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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie einen Passiven Tiefpass dimensionieren?


Autor: Lötmeister (Gast)
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Ich müsste für eine spezielle Anwendung ein 30kHz PWM-Signal 
Tiefpass-filtern.
Da ich an der Stelle keine Versorgungsspannung für OP-Verstärker habe, 
müsste das Filter rein passiv sein.
Wichtig ist mir, das ich eine schnelle Einschwingzeit habe und möglichst 
wenig Restwelligkeit von der PWM übrigbleibt.
Ich habe einfach mal frei Schnauze dieses 6.er Ordnung dimensioniert. So 
OK?

Autor: Otto J. (Gast)
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Wie frei Schnauze? Hast wenigstens eine Simulation dazu rennen lassen? 
Wenn ja, Ergebnis?

Autor: HildeK (Gast)
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Da es für mich so aussieht, als ob dies in LTSPICE gezeichnet wurde: 
simuliere doch den Frequenzgang einfach!

So ein dimensioniertes TP-Filter hat natürlich eine deutliche Belastung 
durch den jeweils nächsten Teiltiefpass. Das hat zur Folge, dass der 
Übergangsbereich bei der Filtergrenzfrequenz weich wird und bei 1/2PiRC 
bereits n*3dB für n Stufen Dämpfung hat. Was heißt, dass deine 
3dB-Grenzfrequenz deutlich nach unten rückt. Weit oberhalb der 
gewünschten Grenzfrequenz wird die Flankensteilheit (fast) so, wie bei 
entkoppelten Teilfiltern.

Um das etwas zu verbessern, könntest du die Abstufung der einzelnen 
Glieder etwas größer wählen, z.B. statt 1 - 2.2 - 4.7 auf die Stufung 1 
- 3.3 - 10 gehen.

Wo liegt denn deine höchst Signalfrequenz?

Autor: Lötmeister (Gast)
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HildeK schrieb:
> Da es für mich so aussieht, als ob dies in LTSPICE gezeichnet wurde:
stimmt!
> simuliere doch den Frequenzgang einfach!
wie geht das?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wichtig ist mir, das ich eine schnelle Einschwingzeit habe und möglichst
> wenig Restwelligkeit von der PWM übrigbleibt.
Sind das die einzigen Anforderungen?
Dann mach einen Tiefpass 2. Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 1 Hz.

Du siehst: deine Definition lässt noch zu viele Freiheitsgrade...  :-o

Oder sag mal:
welche Auflösung (wieviele Bits) hat deine PWM?
welches ist die höchste Signalfrequenz?

Autor: Lötmeister (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Dann mach einen Tiefpass 2. Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 1 Hz.

Das ist Quatsch.
Bei 1 Hz ist die Einschwingzeit des Filters ca. 1 Sekunde.
Mein Filter 6. Ordnung ist nach 1ms zu geschätzten 9x% eingeschwungen...

>welche Auflösung (wieviele Bits) hat deine PWM?
Gar keine Bits, PWM (30kHz) wird analog erzeugt.
>welches ist die höchste Signalfrequenz?
5kHz

Autor: Helmut S. (helmuts)
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@Lötmeister,
im Anhng sind die Simulationsdateien für Frequenzanalyse(.AC) und 
Zeitanalyse(.TRAN).

Eigentlich reicht eine Schaltplan-Datei. Dann musst du halt "umschalten" 
zwischen .AC und .TRAN. Dazu Ctrl-Taste drücken und rechter Mausklick 
auf die "Text"-Zeile. Im Dialogfenster dann wählen zwischen Kommentar 
und SPICE-Directive. Wenn du das beherrschst, dann darfst du dich 
"certified" LTspice-User nennen. :-)

Autor: Otto J. (Gast)
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Na wenn du schlau bist, warum fragst du dann überhaupt? Übrigens macht 
der Ton die Musik. Wenn man dir einen vernünftigen Tipp gibt ist es 
äußerst unhöflich diesen als "Quatsch" zu bezeichnen. Denn woher sollen 
wir denn wissen was genau deine Anforderungen sind?!! Von einer kurzen 
Einschwingzeit war keine Rede!

