Sallen Key Filter mit Gain > 2 Instabil?

[Mark (Gast)]

Hallo!

Ich habe ein Sallen-Key Filter aufgebaut, welches eine DC-Verstärkung 
von 12dB (faktor 4) machen soll. Grenzfrequenz liegt bei 10kHz, die Güte 
bei 1,45 also kein Resonanzpeak. Jedoch schwingt diese Filter. Aber 
nicht auf der Cuttoffrequenz, also siehts nicht nach extremer 
Resoanzüberhöhung aus.

Reduziere ich R24 auf unter 1k hört das Schwingen auf. Auch wenn man das 
Filter auf Unity-Gain umbaut, also eine direkte Rückkopplung R24=0, 
R25=offen funktioniert das Filter einwandfrei.

Ich habe gelesen, das man mit den Rückkoppelwiderständen nur das DC-Gain 
einstellt. Da aber eine höhere Spannung über C9 Rückgekoppelt wird 
dürfte mehr passieren.
Frage ist, darf man einen Sallen Key Tiefpass mit Verstärkung bauen? 
Funntioniert dies prinzipiel? Oder nur Verstärkung 1 und kleiner?

[Helmut L. (helmi1)]

Ab einer Verstaerkung von 3 hast du eine ungedaempfte Schwingung.
Je naeher du an diese 3 fach Verstaerkung dran kommst umso ungedaempfter 
wird dein Filter. Auch haengt diese Grenze von den Verhaeltnissen der 
anderen Bauteile mit ab. Auch die Flitercharakteristik veraendert sich 
dabei von Bessel nach Butterworth nach Tschebyscheff.

Beim Spezialfall R27 = R28 und C8 = C9 ergibt sich der Filtertype zu:

v = 1.0  = Kritisch gekoppelt
v = 1.268 = Bessel
v = 1.586 = Butterworth
v = 2.234 = Tschebyscheff
v = 3.0   = Schwingen

Wenn du noch eine DC Verstaerkung brauchst ist es guenstiger einen 
weiteren OP einzusetzen.

[Helmut S. (helmuts)]

Die Werte der R und C hängen von der gewünschten Verstärkung ab. Hast du 
das berücksichtigt?

[Mapua (Gast)]

Ein solches Filter kann selbst ohne jegliche Resonantüberhöhng 
schwingen.

Um Stabilität zu gewährleisten, müssen die Polstellen der 
Übertragungsfunktion in der linken Halbene liegen (und dass über 
Bauteil-Toleranzen).
Du kannst im nach der Übertragungsfunktion eines Sallen-Key googlen und 
die Polstellen z.B. in Scilab darstellen. Dann siehst Du, was los ist...

[Mark (Gast)]

>Beim Spezialfall R27 = R28 und C8 = C9 ergibt sich der Filtertype zu:

Den Spezialfall hab ich nicht. Die Bauteile sind nicht gleich, eben um 
weniger Güte zu erreichen um auch Verstärken zu können.

>Die Werte der R und C hängen von der gewünschten Verstärkung ab. Hast du
>das berücksichtigt?
Wie das? Wenn die Kondensatoren offen sind, also weit im 
Durchlassbereich ist das Filter ja nur ein nichtinventierender 
Verstärker.

>Um Stabilität zu gewährleisten, müssen die Polstellen der
>Übertragungsfunktion in der linken Halbene liegen (und dass über
>Bauteil-Toleranzen).
Ja das ist mit bewusst. Ob da etwas in die linke Hälfte geschoben wird, 
werde ich prüfen. Abe scheinbar ist dies so, wenn die Verstärkung auch 
die charakteristik beeinflust, also Pollage ändert.

Ist es prinzipiel überhaupt möglich ist, ein SK-Filter mit einem Gain 
von >3 zu bauen.

[Kai K. (klaas)]

>Ist es prinzipiel überhaupt möglich ist, ein SK-Filter mit einem Gain
>von >3 zu bauen.

