Hallo liebe Experten,
ich soll als Werkstudent einen analogen, passiven Filter bauen, um den
DC-Versorgungsausgang vor Hf-Störungen (150kHz – 3 GHz (ggfs auch
höher)) zu schützen. Das ganze soll nachher mit smd Bauteilen auf einer
Platine realisiert werden. Ich habe mir überlegt 3 LC-Tiefpässe
hintereinander zu schalten, um den Frequenzbereich der Störung
kaskadenweise zu dämpfen. Ich weiß, dass ich die Grenzfrequenz für jeden
Filter mit fg = 1/(2*pi*sqrt(LC)) berechnen kann. Ich habe mir eine
Schaltung mit folgenden LC-Gliedern überlegt:
LC1: L1 = 0.47µH und C1 = 1nF -> fg= 734 kHz
LC2: L2 = 7.5nH und C2 = 3pF -> fg= 1.06 GHz
LC3: L3 = 2.5nH und C3 = 1pF -> fg= 3.18 GHz
Die Schaltung und das Bodediagramm sind auf den Bilder zu sehen. Mein
Problem ist nun aber, dass ich nicht weiß, ob die Wahl der Bauteile
sinnvoll ist. Außerdem weiß ich nicht was mir das Bodediagramm über die
Qualität des Filters aussagt (guter oder schlechter Filter? Wie erkenne
ich das?)
A. T. schrieb:
Ich habe mir überlegt 3 LC-Tiefpässe
> hintereinander zu schalten, um den Frequenzbereich der Störung> kaskadenweise zu dämpfen.
was soll das d.m.n bringen?
A. T. schrieb:> Das ganze soll nachher mit smd Bauteilen auf einer Platine realisiert> werden.
Bei solch hohen Frequenzen sind die Koppelmechanismen nicht mehr mit ein
paar Bauteilen simulierbar. Die Platine und das Layout haben extremen
Einfluss auf die Filtercharakteristik.
Wie sagt der Angelsachse zum thema Layout so schön: "Each mm has its nH"
A. T. schrieb:> LC3 sperrt Frequenzen über 3 GHz> LC2 sperrt Frequenzen über 1 GHz> LC1 sperrt Frequenzen über 700 kHz
3GHZ sind aber auch schon "über" 700kHz.
Warum sollten die 3GHz nicht von LC1 gleich "mitgesperrt" werden?
Moin,
A. T. schrieb:> ich soll als Werkstudent einen analogen, passiven Filter bauen, um den> DC-Versorgungsausgang vor Hf-Störungen (150kHz – 3 GHz (ggfs auch> höher)) zu schützen.
Vorschlag von mir:
Das wuerde ich nicht als Filterdimensionierungsaufgabe im herkoemmlichen
Sinn sehen (also nicht mit Grenzfrequenz, Ripple, Sperrdaempfung).
Wichtiger ist: Wieviel Strom muss das Ding abkoennen (ohne das Spule(n)
rauchen) und wieviel Spannung (ohne dass Kondensatoren blitzen).
Kondensatoren, wenns SMD sein soll und von der Spannung her passt: 100nf
im 0402 Gehaeuse (werden eh' ueblicherweise zum Saufuettern verbaut, die
parasitaere Induktivitaet ist auch klein genug).
Als "Spule" ein "Ferrite Bead", muss halt den noetigen Strom abkoennen
und der Rest der Schaltung muss mit dem R_dc leben koennen;
Wert(=Impedanz): Was grad eh' da ist.
Aus diesen Bauteilen ein PI-Filter mit 2xC und einmal L; Fertsch.
Gruss
WK
Lothar M. schrieb:> 3GHZ sind aber auch schon "über" 700kHz. Warum sollten> die 3GHz nicht von LC1 gleich "mitgesperrt" werden?
Machst Du Witze?
Aufgrund der Serienresonanz vielleicht?
Hallo,
A. T. schrieb:> ich soll als Werkstudent einen analogen, passiven Filter bauen,
ok, man will Dich also ärgern ;-)
A. T. schrieb:> um den DC-Versorgungsausgang vor Hf-Störungen
wieviel Volt und Ampere? DC oder AC?
Wieviel Dämpfung brauchst Du?
Wieviel Spannungsverlust ist beim Nennstrom erlaubt?