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Da dein Filter nur aus R + C besteht laesst es sich nicht optimieren.
Bei reinen RC-Filter gibt es keine komplex konjugierte Pole. Das heist 
man kann es nicht auf linearen Phasengang (Bessel) oder maximal flachen 
Amplitudenverlauf (Butterworth) optimieren. Um ein passives Filter 
aufzubauen das man hinsichlich der genannten Anforderungen optimieren 
kann must du ein RLC Filter oder Verstaerker hinzufuegen. So bekommst du 
konjugiert komplexe Pole und kannst dein Filter optimal dimensionieren.

Gruss Helmi

Autor: Otto J. (Gast)
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Korrektur: Von einer schnellen Einschwingzeit war doch die Rede.

Autor: Lötmeister (Gast)
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Helmut Lenzen schrieb:
> Da dein Filter nur aus R + C besteht laesst es sich nicht optimieren.

Das es bei einem reinen RC-Filter keine komplex konjugierte Pole gibt 
ist klar. Spulen mag ich nicht wickeln oder kaufen.
Trotzdem habe ich bei z.B. 6.er Ordnung 12 Bauteile die ich 
dimensionieren muss. Ich bin mit dem was mein Filter so liefert 
eigentlich garnicht ganz unglücklich so...  ;-)

Es war der zweite Versuch, zuerst habe ich 1k, 10k, 100k... probiert...
ein bischen doll hochohmig ;-)
Dann hab ich gedacht "nimm doch eine 1 2 4 8... Abstufung" und das war 
schon ganz schön.

Man könnte nun noch andere Abstufungen testen, oder sogar die 
Grenzfrequenzen variieren.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich habe einfach mal frei Schnauze dieses 6.er Ordnung dimensioniert.

Warum nicht eine andere Ordnung?

Kai Klaas

Autor: Lötmeister (Gast)
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Helmut S. schrieb:
>       @Lötmeister,
> im Anhng sind die Simulationsdateien für Frequenzanalyse(.AC) und
> Zeitanalyse(.TRAN).
>
> Eigentlich reicht eine Schaltplan-Datei. Dann musst du halt "umschalten"
> zwischen .AC und .TRAN. Dazu Ctrl-Taste drücken und rechter Mausklick
> auf die "Text"-Zeile. Im Dialogfenster dann wählen zwischen Kommentar
> und SPICE-Directive. Wenn du das beherrschst, dann darfst du dich
> "certified" LTspice-User nennen. :-)

Wowowowowowoooooo yes we can!  :-)
Best Tip ever!
In meiner Eigenschaft als (t)rolliger Lötknecht verleihe ich dir hiermit 
feierlich den Titel:

"Maxima summa cum laude certified Master of certified LTspice-Users"

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Lötmeister schrieb:

> "Maxima summa cum laude certified Master of certified LTspice-Users"

Danke der Ehre.

Wie heißt es so schön: Tue Gutes und rede darüber.

http://tech.groups.yahoo.com/group/LTspice/

Helmut,
Moderator of the LTspice Yahoo group

Autor: Bulova (Gast)
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Wenn die Belastung nachfolgender RC-Glieder vernachlässigbar, dann kann 
man durch die Ordnung des Filters schon (praktisch linear) die 
Einschwingzeit reduzieren bei konstanter Grenzfrequenz (und natürlich 
entsprechender Dimensionierung der Einzel-Zeitkonstanten). Das 
funktioniert jedoch nur dann hinreichend genau, wenn Grenzfrequenz und 
der Kehrwert der Einschwing-Zeitkonstante weit auseinander liegen.

Dieter

Autor: Bulova (Gast)
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Ich berichtige: Bei gleicher Ripple-Dämpfung (nicht Grenzfrequenz).

Dieter

Autor: Bulova (Gast)
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Alles nochmals:

Wenn die Belastung nachfolgender RC-Glieder vernachlässigbar ist, dann 
kann
man durch die Ordnung des Filters schon (praktisch linear) die
Einschwingzeit reduzieren bei konstanter Ripple-Däpfung (und natürlich
entsprechender Dimensionierung der Einzel-Zeitkonstanten). Das
funktioniert jedoch nur dann hinreichend genau, wenn PWM-Frequenz und
der Kehrwert der Einschwing-Zeitkonstante weit auseinander liegen.

Dieter

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