Beim typische Sallen-Key-Tiefpaß hast du identische Widerstände und Caps 
in der Filtersektion und stellst mit der Gegenkopplung Dämpfungen 
zwischen >0 und 2 ein. Das bewirkt Verstärkungen zwischen 1 und <3. 
Also, nein, es nicht möglich eine Verstärkung von =3 oder gar >3 zu 
erzielen. In der Praxis kommst du in der Regel nicht einmal in die Nähe 
von =3, weil das schon eine idiotische Dämpfung bedeutet.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Etwas allgemeiner:

Der Sallen-Key-Tiefpass mit idealem Verstärker wird instabil bei der
Verstärkung

$$A=1+\left(1+\frac{R_{28}}{R_{27}}\right)\cdot\frac{C_8}{C_9}$$

Bei dieser Verstärkung schwingt er mit der Frequenz

$$f=\frac 1{2\pi\sqrt{R_{27}R_{28}C_8C_9}}$$

Bei der angegebenen Dimensionierung muss die Verstärkung also kleiner
als

  41/18 = 2,2778

sein.

Bei einem nichtidealen Verstärker gehen dessen Parameter zusätzlich in
die Rechnung ein.

Mark schrieb:
> Ist es prinzipiel überhaupt möglich ist, ein SK-Filter mit einem Gain
> von >3 zu bauen.

Prinzipiell kann man, um eine hohe Verstärkung zu ermöglichen, R28 und
C8 groß gegenüber R27 und C9 wählen, bekommt dann aber u.U. nicht mehr
die gewünschte Filtercharakteristik hin.

Deswegen doch lieber so:

Helmut Lenzen schrieb:
> Wenn du noch eine DC Verstaerkung brauchst ist es guenstiger einen
> weiteren OP einzusetzen.

[Mark (Gast)]

Ich hab jetzt die Übertragungsfunktion im Matlab gerechnet. Ja der Pol 
wandert in die rechte Ebene.
Mit R1=R2=1k8
C1=6n8
C2=12n
(übliche Sallen-Key Bezeichnungen)
bewirkt eine sehr hohe Dämpfung (sind schon zwei reelle Pole) wenn 
Verstärkung 0dB (1). Selbst bei einer Verstärkung von 4 bleiben die dann 
komplexen Pole dann links, somit müsste das stabil sein, allerdings mit 
Peak. Dem ist aber nicht so. Warum?
Selbst wenn das Filter so nicht Sinnvoll ist, hätte ich gerne eine 
Erklärung fü die Instabilität...

[Helmut S. (helmuts)]

Man kann auch für die Verstärkung 4 ein Sallen Key Butterworth Filter 
entwerfen. Rechnung im Anhang.
Vorgehensweise: Grenzfrequenz und C1 und C2 vorgeben, dann R1 und R2 
berechnen. Es ergeben sich oft 2 Lösungen. Empfehlenswert ist die Lösung 
bei denen R1 und R2 ähnliche Werte haben.

[Mark (Gast)]

Das ist aber etwas anderes als ein nichtinv OP-Amp der x4 macht. Versuch 
das mal, ich schaffe es nicht.

[Mark (Gast)]

Hmm, dass funktioniert auch mit einem OP-Amp in der Simulation mit 
diesen Filterparametern, muss ich mir näher ansehen...

[Helmut S. (helmuts)]

Die E-Quelle in SPICE ist ein idealer Verstärker, hier mit Verstärkung 
x4.

[Mark (Gast)]

SO ein blöder Fehler, ich hab zwischen meinen Matlab Rechnungen C1 und 
C2 vertauscht, jetzt stimmts mit dem Matlab überein und schwingt nicht.