> Das ganze soll nachher mit smd Bauteilen auf einer> Platine realisiert werden.
Wenn Du hohe Dämpfungen brauchst wird das so nix.
Der Aufbau (mit Weißblech geschirmte Kammern für die einzelnen
Filterstufen) ist entscheidend.
A. T. schrieb:> LC1: L1 = 0.47µH und C1 = 1nF -> fg= 734 kHz
und wo bleiben die Frequenzen um 150 kHz?
Christoph K. schrieb:> Für die Mikrowellen bringen SMD-Filter nicht mehr so gute Ergebnisse,> dazu nimmt man normalerweise Durchführungsfilter in der Gehäusewand:
Das wäre jetzt auch mein Ansatz für die erste Filterkammer:
Durchführungskondensator ca 1 nF. (eventuell noch etwas niedriger um zu
höheren Frequenzen zu kommen).
Danach eine UKW-Drossel (z.B. 6-Loch Ferritkern) mit ca 8-10 uH.
Vor und nach dem Durchgang zur 2. Filterkammer jeweils 4.7nF (kann auch
SMD sein wenn ein kurzer Anschluß ans Gehäuse möglich ist). Besser wäre
ein 10nF Durchführungskondensator falls es den gibt.
In der 2. Filterkammer eine Stabkerndrossel Eigenresonanzfrequenz nicht
unter 10 MHz. ca 100 uH
Beim Übergang in die 3. Kammer dann 2*47-100nF.
Eisenpulverkerndrossel mit ca 1-2 mH.
Am Ausgang dann nochmal gut 1 uF an das Gehäuse.
Gehäuse des Filters mit dem Gehäuse der Stromversorgung ringsum
verlöten.
Gruß Anja
Kauf dir mal nen Antennenspeisefilter fuer nen Auto.
Da ist im Schaltbild auch eine nur "scheinbar" simple
Drossel mit 1.1 mH eingezeichnet.
Aber guck dir mal an, wie das Dingens gewickelt ist.
Da wird dir dann ein Licht aufgehn.
Mann will dich aergern...
Bau das Filter in 3 jeweils geschirmte Kammern.
Jedem Filterglied sein eigenes Kaemmerchen.
Benutze dazwischen Durchfuehrungskondensatoren (aka DuKos).
Dann hast du eine geringe Chance.
> Das ganze soll nachher mit smd Bauteilen auf einer> Platine realisiert werden.
Das kannst du dann immer noch probieren.
A. T. schrieb:> Ihr habt mich schon auf einen guten Weg gebracht. Ich verstehe> jetzt nur noch nicht was Ihr mit "Kammern" meint.
Abschirmgehäuse (Eisenblech) mit Trennwänden.
Zunächst Sorry dass ich sehr unregelmäßig antworte. Ich bin nur
unregelmäßig im Geschäft.
Und @alle: Vielen Dank für eure Hilfe!!
@Anja
Ich habe mal einen Schaltplan nach deiner Vorgabe gezeichnet. Habe ich
das so umgesetzt wie du es meintest?
Habe übrigens max. 5W Störleistung. Bei einem Innenwiderstand der
Signalquelle von 50 Ohm macht das eine Spannung von max. 15.8 V und
einen Strom von 0.32 A (Wenn ich richtig gerechnet habe). Und die
DC-Spannung, welche von der Gleichspannungsquelle (hier R1) aus in die
Entgegengesetzte Richtung des HF-Signals fließt, ist 13.5V groß.
A. T. schrieb:> Ich habe mal einen Schaltplan nach deiner Vorgabe gezeichnet
nicht ganz.
Die Gehause (Kammern) sind alle untereinander verbunden und an Masse
angeschlossen.
Die Dukos gehen mit dem einen Pin ans Gehäuse, mit dem anderen an Masse
(entweder geschraubt oder gelötet).
10 nF als Duko wird schwierig, notfalls normale (SMD) Kondensatoren kurz
(jeder zehntels mm zählt) ans Gehäuse löten.
Es gibt aber auch SMD-Dukos.
Die 47nF sind dann (quasi als Duko) logischerweise einer im linken der
andere in der rechten Gehäusehälfte.
Der 1uf geht natürlich auch von Signal an Masse.
Gruß Anja
> Die Dukos gehen mit dem einen Pin ans Gehäuse, mit dem anderen an Masse> (entweder geschraubt oder gelötet).
