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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sallen Key Bandpass


Autor: Paul (Gast)
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Hallo,

habe die angehängte Schaltung vor aufzubauen und habe sie erstmal 
simuliert. Es handelt sich um einen Bandpass in Sallen Key Struktur. Als 
Dimensionierungsvorschriften finde ich nur Formeln in der eine 
Mittenfrequenz vorgegeben wird. Meine Frage ist nun, kann man dieses 
Filter so dimensionieren, das man eine obere und untere Grenzfrequenz 
vorgeben kann? Mein späteres Filter sollte so aussehen, das zwischen 0,5 
Hz und 30Hz keine Dämpfung auftritt. (Linearer Verlauf der 
Übertragungsfunktion) Vorgaben sind bis jetzt nur R1=R2, R3=2*R1, C1=C2 
und A<3 über R4/5 einstellbar.

Die Idee dahinter ist, sowenig wie möglich OPVs zu verwenden.

Paul

Autor: Paul (Gast)
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Keiner eine Idee?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Es gibt kein Filter das keine Dämpfung bei den Grenzfrequenzen hat.

Das ganze Bandpass-Filter degeneriert bei so hohem Verhältnis von 
Bandbreite zu Mittenfrequenz zu einem simplen CR-Hochpass und 
RC-Tiefpass.

R1=220k
C2=10n
C1=2u
R3=470k
R2 weglassen

Verstärkung des Opmap nach Belieben

Autor: HildeK (Gast)
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>Meine Frage ist nun, kann man dieses
>Filter so dimensionieren, das man eine obere und untere Grenzfrequenz
>vorgeben kann?
Soweit ich weiß, kann man das nicht. Du kannst zwar über die Güte die 
Steilheit der Flanken beeinflussen, aber das ist nicht das was du 
willst.
Passive LC-Filterstrukturen von breiteren Bandpässen leben von mehreren 
zueinander verstimmten Bandpässen, die geeignet gekoppelt wurden. Das 
geht vermutlich mit den aktiven Filtern auch. Aber so große (relative) 
Bandbreiten wirst du damit kaum realisieren können.

In deinem Fall ist die Variation ja fast 1:100, da wäre imho die 
richtige Lösung einen Hochpass bei 0.5Hz und einen Tiefpass bei 30Hz zu 
nehmen.

Autor: Paul (Gast)
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Man kann natürlich auch einen Hochpass in Reihe zum SallenKeyTP 
schalten. Aber um es richtig zu machen müßte man HP und TP entkoppeln. 
Kostet einen OPV.

Weiterhin hatte ich den LT1013/14 ins Auge gefasst. Nur leider finde ich 
im DB keine Angabe zum GBP. Nur ein Diagramm aus dem ich nicht schlau 
werde (Seite8 Gain, Phase vs. Frequency). Jemand da eine Idee?

Die erste Verstärkerstufe meiner Schaltung muß einen sehr kleinen Strom 
in eine Spannung wandeln. Wie groß der genau ist, weiß ich noch nicht, 
aber ich rechne erstmal mit einer Verstärkung von 500000. Bei einer 
Signalbandbreite von 30Hz macht das ein GPB von 15e6. Habe das Gefühl 
der LT1014 macht das nicht mit. Hat jemand Erfahrung mit dem Teil und 
will sie mit mir teilen?

Autor: Paul (Gast)
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@HildeK

habe deinen Beitrag zu spät gelesen.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Paul schrieb:
> Man kann natürlich auch einen Hochpass in Reihe zum SallenKeyTP
> schalten. Aber um es richtig zu machen müßte man HP und TP entkoppeln.
> Kostet einen OPV.
>
> Weiterhin hatte ich den LT1013/14 ins Auge gefasst. Nur leider finde ich
> im DB keine Angabe zum GBP. Nur ein Diagramm aus dem ich nicht schlau
> werde (Seite8 Gain, Phase vs. Frequency). Jemand da eine Idee?
>
> Die erste Verstärkerstufe meiner Schaltung muß einen sehr kleinen Strom
> in eine Spannung wandeln. Wie groß der genau ist, weiß ich noch nicht,
> aber ich rechne erstmal mit einer Verstärkung von 500000. Bei einer
> Signalbandbreite von 30Hz macht das ein GPB von 15e6. Habe das Gefühl
> der LT1014 macht das nicht mit. Hat jemand Erfahrung mit dem Teil und
> will sie mit mir teilen?