[Fralla (Gast)]

Wie du schon erkannt hast wandern die konjugierten Pole nach rechts, 
wenn der Gain hochgeht. Die Formel zur dimmensionierung eines Unity-Gain 
SK Filters, also wo man f0 und die Güte vorgibt, gelten eben nur bei 
Gain von 1. Du musst die Gesammtübertragungsfunktion betrachten, also 
mit dem Gain. So kann man auch ein Filter mit Gain von 4 bauen. (Wie 
Helmut gezeigt hat).
Das Filter muss also so ausgelegt werden, dass bei Verstärkung von 1 die 
Pole rein reeal sind und weit entfernt voneinander, also ein Filter mit 
sehr sehr geringer Güte. Durch den Gain geht die Güte wieder hoch.
Sie dir die Übertragungsfuntion an, dann siehst du den Q-Term und wo du 
drehen musst

Eine Möglichkeit für kritische Dämpfung mit fc=10kHz wäre:
R1=1k
R2=2k3
C1=6n8
C2=15n
hab ich jetzt nicht in einer Simulation überprüft, also keine Gewähr;)

MFG Fralla

[Klaus D. (kolisson)]

ich hatte noch nie Probleme mit SallenKey wenn R27 = R28 und C9 = C8.
Andereseits habe ich noch nie das gain zu hoch getrieben sondern
lieber die Verstärkerstufe dahinter gesetzt.
Zudem musst du wohl beachten, dass der Eingangswiderstand deiner 
Schaltung
so um die 1k liegt. Ich hoffe deine Vorstufe macht das mit.
meinen sallens hatten gern so um die 39k für die Widerstände.


Dummerweise erwähnst du aber garnicht, welchen OPV unter welchen
Konditionen du verwendest.
Auch deine Aussage "Ich habe gelesen, das man mit den 
Rückkoppelwiderständen nur das DC-Gain einstellt. " bringt mich zum 
grübeln.



sag doch mal, um was es geht.

Gruss Klaus

p.s.
wenn R27 = R28 und C9 = C8 und nur dann , ist es Sallen Key.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Mark schrieb:
> SO ein blöder Fehler, ich hab zwischen meinen Matlab Rechnungen C1 und
> C2 vertauscht, jetzt stimmts mit dem Matlab überein und schwingt nicht.

Ja, jetzt liegt die maximal mögliche Verstärkung bei 5,14, so dass du
mit 4,01 noch deutlich darunter liegst.

Klaus De lisson schrieb:
> Auch deine Aussage "Ich habe gelesen, das man mit den
> Rückkoppelwiderständen nur das DC-Gain einstellt. " bringt mich zum
> grübeln.

Diese Aussage ist natürlich nicht richtig, wie Mark inzwischen aber
sicher eingesehen hat. Die Aussage muss heißen: "dass man mit den
Rückkoppelwiderständen auch das DC-Gain einstellt."

> p.s.
> wenn R27 = R28 und C9 = C8 und nur dann , ist es Sallen Key.

Nein, der Begriff "Sallen-Key" beschreibt die Topologie der Schaltung,
nicht die Dimensionierung. Sehr häufig sieht man auch Sallen-Key-Filter
mit der Verstärkung 1. Diese Variante hat den Vorteil, dass sie bei
beliebiger Dimensionierung stabil ist, der Opamp bei seiner maximalen
Bandbreite betrieben wird und zwei Widerstände eingespart werden.

[Hans-werner M. (hanswerner)]

Hallo Yalu,

ist die Formel auch gültig für die Anhang aufgeführte Filterstruktur ?
Filter entstammt vermutlich FilterPro.
Existieren auch für den Hochpass und den Bandpass entsprechende Formeln 
?

Danke

[Abdul K. (ehydra)]

Man sollte als Ergänzung noch die Biquad-Architektur erwähnen. Noch 
unempfindlicher gegenüber Bauelementetoleranzen. Benötigt aber einen 
weiteren OpAmp. Daher gerne ich ICs verwendet, wo Transen nichts kosten 
aber alles große Toleranzen hat.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Hans-werner M. schrieb:
> ist die Formel auch gültig für die Anhang aufgeführte Filterstruktur ?

Ziemlich sicher nicht, denn der gepostete Tiefpass ist 3. Ordnung, und
das zusätzliche RC-Glied ist vom Rest der Schaltung nicht entkoppelt.

