschen :-)

Gruß

Autor: Exe (Gast)
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Hi An
Vor 2 Wochen hatte ich genau den Fall des 318 in der Restaurierung eines 
Plessey-Pulsverstärkers von 73 die ich noch ausführlich beschreiben 
werde.
Ein 318 als Spannungsfolger mit 100KOhm in der Gegenkopplung und kein 
Ableitwiderstand vom Invertaleingang zu GND.
Der sollte die Impedanz eines 100KHz-up-Signals anpassen und wies einen 
10KOhmwiderstand im slit-load am Nichtinverter zur Masse auf. Der 
Nichtiverter war über 1000uF "zu" an einer niederohmigen Quelle.
Auch bei Nullsignal am Eingang bereits 80MHz fast symmetrisches Dreieck 
am Ausgang und da halfen auch keine ceramics hier oder dort. Bei 
Pulseingangssignal oder Sinus tanzte exakt dieser 80MHz-Kurzhaarschnitt 
auf dem 100KHz-Sinus.
Deinem screenshot wie aus dem Sinus geschnitten.
Dieser Spuk verschwand erst bei Beschaltung des Invertaleingangs zu GND.
Lothar ist zwar ein absoluter Durchblicker, wie auch manch anderer neben 
anderweitig mehr begabten (damit sind nicht die Frager oder Anfänger 
gemeint sondern Labersäcke die zum Thema nichts beitragen aber das 
grosse Schreibwerk reissen) hier aber ich teile da nicht ganz seine 
Meinung.
Der 318 müsste nach der Vorfilterung der 1.Ordnung und 
KLEINSIGNALVERARBEITUNG ausreichen nur der 324 ist eindeutig zu langsam.
LC-Filter werden jede vergleichbare Ordnung RC-Filter um Längen schlagen
samt den aktiven Filtern. Die bringen so gut wie nichts.
Aber zunächst muss die Eigenschwingung weg.
Du kannst es einfach testen. Setz einen 324 probeweise ein und schau ob 
die Oszillation weg ist gleichwohl das nicht per Aufgabe richtig funzen 
wird.
Aber zum Test?

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo Exe,

alle Screenshots sind mit dem 324 entstanden. Bilder mit dem 318 hab ich 
keine gepostet. Das erste Bild war ein passiver TP 1.Ordnung mit 
fg=30Hz. Da kann man die Welligkeit ja verstehen. Als ich mit dem 
aktiven Filter mit 324 nicht weiter kam versuchte ich verschiedene 
Dinge, u.a. bestellte ich den 318 und baute damit den Filter 2.Ordnung 
auf.  Hier erreichte ich deutlich bessere Ergebnisse als die oben 
gezeigten Bilder, hatte jedoch auch noch ein rel. großes Rippel auf dem 
Signal. Das kann gut sein das es jetzt 2 verschiedene Ursachen waren.

1. mein 324 ist viel zu langsam.
2. die von dir erklärte Problematik.

Wenn ich die anderen OPAMPs habe, werde ich es probieren und berichten.

Ich danke dir.

Autor: Exe (Gast)
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Hi An
Dann mag die HF-Störung bereits vor den Ops verursacht werden. Dann 
werden aber auch schnellere Ops nicht viel bringen.
Sollte der Kurzhaarschnitt mit 2x324 auch entstanden sein muss eine 
gänzlich andere Ursache für die Stör-HF vorliegen. Der 324 kann nicht 
mit HF schwingen.

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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> 2x324

?

Der Kurzhaarschnitt ist entstanden als der 74HC00 "direkt" auf das 
passive Filter 1. Ordnung gegangen ist. Ohne Impedanzwandler. Danach 
fing ich erst an zu experimentieren. Sprich Spannungsfolger mit 318, 
Filter mit 318...
Sorry wenn ich das unklar ausgedrückt habe.