Man kann auch CR und RC ohne Opamp hintereinander schalten.
Warum hast du meinen Vorschlag ignoriert?

LT1014: GBW ca. 500kHz bis 1MHz je nach Versorgungsspannung

Was soll denn diese Angabe Strom zu Spannungsverstärkung 500000.
Ist dann 1uA an 1MegOhm bei dir eine Verstärkung von 1000000?
Das hat mit GBP erst mal nichts zu tun.

Autor: Paul (Gast)
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>Warum hast du meinen Vorschlag ignoriert?

Nicht ignoriert, sondern, wie auch bei HildeK, zu spät gelesen. (Tippe 
wohl zu langsam.)

Autor: HildeK (Gast)
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Ich kann jetzt dein 'Verstärkungsproblem' nicht richtig nachvollziehen. 
Dein ursprünglicher Schaltungsvorschlag verlangt am Eingang eine 
niederohmige Spannungsquelle. Ebenso wie auch die HP/TP-Lösungen.

>Kostet einen OPV.
Vom Preis her sicherlich keine Frage. Vom Platz ist das auch nicht so 
dramatisch: ein einzelner wäre in einem DIL/SO8, da gibt es auch schon 
doppelte. Oder die Vierfach-OPAs im DIL/SO/TSSOP14.
Und, falls du so hohe Spannungs - Verstärkungen brauchst, wie oben 
angegeben, sind sowieso mehrere Verstärker angebracht. Nur mit den 
Filter-OPAs geht das i.A. nicht, denn da muss z.B. beim TP auch noch 
weit oberhalb der Grenzfrequenz noch genügend Verstärkung vorhanden sein 
- zumindest überall da, wo der TP Signale unterdrücken soll.

Kennst du FilterPro von Texas Instruments? Da werden u.A. auch zu den 
notwendigen GBWs der einzelnen Stufen Aussagen gemacht.

Autor: Paul (Gast)
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Helmut habe deinen Dimensionierungsvorschlag mal simuliert. Also bei mir 
kommt da nichts brauchbares raus. Oder habe ich dich total falsch 
verstanden?

Autor: HildeK (Gast)
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>Oder habe ich dich total falsch
>verstanden?
Helmut schrieb: R2 weglassen, nicht kurzschließen!

Autor: Paul (Gast)
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Außerdem ist mir schleierhaft wie du auf das GPW kommst.


Die Sache mit der Strom Spannungsverstärkung ist leider etwas schlecht 
beschrieben. Ich habe einen Photodiodenstrom der sehr klein ist und 
dieser soll in eine Spannung gewandelt werden. Deshalb einen I/U 
Wandler. Meine Vermutung war nun ein A=500k und die Bandbreite soll 30Hz 
sein. Ergo 30*500k=15Meg. Was ist daran falsch?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Paul schrieb:
> Helmut habe deinen Dimensionierungsvorschlag mal simuliert. Also bei mir
> kommt da nichts brauchbares raus. Oder habe ich dich total falsch
> verstanden?

Hab meine Schaltung angehängt.
Wie gesagt, die Verstärkung kannst du frei wählen.

Den "Europa-Widerstand" gibt es unter [Misc].

Autor: Paul (Gast)
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>Helmut schrieb: R2 weglassen, nicht kurzschließen!

Stimmt. Nun klappts auch. Aber nicht entkoppelt.

Autor: Paul (Gast)
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Danke Helmut mein Frequenzgang sieht genauso aus. War mein Fehler.

Autor: Paul (Gast)
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>Kennst du FilterPro von Texas Instruments?

Nein. Schau ich mir morgen an.

Bleibt für mich immer noch die Frage nach dem GPW des LT1014. Kommt die 
Angabe aus besagtem Diagramm?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Paul schrieb:
>>Kennst du FilterPro von Texas Instruments?
>
> Nein. Schau ich mir morgen an.
>
> Bleibt für mich immer noch die Frage nach dem GPW des LT1014. Kommt die
> Angabe aus besagtem Diagramm?

