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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Analog Filter und unterschiedliche Eingangsspannung


Autor: Boris F. (skyperhh)
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Hallo,

als Anhang ein 50 Hz Notchfilter was ich erfolgreich gebaut habe, der 
Schaltplan ist ein Ausschnitt aus meinen Projekt, Eingang und Ausgang 
sind gekennzeichnet.

Das Filter besteht dabei aus einen Bandpass 2. Ordnung, Multiple 
Feedback Active Filter und einen nachgeschalteten Summierer. Dadurch 
wird aus dem Bandpass eine Bandsperre.

Zur Berechnung des Filters (und andere Typen) kann ich die Seite 
http://sim.okawa-denshi.jp/en/Fkeisan.htm empfehlen.


Meine Feststellung bei dem Filter betrifft den Abgleich bei 
unterschiedlichen Eingangspannungen.

Gleiche ich das Filter mit einen 50 Hz Sinussignal 100mV ab, erreiche 
ich eine Dämpfung des Signals auf 1mV am Ausgang. Erhöhe ich jetzt das 
Eingangssignal auf 10V und 50Hz Sinus, wird das Ausgangssignal nur noch 
auf ca. 2V gedämpft. Nehme ich jetzt einen neuen Abgleich vor, erreiche 
ich danach ca. 100 mV am Ausgang.
Verringere ich jetzt wieder die Eingangsspannung, muss ich das Filter 
neu abgleichen umd die gleiche Dämpfung wieder zu erreichen.


Meine Vermutung:
Die unterschiedliche Eingangsspannung verursachen unterschiedliche 
Eingangsströme am ersten OP und beeinflussend damit das Filter.

Der OP LT1124 http://cds.linear.com/docs/Datasheet/11245fe.pdf hat dazu 
einen ziemlich hohen Biasstrom, ca. 7 - 30nA, dafür aber eine geringe 
Offset Spannung, 25 - 100uV.

Meine Idee wäre es jetzt, den ersten OP durch einen OP mit geringeren 
Biasstrom zu tauschen, z.B. LT1113 
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/1113fb.pdf (Biasstrom 320 - 480pA) 
oder noch besser LT1464C 
http://cds.linear.com/docs/Datasheet/146465f.pdf (Biasstrom 0.5 - 15pA). 
Beides sind OPs mit FET-Eingängen, leider haben beide auch eine höhere 
Offset Spannung, 0.5 - 2.0 mV, aber man kann nicht immer gewinnen.

Oder bewege ich mich mit meiner Vermutung / Lösung auf dem Holzweg?
Was meint Ihr dazu?

Gruß und Danke

Boris

Autor: Martina (Gast)
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Unwahrscheinlich, daß da der OPamp dran Schuld sein soll. Was sind denn 
das für 1µF Caps? Hoffentlich keine keramischen?

Autor: Boris F. (skyperhh)
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Martina schrieb:
> Unwahrscheinlich, daß da der OPamp dran Schuld sein soll. Was sind denn
> das für 1µF Caps? Hoffentlich keine keramischen?

Doch, keramischen mit +/- 5% als SMD Ausführung, die Widerstände alle 
0,1%. Die Kondensatoren sind große gewählt damit die Widerstände "klein" 
sind von den Werten.

Was spricht gegen keramik und welche Sorte ist die bessere Alternative?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Die Kapazität keramischer Kondensatoren ist je nach Material mehr oder 
weniger spannungsabhängig. Das führt dann zu Verzerrungen und eienr 
Verschiebung der Resonanzfrequenz mit steigender Amplitude.
Kennst du die genaue Typ-Bezeichnung und den Hersteller der 1uF 
Kondensatoren? Wäre interessant mal einen Blick ins Datenblatt zu 
werfen.
Folienkondensatoren wären da besser geeignet.

Autor: Martina (Gast)
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>Doch, keramischen mit +/- 5% als SMD Ausführung.

Autsch! Wenn es nicht gerade NP0 ist, dann gehen keramische Caps hier 
garnicht, weil sie vollkommen unlinear sind!

>...welche Sorte ist die bessere Alternative?

Ein Folientyp wie der MKS-2 oder MKH ist vorzuziehen. Die werden oft in 
5% Toleranz angeboten. Noch besser sind MKP Caps, weil die weniger 
altern. Aber wegen ihrer 20% Toleranz mußt du die selbst ausmessen.

Am allerbesten sind jedoch Caps mit PPS Folie. Die altern am 
allerwenigsten und haben den geringsten Temperaturgang. Sind aber 
schwerer erhältlich.

Autor: Ralli (Gast)
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So aus dem Gefühl heraus, hätte ich eher Werte in der
Größenordnung 100 kOhm / 100 nF bevorzugt. Und was man
mal so schnell an Kondensatormaterial beschaffen kann,
ist ja heutzutage Glückssache - das gute Polystyrol gibt
es fast nur noch als Restposten beim Oppermann...

Schaun wir mal etwas unvoreingenommener hin:
10 V effektiv sind +/- 14,14 V.

Kommen da nicht eher Fehler durch den "Output Voltage Swing"
des LT1124 in Betracht? Die 14,14 V muss der Bandpass ja
ausgeben können, damit sie ordentlich subtrahiert werden.

Er kann aber bei Us = +/- 15 V nur etwa +/- 12 V liefern...

14,14 V - 14,14 V  = 0 V
14,14 V = 12,xx V ~= 2 V    Aha - exakt gemessen!!!

Wie siehts denn bei U_in = 5 V, 7 V, oder 9 V aus?