> Existieren auch für den Hochpass und den Bandpass entsprechende Formeln
> ?

Vermutlich schon, ich habe sie nur nicht im Kopf. Man kann sie aber
dadurch herleiten, dass man die Übertragungsfunktion aufstellt, die Pole
(also die Nullstellen des Nennerpolynoms) berechnet und schaut, für
welche Dimensionierung der Realteil aller Pole negativ wird.

Für Filter 2. Ordnung kann man das relativ leicht allgemein berechnen,
bei Ordnung 3 wird es etwas kniffliger.

Übrigens: Falls das im rechten Teil deiner angehängten Schaltung

  A=1+(1+R2/R3*C3/C2)

die von mir oben gepostete Formel sein soll: Sie ist es nicht :)
R2 und R3 sind vertauscht und die Klammern anders gesetzt.

[Hans-werner M. (hanswerner)]

Danke an Yalu für die Korrektur.

[Mark (Gast)]

>Diese Aussage ist natürlich nicht richtig, wie Mark inzwischen aber
>sicher eingesehen hat. Die Aussage muss heißen: "dass man mit den
>Rückkoppelwiderständen auch das DC-Gain einstellt."

Ja hab ich eingesehen. Wenn man C2 ausreichend groß macht, dass der Pol 
nicht nach rechts Wandert funktioniert das Sallen-Key auch mit 
Verstärkung von 4 und mehr.

>Dummerweise erwähnst du aber garnicht, welchen OPV unter welchen
>Konditionen du verwendest.
Ich hab veschiedene Typen versucht, bei falscher Dimmensionierung war es 
mit allen instabil.

Angfangs hatte ich die Werte für C1 und C2 vertauscht. Doch jetzt 
funktioniert das Filter, mit einem Gain von 4.


>In der Praxis kommst du in der Regel nicht einmal in die Nähe
>von =3, weil das schon eine idiotische Dämpfung bedeutet.
Diese Aussage stimmt also definitiv nicht..



Danke für eure Hilfe!

[Kai K. (klaas)]

>>In der Praxis kommst du in der Regel nicht einmal in die Nähe
>>von =3, weil das schon eine idiotische Dämpfung bedeutet.
>Diese Aussage stimmt also definitiv nicht..

Damit war der typische Sallen-Key-Tiefpaß mit gleichen Komponenten 
gemeint, wie ich ja auch geschrieben habe.

>Angfangs hatte ich die Werte für C1 und C2 vertauscht. Doch jetzt
>funktioniert das Filter, mit einem Gain von 4.

Bist du sicher, daß die Schaltung stabil arbeitet?

[Mark (Gast)]

>amit war der typische Sallen-Key-Tiefpaß mit gleichen Komponenten
>gemeint, wie ich ja auch geschrieben habe.
Achso. In vielen Dokumenten über Sallen-Key Filter werden die auch ohne 
gleiche Komponenten beschrieben.

>Bist du sicher, daß die Schaltung stabil arbeitet?
Ja. Das Filter hat einen Dämpfung von 0,8 (wenn C1 an der oberen und C2 
an der unteren Toleranzgrenze liegt) was sich mit leichtem Überschwingen 
zeigt.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Hans-werner M. schrieb:
> Existieren auch für den Hochpass und den Bandpass entsprechende Formeln
> ?

Ich hab die Stabilitätskriterien den Sallen-Key-Tief-, -Hoch- und -Band-
pass mal ausgerechnet. Die Bezeichnung der Widerstände und Kondensatoren
sind wie im angehängten Schaltplan, nur ohne die Kürzel t, h und b:

Tiefpass:

$$A<1+\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)\cdot\frac{C_2}{C_1}$$

Hochpass:

$$A<1+\left(1+\frac{C_1}{C_2}\right)\cdot\frac{R_1}{R_2}$$

Bandpass:

$$A<1+\left(1+\frac{R_2}{R_1}+\frac{C_1}{C_2}\right)\cdot\frac{R_3}{R_2}$$

In der Simulation sind die Verstärkungsfaktoren A (9, 10 und 13) so
eingestellt, dass das jeweilige Stabilitätskriterium gerade nicht mehr
erfüllt ist und eine ungedämpfte Schwingung entsteht.