Autor: Exe (Gast)
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Hi An
Ich gehe nicht davon aus dass "bessere" Ops Abhilfe bringen werden was 
die Störspannung anbetrifft.
Versuchen wir einmal Ordnung in die Sache zu bringen.
Offenbar ergab sich die 1MHz-Störschwingung auch bei passiven RC-Filtern 
und eben das ist praktisch nicht möglich.
Nehmen wir dieses Bild
http://www.mikrocontroller.net/attachment/preview/46946.jpg
Wenn hier ein PASSIVER Tp mit fg = 3KHz anlag und die obere Funktion das 
Pulsbreitensignal wie die untere Funktion das Signal am C des Tps ist so 
ist das schwer verständlich.
Das sieht mehr nach einer Differentiation als nach einer Integration aus 
also mehr nach Hp als nach Tp.
Der relativ steile Anstieg des Pulses erzeugt eine hohe Spitze positiv 
und der flachere Abfall eine kleiner negative Spitze.
Dies deutet auf Hp und Differentiation hin.
Bei einem TP 1.Ordnung sollte die Grundwelle des Pulsbreitensignals 
bereits deutlich erkennbar sein.
Was passiert denn bei einem PASSIVEN RC-Filter 2. Ordnung das ja schnell 
zusammengesteckt ist?
Da wird eine Störschwingung von 1MHz wohl nicht mehr möglich sein.
Hast du wirklich am C des Tps zu GND gemessen???

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo Exe,

nur das allererste Bild (Sinus mit Kurzhaarschnitt) ist mit einem 
passiven Filter (1.Ordnung) entstanden. Alle weiteren mit aktivem Filter 
2. Ordnung ohne Impedanzwandler mit LM324 im aktiven Filter.

Ich habe gestern 3 passive Tiefpassfilter, jeweils mit dem LM324 als 
Impedanzwandler aufgebaut und hab ein wunderbares Signal. Hiermit kann 
ich eigentlich schon sehr gut arbeiten, möchte aber in den nächsten 
Tagen die anderen Lösungen auch noch probieren um ein Gefühl für die 
verschiedenen Filter zu bekommen. Ich hab momentan keinen riesen 
Zeitdruck und kann ja nur dabei lernen. Bis die Bauteile da sind kann 
ich mit der passiven Lösung an der weiteren Schaltung arbeiten.

Nochmal danke für deine Mühe.

Gruß

Autor: Exe (Gast)
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Hi An
Das hellt die Sache teilweise auf.
Der erste Tp war offensichtlich nicht in der Lage die hohen 
Frequenzanteile aus dem Steuersignal zu filtern und daher die 
verbleibende Kurzhaarspannung. Entkoppelte Filter sind jedem Sallen samt 
seinem Key vergleichbar und offensichtlich reicht da wohl auch ein 324 
da er ja bei hohen Frequenzen kein Grossignalverhalten mehr aufbringen 
muss. Mehrere 318, falls ruhig, würden dann durchaus zweckerfüllend 
sein.
Immer noch unklar ist die Differentiation. Dass das Hochpassverhalten 
ist steht ausser Zweifel. Bei der Differentiation einer Pulsflanke ist 
die Spitzenhöhe die Steigung der Flanke und da die positive Flanke 
deutlich steiler ist als die negative Flanke kommt genau diese Antwort 
heraus.
http://www.mikrocontroller.net/attachment/preview/46946.jpg
Ein passiver Tp nach dem Gatter kann das nicht gewesen sein. War es 
eventuell ein "verkehrter" Sallen?

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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> http://www.mikrocontroller.net/attachment/preview/46946.jpg
> Ein passiver Tp nach dem Gatter kann das nicht gewesen sein. War es
> eventuell ein "verkehrter" Sallen?

Richtig, das war kein Passiver, sondern ein aktiver Sallen Key mit 
LM324!

Autor: Exe (Gast)
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Hi An
""Richtig, das war kein Passiver, sondern ein aktiver Sallen Key mit
LM324!""