Ja, da wo die Verstärkung die 0dB-Line erreicht ist f=GBW oder GBP.

0dB = 1

Autor: HildeK (Gast)
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>Bleibt für mich immer noch die Frage nach dem GPW des LT1014. Kommt die
>Angabe aus besagtem Diagramm?
Nein, herauskommt, welches GBW der einzusetztende OPA haben muss, damit 
das Filter korrekt funktioniert.

Das des LT1014 steht im Datenblatt, siehe Diagramm 'Voltage Gain vs 
Frequency'. Die Frequenz, bei der die Verstärkung auf 1 (0 dB) 
zurückgeht, ist die GBW. Ich entnehme da so knapp 1 MHz.


>Den "Europa-Widerstand" gibt es unter [Misc].

Ich habe die res.asy geändert. Man muss sie aber sichern und bei einem 
Update wieder einspielen.

Autor: Paul (Gast)
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Filter Pro ist toll. Kann man Werte für R und C vorgeben? Die 
vorgeschlagenen Werte sind ja nicht immer vorhanden.

Die Frage mit dem GBW treibt mich immer noch um. Das Beispiel mit dem 
I/U Wandler war schlecht gewählt. Also eine neues Beispiel.

Bsp.: Baue ich nun einen TP Filter 1.Ordnung auf, der ein fG=1kHz und 
ein A=200 haben soll muß GBW=200*1000= 200kHz sein, oder? Oder muß ich 
eine Frequenz einsetzen, bis zu der der TP noch verzerrungsfrei 
Arbeitet. Also bei -20dB(10kHz). Würde dann bedeuten: 200*10kHz=2MHz.

Ratlos?!?

Paul

Autor: HildeK (Gast)
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Bei der ersten Ordnung stimmt deine Rechnung mit 200kHz, denn der OPA 
dient da nur als Puffer/Verstärker nach einem passiven RC-TP und greift 
in das Filtergeschehen nicht ein.
Bei einer aktiven Stufe (ab zweiter Ordnung, z.B. Sallen-Key) kannst du 
dir mit FilterPro ausgeben lassen, was da benötigt wird. Bei v=200 ist 
als OPA immerhin einer mit 20MHz GBW notwendig. Bei v=1 sinkt der Wert 
dann auf 100kHz. Das zeigt, dass es besser ist, im Filter selbst nur 
geringere Verstärkungen zu fahren und den Rest besser mit einem zweiten 
OPA, als reiner Verstärker betrieben, nachzuholen.
Ohne die Theorie dazu durchgearbeitet zu haben, behaupte ich mal, dass 
es daran liegt, dass der OPA im Sperrbereich aktiv z.B. gegenphasige 
Signale auf das Eingangssignal addieren muss, um so die Summe zu 
dämpfen. Deshalb wird er weit über die Filter-Grenzfrequenz hinaus noch 
ausreichend Verstärkung haben müssen.

Verstärkungen mit mehr als 100 sind imho suboptimal, denn damit wird der 
Gegenkopplungsfaktor kleiner und somit kommen die Unzulänglichkeiten der 
OPAs besser zur Geltung (Verzerrungen, endliche Grenzfrequenz) bzw. man 
braucht schon sehr ausgesuchte Typen, um die Aufgabe befriedigend zu 
lösen. Mit zweien aus der Standardreihe, die sich die Aufgaben teilen, 
wäre es aber oft kein Problem.

>Kann man Werte für R und C vorgeben?
Mit R1 Seed kann man den Grundwert für die Berechnung vorgeben. Außerdem 
kann man wählen, aus welcher Reihe (E12, E24 ...) R und C gewählt werden 
sollen. Zu grobe Rasterung kann durchaus deutlich den Frequenzgang 
verändern, vor allem dann, wenn du so hohe Verstärkungen fahren 
möchtest.

Autor: Paul (Gast)
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OK. vielen Dank, werde noch einen OPV zur Verstärkung vorsehen. Aber wie 
gesagt, ich muß erstmal herrausfinden, wie groß mein Messsignal in 
wirklichkeit ist. Danach richtet sich ja alles.

Bis bald Paul

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