[Kai K. (klaas)]

>Ich hab die Stabilitätskriterien den Sallen-Key-Tief-, -Hoch- und -Band-
>pass mal ausgerechnet.

Wann die Mitkopplung anfängt zu schwingen, läßt sich auch schön 
simulieren, wie der Anhang zeigt.

Siehe auch hier:

Beitrag "Re: Fragen zur Stabilität von Operationsverstärkerschaltung"

[Mark (Gast)]

Als ind wir uns einig, dass Sallen Key Filter mit Verstärkung möglich 
sind. Ich aber zugegebener weise eher nach Try and Error Manier das 
Filter dimmensioniert (Mit Matlab die Pollage und damit Dämpfung 
kontrollliert).

Ich würde aber gerne f und d und ein Bauteilwert C1 vorgeben und dann 
die restlichen Komponten berechnen. Ja ie Formel umdrehen.

[Fralla (Gast)]

Mit der Formel kannst du durch Vorgabe von d und f (also eine 
Polvorgabe) die Widerstände R1 und R2 berechnen. Ist das Ergebniss 
komplex muss einer der Kondensatoren kleiner werden. Ich gebe oft C1 vor 
und sehe in einer Tabelle welche Widerstände sich bei diveren C2 ergeben 
würden. Je kleiner C2 umso  unterschiedlicher die Widerstände 
(meistens).

$$R_2=\frac{d\cdot T\cdot C_1+\sqrt{T^2 C_1\cdot \left(\left(-d^2-1+K\right)\cdot C_1-C_2\right)}}{C_1 \cdot C_2}$$

$$R_1=\frac{T^2}{d\cdot T\cdot C_1+\sqrt{T^2\cdot C_1\cdot \left(\left(d^2-1+K\right)\cdot C_1-C_2\right)}}$$

Setzt man d=0 müsste man auf den Zusammenhang den Yalu gepostet hat 
kommen...


MFG Fralla

[Fralla (Gast)]

Bei der ersten Formel ist das Vorzeichen von -d² falsch, da gehört kein 
- hin. MFG

[Helmut S. (helmuts)]

Mark
> Ich würde aber gerne f und d und ein Bauteilwert C1 vorgeben und dann
die restlichen Komponten berechnen. Ja ie Formel umdrehen.

Hast du eigentlich mein Beispiel überhaupt angeschaut? Da stand doch 
schon alles drin.

[Mark (Gast)]

>Hast du eigentlich mein Beispiel überhaupt angeschaut? Da stand doch
>schon alles drin.
Ja hab ich auch verwendet, da ist mir aufgefallen das meine Variante 
wegen dem vertauschgen von C1 und C2 zu schwigen begann. Allerdings habe 
ich nicht gesehen wo einen Formel stand bzw die DExplizit zum vorgeben 
war, im LTSpice File waren fixe Bauteilwerte und keine Formel.

@Fralla: Mit komplexem Ergebnis meinst du wenn die Wurzel negativ wird, 
also C2 größer machen?

[Mark (Gast)]

>Allerdings habe ich nicht gesehen wo einen Formel stand bzw die DExplizit
>zum vorgeben war, im LTSpice File waren fixe Bauteilwerte und keine
>Formel.
Ich meinte die Dämpfung Explizit zum vorgeben. Allerdings hab ich jetzt 
doch eine Formel gefunden, mal sehen.

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Mal'n Vorschlag, nachdem es hier ja von Formeln so wimmelt: würde
das vielleicht mal einer von euch "compilieren" und einen Artikel hier
im Wiki draus machen?  All die Mühe, die da nun schon eingeflossen
ist, sollte doch der Nachwelt irgendwie erhalten bleiben.