Und der war so aufgebaut wie es hier gezeigt wird? Also mal ohne den 318 
aber mit 324?
http://www.mikrocontroller.net/attachment/47440/Sc...

So es zutrifft wäre das ein höchst interessantes Phänomen.
Das ist ein anständig dimensionierter Tp und der kann aus einem 
Rechtecksignal keinen Nadelimpuls machen oder sagen wir es anders.
Wo fg auch liegt, es bleibt ein Tp.
Nur eine gnadenlose Übersteuerung des Ops könnte dessen "zunächst"-Sinus 
dann zum Dreieck oder gar den Nadeln machen.
Werde das mal ausprobieren. Wo lag genau die Frequenz des Pulses?

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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> Frequenz 1: 909kHz Tastverhältnis: 0,545
> Frequenz 2: 869kHz Tastverhältnis: 0,636


Beide Frequenzen über das NAND Glied gemischt und dann ohne die 318er 
Stufe auf die Filterstufe.
(Also den gestrichelten Kasten in
http://www.mikrocontroller.net/attachment/47440/Sc...
weg)

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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An(alog)fänger wrote:
>> Frequenz 1: 909kHz Tastverhältnis: 0,545
>> Frequenz 2: 869kHz Tastverhältnis: 0,636
>
>
> Beide Frequenzen über das NAND Glied gemischt und dann ohne die 318er
> Stufe auf die Filterstufe.
> (Also den gestrichelten Kasten in
> http://www.mikrocontroller.net/attachment/47440/Sc...
> weg)

Würde ich passiv vorfiltern. Aber gut, nun gehts ja, oder?

Autor: Exe (Gast)
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Also folks
Ein Sallen bringt nichts selbst wenn er seinen Key dazu einlädt.
Der Aufwand mit 2 Ops ist materiell kleiner als ein guter Kondensator 
und die Schaltung umständlicher.
Auch in der Übertragungsfunktion bringt er nichts gegen zwei entkoppelte 
RC-Stufen. Der 324 oder auch 2-3 stinkende 1741 genügen solange die 
Signalamplituden unter +/-2.5V bleiben, also TTL-Pegel.
Erst bei Grossignalen verzerrt es in das berüchtigte Dreieck.
Zwei oder drei einfache spannungsgefolgte RC-Tiefpässe und gut isses.
Mit den Grenzfrequenzen kann man sich herumspielen.
Entweder alle gleich oder gestaffelt, das muss man probieren.
Störschwingungen bei 741-series gab es keine nur bei extrem kurzer 
Pulsdauer, also einem duty von unter 10%, beginnt der Sinus zum Sägezahn 
zu mutieren was aber ab 3 Stufen auch ziemlich weg ist.
Wer experimentieren will verwendet für den 2-stufer Potis bei konstanten 
Cs. Er kann dann fein sehen wie der zum Bleistift 40Khz-Sinus zunächst 
nach rechts hängt und dann nach links. Der minimalste Klirr liegt 
dazwischen. Der Klirr wird sich durch LC-Filter weiter minimieren 
lassen.
Die besten Ergebnisser erhält man wenn zunächst das Rechteck mit einem 
Miller zum Dreieck gemacht wird und dann ein 2-stufer entkoppelt 
nachfolgt. Auch 2 Miller hintereinander sind schon ordentlich.
Vermutlich wird der Klirr kleiner wenn der Op schneller wird da die 
Eigenkompensation auf zero bei 1MHz bereits als zusätzlicher Tp 
fungiert.
Diese Differentiation MUSS ein Fehler in der Sallen-Beschaltung zugrunde 
gelegen haben da dies eindeutig Hp-Verhalten ist.
Gegeben zu San Francisco am 5.März um 6:10PM

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Auch 2 Miller hintereinander sind schon ordentlich.
 :-D

