Hallo zusammen, kurze Frage: Ich habe mir mal zu Übungszwecken einen Tiefpassfilter 2. Ordnung in Sallen-Key-Form gebaut. Ich frage mich nun, warum die Ausgangsspannung zur Eingangsspannung zeitlich versetzt ist. Es würde mich freuen, wenn ihr es mir kurz erklärt. Vielleicht habe ich nicht den richtigen OPV gewählt. Ich muss dazusagen, ich nutze „nur“ _PSpice for TI 2021.1_ und habe nicht alles Mögliche zur Auswahl. Hier habe ich schon geschaut. https://www.electronics-tutorials.ws/de/filtern/filter-zweiter-ordnung.html Ich denke, es sind die Kondensatoren, die noch etwas Spannung haben, wenn die Spannung der Quelle schon absinkt? Ich wollte nur wissen, ob das Verhalten normal ist oder ob das an mir liegt.
Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl versetzt
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Hallo, das liegt an der gewählten Frequenz, bei der bereits eine Dämpfung durch den TP erfolgt. Sie liegt nicht mehr ganz im Durchlassbereich. Man erkennt am rechten Bild, daß die grüne Kurve bereits eine geringere Amplitude hat, als die rote, die wohl den Eingang zeigt. Nimm eine tiefere Frequenz, und das Ding, das Tiefpass heißt, wird kaum, also nahezu keine Phasenverschiebung zeigen. Am OPV liegt es bei dieser niedrigen Frequenz nicht. mfG
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Ich bin gerade zu faul zu rechnen, in welchem Verhältnis die Grenzfrequenz und die Eingangsfrequenz stehen und welche Grundverstärkung eingestellt ist. Aber Du hast das ja vom Entwurf sicher parat. Daraus sollte sich ablesen lassen, welche Phasenverschiebung normal ist. Gefühlt würde ich allerdings behaupten, dass das so hochohmig real nicht gut funktionieren wird.
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Bartosz B. schrieb: > Ich denke, es sind die Kondensatoren, die noch etwas Spannung haben, > wenn die Spannung der Quelle schon absinkt? Um diesen Satz zu verstehen, brauche ich eine Interpretationshilfe. Es geht hier um Wechselspannung. > Ich wollte nur wissen, ob das Verhalten normal ist oder ob das an mir > liegt. Das kann nur an Deinen Vorgaben liegen.
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Das Verhalten nennt man Kausalität und ist normal.
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Gruppenlaufzeit? Schau dir mal deinen Phasengang an :)
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Dieter H. schrieb: > Gruppenlaufzeit? Hätt' ich jetzt auch genannt. Woher haste denn die Dimensionierung des Filters? Wo soll die Grenzfrequenz liegen? Bin jetzt zu faul zum Umrechnen :-) Gruß Rainer
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Guten Morgen, kurzer Einschub in der Pause: Die Werte habe ich von Filter-Wizard übernommen. https://tools.analog.com/en/filterwizard/ Man stellte auf LowPass und auf Passband -3dB bei 10Hz und Stopband -40dB bei 1kHz. Ich habe den 2,13MΩ-Widerstand noch etwas angepasst, um genau 10Hz zu haben (ich weiß, ist nicht realistisch, aber ich wollte einmal ne klare Grenze haben, um zu testen). Also ja, ich weiß, dass bereits bei 7Hz die Dezibel bei -6 liegen. Stelle ich die Quelle auf 1 Hz ein, so ergibt sich jedoch auch eine Verzögerung.
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Meint ihr diese Phase?
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Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Bartosz B. schrieb: > Hallo zusammen, > > kurze Frage: Ich habe mir mal zu Übungszwecken einen Tiefpassfilter 2. > Ordnung ... Schau dir mal (bei sinusförmiger Erregung) den Verlauf von Strom I und Spannung U an einem Widerstand sowie einem Kondensator an. Beim Widerstand sind I und U in Phase, beim Kondenstor eilt der Strom um 90 Grad vor. (siehe Anlage) Das mag zunächst mal überraschen, besonders beim Kondensator, ist aber eine Grundeigenschaft der Bauteile. Anschauliche (aber natürlich laienhafte) Erklärung: In den Kondensator muss erst Strom fließen, damit sich eine Spannung aufbauen kann. So ein Kondensator ist ein kleiner Stromspeicher, in gewisser Weise vergleichbar mit einem Akku: Auch einen Kondensator muss man erst aufladen, damit er eine Spannung aufbaut. Du solltest die das mal in einem guten Fachbuch anschauen. Auch https://www.elektronik-kompendium.de/sites/grd/1006231.htm könnte Die weiterhelfen. > Ich denke, es sind die Kondensatoren, die noch etwas Spannung haben, > wenn die Spannung der Quelle schon absinkt? Im Prinzip hast du das richig erkannt, nur die Sichtweise ist noch leicht verschoben. Aber das wird schon! > Ich wollte nur wissen, ob das Verhalten normal ist oder ob das an mir > liegt. Das Verhalten ist normal. Durch das Zusammenspiel von Widerstand und Kondensator können solche Strukturen wie ein Tiefpass entstehen. Dieser beeinflusst sowohl Amplitude als auch Phase der Ausgangsspannung.