Noe.
Ein THT-Duko wird etwa so in ein Loch der Kammerwand eingebaut:
1
Schirmwand
2
|.|
3
|.|
4
|.| <- da verloeten
5
+--------------+
6
-----+ +----- <- Signal raus
7
^ +-------------=+
8
| |.| <- da auch verloeten
9
| |.|
10
Signal rein |.|
Da wo der Duko verloetet wird, bekommt er sein Ground.
An die Anschluesse kommen das Eingangs- und Ausgangssignal.
Viel Spass beim Einloeten.
(º°)·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.· schrieb im Beitrag
#5127692:
>> Die Dukos gehen mit dem einen Pin ans Gehäuse, mit>> dem anderen an Masse (entweder geschraubt oder gelötet).>> Noe.
Jein. Missverständnis.
Er hat die Durchführungskondensatoren (elektrisch) als
Längskondensatoren eingezeichnet; das ist falsch. Auch
Durchführungskondensatoren liegen elektrisch quer, also
vom Signal zur Masse.
> Ein THT-Duko wird etwa so in ein Loch der Kammerwand> eingebaut:
Es ist natürlich tückisch, dass das Ding mechanisch
zwei Pins hat, die elektrisch verbunden sind und also
denselben Pol des Kondensators bilden. Der andere
Pol ist die Verschraubung.
Da ein Duko 3 Anschluesse hat, wovon 2 fuer das Signal benutzt
werden, ist es unmoeglich
> ein Pin an das Gehaeuse und dem anderem Anschluss an Masse zu gehen,
da Masse und Gehaeuse hier synonym sind.
Ein Duko hat genau EINEN Anschluss fuer Ground.
Von konstruktiven Gruende diesem einen Masseanschluss
noch weitere beiseite zu stellen sehe ich mal ab.
Wo soll da jetzt ein Jein herkommen...
(º°)·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.· schrieb im Beitrag
#5127746:
> Da ein Duko 3 Anschluesse hat, wovon 2 fuer das Signal> benutzt werden, ist es unmoeglich>>> ein Pin an das Gehaeuse und dem anderem Anschluss an>> Masse zu gehen,>> da Masse und Gehaeuse hier synonym sind.
Hihi...
Du hast Recht; das hatte ich überlesen. Anja war wohl
beim Tippen mit den Gedanken woanders, und ich auch...
(Hoffentlich) gemeinsamer Konsens:
Ein Pin "Signal rein", ein Pin "Signal raus", Außenring
an Masse = Schirm = Gehäuse. Wirksame Kapazität liegt
quer zwischen Signal und Masse.
Anja schrieb:> Die 47nF sind dann (quasi als Duko) logischerweise einer im linken der> andere in der rechten Gehäusehälfte.>> Der 1uf geht natürlich auch von Signal an Masse.
C1 und C2 sind beide Dukos. Einer ist am Eingang und der andere am
Ausgang von Kammer 3 angebracht. Nach Kammer 3 wird C3 parallel zu R1
geschlossen. Habe ich das soweit richtig verstanden?
Noch eine Sache; weiß jemand wie ich einen Duko in LTspice einfüge?
A. T. schrieb:> Kann mir keiner weiterhelfen zwecks Dukos in LTspice?
Das sind ganz normale Kondensatoren mit besseren parasitären Werten.
(Signal geht durch den Kondensator, damit keine Serieninduktivität vor
dem Kondensator auf Signalseite; Großflächige Anbindung über Gehäuse auf
Masseseite, damit nur geringe Serieninduktivität auf Masseseite)
Die parasitären Werte musst du halt entsprechend dem Datenblatt (und
deinem Aufbau) beim Kondensator angeben.
Die parasitären Werte musst du auch bei allen anderen Bauteilen angeben.
sonst ist die Simulation Mist:
Spule und Kondensator in LTSpice (ohne zusätzliche Angaben) sind ideal
(oder fast ideal, weiß nicht mehr genau).
Mit idealen Bauteilen würde dein LC1 die GHz-Frequenzen bereits fast
komplett dämpfen. Real wird es das nicht tun.
Ich würde auch als erstes die tiefen Frequenzen filtern. Macht das
Messen einfacher.
LC3.PNG
(5,6 KB)
LC3_Bode.PNG
(5,9 KB)