> Nur eine gnadenlose Übersteuerung des Ops könnte dessen "zunächst"-Sinus
> dann zum Dreieck oder gar den Nadeln machen.
Ich könnte mir gut vorstellen, dass die Nadeln sich den Weg über den 
Mitkopplungkondensator zum Ausgang des Filters nehmen (im Bild 
http://www.mikrocontroller.net/attachment/47440/Sc... der 
2,2nF).
Und weil der OPAmp einfach zu langsam ist, sieht er zwar den Fehler im 
Ausgangssignal, er kann diese Spitze aber nur verzögert ausregeln.
Das Problem war schon mal da im 
Beitrag "Re: Digital-Analog Wandlung ab PWM OpenDrain Output"

> Diese Differentiation MUSS ein Fehler in der Sallen-Beschaltung
> zugrunde gelegen haben da dies eindeutig Hp-Verhalten ist.
Richtig. Für einen Sallen-Key Tiefpass brauche ich keinen langsamen 
OPAmp, sondern einen, der so schnell ist, dass er mir die höchste 
gewünschte Frequenz noch verarbeiten und ausregeln kann. Demnach ist der 
Fehler der langsame LM324.

Autor: Exe (Gast)
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Hi Lothar
Ich stimme da im Wesentlichen zu.
Klar ist dass der 324 als Folger mit passiver RC-Ordnung bei kleinen 
Signalen passable Ergebnisse liefert. So ist ab der 3. Ordnung (kostet 
ja praktisch nichts so ein Oplein) und 1Vss mit dem Auge kaum noch eine 
nichtlineare Verzerrung auszumachen und das Auge ist erstaunlich 
aufmerksam was Klirr "sehen" anbetrifft. Ein Sallen samt seinem Key
(dieser joke fand sogar bei Google "Freunde") hat EXAKT die gleiche Üb 
als Spannungsfolger wie 2 entkoppelte RCs und ist "undurchsichtiger". 
Mitkopplungen mit k grösser 1 führen zwar zur Versteilerung der Flanke 
aber die maximale Ebnung ist weg.
Bei zwei Millers hintereinander ist am Ausgang des 1. ein zünftiges 
Dreieck, wenn auch mit unsymmetrischen Flanken zu finden und bei duty 
50% ist der Sinus nach dem 2. Miller bereits topfit. Danach ein RC und 
fertig ist die Laube. Das ist dann bereits "Hörqualität würde es im 
NF-Gebiet genutzt.
Ich bin auch der Meinung dass ein Koppel-C diese Differentiation bei 
falsch bemessenem und zu langsamem Sallen generiert hat. Eine Diff 
bleibt es, da beisst keine Maus den Faden ab.

Autor: An(alog)fänger (Gast)
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Hallo Exe,

ich wollte nur nochmal eben anmerken 1Vss stimmt nicht. Das (PWM)Signal 
hat eine Amplitude von 5V. Tastkopf 1:10 !

Da hatten wir noch garnicht drüber gesprochen.

Gruß

Autor: Exe (Gast)
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Hi An
Das ist mir schon klar mit den 5V.
Siehe mein vorgehender Beitrag
""Auch in der Übertragungsfunktion bringt er nichts gegen zwei 
entkoppelte
RC-Stufen. Der 324 oder auch 2-3 stinkende 1741 genügen solange die
Signalamplituden unter +/-2.5V bleiben, also TTL-Pegel.""
Allerdings sah ich bei +/-2.5V bereits Anzeichen dass der 1741 so ab 
50KHz die Sinusflanken nach der 2.Ordnung abdreieckt. Da beginnt dann 
das "Eigenleben" des Ops.
Daher wählte ich diese 1Vss. Dies aber klar nach der 2./3.Ordnung und 
nicht am Eingang. Die Amplitude wird ja bei jeder Ordnung kleiner.
Eine Eingangsamplitude von +/-15V führt an allen Ordnungen bereits zur 
Pressung der Flanken was auch sein muss bei Ops mit 1MHz crossover.
So war es gemeint.

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