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Bartosz B. schrieb: > Ich frage mich nun, warum die > Ausgangsspannung zur Eingangsspannung zeitlich versetzt ist. Das ist eigentlich normal. Genau das würdest du auch sehen, wenn du einen digitalen Filter programierst. Der Punkt ist, daß ein Filter möglichst eine 'schöne' d.h. symmetrische Sprungantwort haben soll. Denke mal an die bekannte Kurve, wenn man einen Kondensator über einen Widerstand an eine Sannung legt. Die resultierende Kurve der Spannung über den Kondensator ist stark asymmetrisch: zuerst gibt es einen Knick und dann steigt sie mit der Zeit immer schwächer an. So also soll ein Filter möglichst NICHT funktionieren. Und genau deshalb braucht ein Filter eine Symmetrie im prinzipiellen Aufbau: gleichviel an Einfluß von der Vergangenheit her und von der Zukunft her. Das erreicht man (bzw. beim analogen Filter ergibt es sich), indem der 'Jetzt'-Zeitpunkt in der zeitlichen Mitte des Filters liegt, was in der Realität gleichbedeutend ist mit einer Signalverzögerung. Das hereinströmende Signal geht über die noch in der Zukunft liegenden Zustände in die Gegenwart und wandert dann in die Vergangenheit, in der es dann untertaucht. So ungefähr kann man sich das vorstellen. W.S.
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Bartosz B. schrieb: > Vielleicht habe ich nicht den richtigen OPV gewählt. Ich habe mal deinen Screenshot_2021-10-26_093417.png und den berechneten Phasengang (mit idealem Opamp) übereinandergelegt (s. Anhang). Bis 600 Hz verlaufen die beiden Kurven gleich, darüber merkt man, dass der OPA348 nicht ganz perfekt ist. Bartosz B. schrieb: > Stelle ich die Quelle auf 1 Hz ein, so ergibt sich jedoch auch eine > Verzögerung. Bei 1 Hz ist die Phasenverschiebung -8,12°, was einer Verzögerung von 22,6 ms entspricht und gut zum Screenshot_2021-10-26_092848.png passt. An der Verzögerungszeit ändert sich auch bei noch niedrigeren Frequenzen praktisch nichts (der Grenzwert für f->0 liegt bei 22,5 ms). Phasengang und Verzögerung entsprechen also beide den Erwartungen. Ein reales Filter ohne Phasenverschiebung gibt es leider nicht. Salopp gesprochen muss das Filter ja immer erst mindestens ein Stückchen des Eingangssignals gesehen haben, bevor es sich entscheiden kann, was es als Ausgangssignal liefern soll.
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Vielen Dank @Yalu, @W.S. und @jo. Dass beim Kondensator der Strom und 90° voreilt, wusste ich. Danke euch für die guten Erklärungen und Mühen. Ich wuste nicht, dass das so normal ist – selbst bei kleinen Frequenzen. Das bringt mich gerade auf einen anderen Gedanken: Wie baut man dann Filter, wenn es um den Gigahertz-Bereich geht? Da haben OPVs allein schon wegen der Konstante aus Verstärkung und Bandbreite nichts mehr verloren, richtig? 🤨
Re: Tiefpassfilter 2. Ordnung (Sallen-Key) → Warum ist die Ausgangs- zur Eingangsspannung zeitl vers
Bartosz B. schrieb: > Wie baut man dann > Filter, wenn es um den Gigahertz-Bereich geht? Na ja, da reicht ein kleines Stückchen Leiterbahn...das hat dann alles was es braucht: ohmschen Widerstand, Kapazität und Induktivität. Im übrigen ist es etwas sinnfrei, bei einem TP mit 1KHz Übergangsfrequenz, mit ein paar kleinen Herz herumzumachen. Interessant ist allemal der Bereich um die 1KHz herum. Du willst ja schließlich wissen wie steil die Amplitude bei höheren Frequenzen abfällt. Die immer vorhandene Phasenverschiebung zeigt dir das entsprechende Bode-Plot. Damit hast du alles, um dein Filter auf Tauglichkeit zu prüfen. Gruß Rainer
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