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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bandpässe Ultraschall


Autor: Jochen M. (jochenmaier1973)
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Hallo,

ich habe die obigen Bandpässe so dimensioniert, dass sie folgende 
Frequenzen durchlassen sollten:
1.) 25 KHz - 29 KHz Xc=R=1K
2.) 30 KHz - 34 KHz Xc=R=1K
3.) 35 KHz          Xc=R=1K
Daraus haben sich folgende praktische Werte ergeben:
1.) Hochpass
C7=1/(2*pi*25KHz*1K)=6NF=>6,8NF=>23405Hz
Tiefpass
C9=1/(2*pi*29KHz*1K)=5NF=>5,6NF=>28420Hz
2.)Hochpass
C4=1/(2*pi*30KHz*1K)=5NF=>5,6NF=>28420Hz
Tiefpass
C6=1/(2*pi*34KHz*1K)=4NF=>4,7NF=>33862Hz
3.)Hochpass
C7=1/(2*pi*35KHz*1K)=4,5NF=>4,7NF=>33862Hz
Die Messwerte weichen aber erheblich ab (Dreiecksspannung):
1.) 1050Hz
2.) 1200Hz
3.) 1700Hz
auch funktionieren die Tiefpässe nicht, d.h. sie begrenzen nicht nach 
oben, so das sich jede Farbe dazuschaltet ohne die andere auszuschalten. 
Da muß ich wohl einen erheblichen Rechenfehler gemacht haben, oder 
sollte ich die Schaltung mit OPs aufbauen? Wer kann mir weiterhelfen?

Autor: Michael O. (mischu)
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T1/T3/T5 haben keinen vernünftigen Arbeitspunkt.
Zum einen fehlt ein Emitterwiderstand um Temperaturdrift zu vermeiden, 
außerdem ist ein Spannungsteiler an der Basis sinnvoll.

Ich habe die Werte nicht nachgerechnet, aber:
Du hast nur Filter erster Ordnung gewählt, diese haben eine Dämpfung von 
nur 6dB pro Oktave (Verdopplung der Abschwächung bei Verdopplung der 
Frequenz).
Die zu detektierenden Frequenzen liegen für ein solches Filter viel zu 
dicht zusammen. => Du brauchst ein Filter mit größerer Ordnung (mit 
OPAMP)

Außerdem stimmen Deine Werte nur für jeweils isolierte RC-Elemente.
Denn R18/C9 zum Beispiel belasten R17/C7 und verändern dessen 
Filtereigenschaften.

Such dir doch einfach mal LT-Spice heraus und simuliere das Verhalten.
Dabei lernt man eine ganz Menge.

Autor: Jochen M. (jochenmaier1973)
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und wie weit müssten dann die Freq. auseinander liegen?

Autor: Michael O. (mischu)
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Beispiel Tiefpass:
Eckfrequenz sei 1kHz, RC (Filter 1. Ordnung)
Damit hast Du folgende Dämpfungen:

1kHz   3dB     71%
2kHz   9dB     35%
4kHz   15dB    18%
10kHz  23dB     7%
2kHz   29dB     3,5%
4kHz   35dB     1,8%
10kHz  43dB     0,7%

Du hast nich beschrieben was Du machen möchtest. Ich nehme mal an, dass 
die Frequenzen fest vorgegeben sind.
Daher ist die Frage nicht, wieweit die Frequenzen auseinander liegen 
müssen, sondern welche Dämpfung du benötigst. Die minimal benötigte 
Dämpfung hängt davon ab, wie empfindlich deine Detektion arbeitet und 
mit welchen Signalpegel Du in die Schaltung gehen wirst.

Nehmen wir an, du musst das Signal bei 23kHz im Filter von 28kHz um 
mindestens Faktor 10 abschwächen.
D.h. 28,4/23,4 = 1,21   Die höhere Frequenz ist 21% höher als die 
niedrige.
Tiefpass Filterfrequenz auf 23,4kHz gelegt macht 3dB Dämpfung.
Bei 28,4kHz beträgt die Dämpfung:
3dB + 1,21 / 2 x 6dB = 6,63dB
Das Signal wird um zusätzliche 3,63dB  oder auf 66% der Amplitude des 
23,4 kHz Signals abgesenkt. => Filter erster Ordnung reicht nicht!


Wunschdämpfung: 20dB
Ordnung:    Dämpfung
1            3,63 dB
2            7,26 dB
3           10,89 dB
4           14,52 dB
5           18,15 dB
6           21,78 dB

Du musst ein Filter 5ter Ordnung nehmen (18,15dB + 3dB = 21,15dB), um 
die absolute Dämpfung von mindestens Faktor 10 zu erzielen.
So ein Filter ist nicht leicht abzustimmen, da dir die Bauteiltoleranzen 
der Kondensatoren einen Strich durch die Rechnung machen.

Autor: Jochen M. (jochenmaier1973)
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Die Frequenzen sind nicht vorgegeben. Diese Schaltung soll RGB Farben in 
einem Audiosignal kodieren. Da diese Frequenzen nicht hörbar sein 
dürfen, müssen sie im Ultraschallbereich sein; also ab ca. 22Khz - 
44,1KHz ...
Quasi eine Lichtorgel, die man unabhängig vom Audiosignal betreiben kann 
...

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