Von Unlinearitäten gehört zu haben, ist ja ganz gut!
Aber Größenordnungen einschätzen zu können, kann
auch nicht schaden! ;-)

Autor: Boris F. (skyperhh)
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Hallo,

danke für die vielen Rückmeldung und die Info, das die Kondensatoren 
eher das Problem sind. Danach habe ich mal im Forum geschaut und dieser 
Thread hat einen netten Artikel zu dem Thema 
Beitrag "Frage, Keramik oder Folienkondensator"

Ich werde morgen mal nach dem Datenblatt schauen zu dem eingesetzten 
Kondensator und den Link dazu posten.

Hab mir auch schon mal angeschaut was es als Folie in SMD als 
alternative gibt, da sieht die Verfügbarkeit ja nicht so gut aus. PPS 
Kondensator haben 20% Toleranz, PEN immerhin noch 10%, 5% sieht schlecht 
aus.
Zum testen sollte es erstmal aber eine bedrahtete Version tun, bzw. 
müßte ich mir überlegen keine SMD-Kondensatoren einzusetzen.

Die 10 Volt Spannung sind auch nicht für den Betrieb vorgesehen, war 
mehr zum testen, hab auch mit 6V gemessen. Bei 10V werden aber noch 
saubere Ausgangssignale geliefert. Verbaut ist die A-Variante, die 
schafft laut Datenblatt min. +/- 13V, typ. +/- 13,8V. Aber ist schon 
ziemlich knapp.

Die großen Kondensatorwerte und damit kleine Widerstände sind absicht.

Vielen Dank.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Die wichtigste Frage die sich nun stellt ist ob du mit 10V den 
Effektivwert meinst oder den Spitzenwert.

Waren das jetzt +/-10V Spitzenspannung oder +/-14,1V Spitzenspannung?

Autor: Boris F. (skyperhh)
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Helmut S. schrieb:
> Waren das jetzt +/-10V Spitzenspannung oder +/-14,1V Spitzenspannung?

Mein Fehler, waren 20V Spitze-Spitze, also +/- 10V Amplitude und somit 
~7V effektiv.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Da bin ich beruhigt. Hatte schon befürchtet, dass unsere Antworten für 
die Katz waren wegen zu hoher Eingangsspannung.

Noch ein Tipp. Nimm 10kOhm statt 2kOhm für alle Widerstände beim Opamp 
rechts. 2kOhm ist um Faktoren zu niedrig für diese Anwendung.

Autor: Elena (Gast)
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>Hab mir auch schon mal angeschaut was es als Folie in SMD als
>alternative gibt, da sieht die Verfügbarkeit ja nicht so gut aus. PPS
>Kondensator haben 20% Toleranz, PEN immerhin noch 10%, 5% sieht schlecht
>aus.

Die ECHUs von Panasonic haben nur 5%! Aber die ECHUs gibt es nur bis 
220nF. RS hat welche. Auch Farnell hat eine große Auswahl an 
engtolerierten PPS Caps. Auch welche von AVX und RIFA. Vielleicht kannst 
du die 1µF ja aus mehreren parallelgeschalteten Caps aufbauen. Oder du 
verabschiedest dich von dem 1µF Wert.

Ein Tipp: SMD-Foliencaps sind besonders heikel zu löten. Wenn du nicht 
aufpaßt, schrumpfen die zusammen wie Raclette-Käse!

>Noch ein Tipp. Nimm 10kOhm statt 2kOhm für alle Widerstände beim Opamp
>rechts. 2kOhm ist um Faktoren zu niedrig für diese Anwendung.

Sehe ich genau so, zumal sie für eine sehr niedrige Eingangsimpedanz der 
Schaltung sorgen.

Autor: Boris F. (skyperhh)
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Hab bei Farnell schon geschaut und einige Kondensatoren gefunden, 
Digikey bietet sogar noch mehr Auswahl...
Was mich wundert, wenn es Folientypen als SMD gibt, sind es doch "große" 
Dinger von der Bauform her.

Zu den Widerständen, die "niedriegen" Werte sind so gewählt, damit es 
wenig Widerstandsrauschen gibt, deshalb auch der "große" Wert für den 
Kondensator. Wobei die 2k mit dem LT1124 doch sehr knapp sind, 
ursprünglich wollte ich einen anderen OP einsetzen, dieser konnte am 
Ausgang Lasten bis 600 Ohm treiben. Ich denke, ich werde auf größe 
Widerstände wechseln.

Autor: Elena (Gast)
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>Was mich wundert, wenn es Folientypen als SMD gibt, sind es doch "große"
>Dinger von der Bauform her.

Der 220nF ECHU kommt im 2416-Gehäuse. Das sind rund 4x6 mm.

Autor: Boris F. (skyperhh)
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Elena schrieb:
>>Was mich wundert, wenn es Folientypen als SMD gibt, sind es doch "große"
>>Dinger von der Bauform her.
>
> Der 220nF ECHU kommt im 2416-Gehäuse. Das sind rund 4x6 mm.

Ja... aber wenn da vorher mal ein 0805 war, wird es trotzdem sehr eng. 
:-)
Schaun wir mal, ist ja noch mein Prototyp, da kann ich im Layout noch 
Platz schaffen.

Danke Elena für den Typ mit den ECHU, die sehen vielversprechend aus!

Autor: Boris F. (skyperhh)
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Hallo,

nachgeschaut und festgestellt, voll in die Ka*** gegriffen mit dem 
Kondensatoren. War ein X7R-Typ ... Farnell Nr. 1740706, dass Datenblatt 
dazu http://www.farnell.com/datasheets/84526.pdf.

Danke nochmal an alle für die Unterstützung.

Gruß

Boris

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