Eventuell sollte man dafür den Abschnitt "DSP (Digitale Signalverar-
beitung)" auf der Hauptseite dann in "Signalverarbeitung (DSP,
analoge Verfahren)" umbenennen und das dort mit verlinken.

[Abdul K. (ehydra)]

Ich habe nochwas ausgegraben aus einem DB des TDA2040.
Kann man das auch auf Tiefpaß umstricken? Einfaches Austauschen aller R 
durch die C hat erstmal nicht geklappt. Wo findet man für diese 
Schaltung die Theorie?
Mich irritiert vor allem die nicht entkoppelte Vorstufe aus R1 und C1, 
sowie der Abgriff am Ausgangsspannungsteiler zurück ins Filter.

Bessel wäre ja für Datenübertragung ideal.

[Helmut S. (helmuts)]

Das Filter wurde halt als Verstärkung mal 1 Filter dimensioniert. Da die 
100Ohm sehr viel kleiner als R2 sind, passt das schon.

[Abdul K. (ehydra)]

Hm. Und warum ist R2 dann nicht gleich auf GND ?

[Fralla (Gast)]

Hmm Interessant.
>Mich irritiert vor allem die nicht entkoppelte Vorstufe aus R1 und C1,
Ich verwende auch SallenKey-TP Filter mit einer nicht entkoppelten 
RC-Vorfilter. Die Nichtentkopplung kann man ja in der 
Gesammtübertragungsfunktion berücksichtigen, bzw die Impdanz der ersten 
RC-Stufe im vergleich zum folgenden Filter klein wählen um die 
Rückwirkung zu minimieren.
Aber da ist hier nicht der Fall.
>sowie der Abgriff am Ausgangsspannungsteiler zurück ins Filter.
Das ist wirklich eingenartig..

[Helmut S. (helmuts)]

Weil an den 100Ohm genau Verstärkung 1 ist (-Eingang = +Eingang). Das 
ist so als ob du den Ausgang eines x1 Verstärker genommen hättest. Genau 
wie es in 99% aller aktiven Filter-Berechnungsprogramme angenommen wird. 
Das ist wirklich mal ein interessanter Ansatz. Es ist zwar nur 98% 
perfekt, aber bei Audioschaltungen reicht das alle mal.

[Fralla (Gast)]

Hm bei der Schaltung hab ich mal eine andere Frage, wenn man bei einem 
Sallen Key Tiefpass Filter am + Eingang des OP-Amps abgreift, dann sieht 
man am Ausgang keine Eingangs-Offsetspannung? (Wohl aber en Offset durch 
Biasströme, und der Ausgang ist dann nicht hochohmig, ja ). Aber der 
Eingans Offset des OP-Amps dürft am Asgang nicht zu sehen, da es 
keinerlei DC-Feedback gibt. Seh ich das richig?

[Fralla (Gast)]

Die Frage zuvor bezieht sich auf einen gewöhnlichen SK-Tiefpass, also 
nicht den HP.

[Abdul K. (ehydra)]

Fralla fragt was zu Analogtechnik. Das ich das noch erleben durfte.
Öh, ich glaube die Antwort ist, daß am Ausgang der Offset als 
Verringerung des Aussteuerbereichs (Offset*gain) schon noch auftritt!

Helmut, deswegen fragte ich ja WIESO dann nicht gleich auf GND??
Gesagt getan: In der Sim ist der Knick an der Eckfrequenz eckiger, wenn 
es zum Ausgangsspannungsteiler geht.


Schön wäre es ja mal, wenn Mike endlich aufwacht und per freier png-lib 
direktes Schreiben von Bildern reinbauen würde.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Fralla schrieb:
> wenn man bei einem Sallen Key Tiefpass Filter am + Eingang des OP-Amps
> abgreift, dann sieht man am Ausgang keine Eingangs-Offsetspannung?

Wenn du mit "Ausgang" den nichtinvertierenden Eingang meinst, ja.

> (Wohl aber en Offset durch Biasströme, und der Ausgang ist dann nicht
> hochohmig, ja ).

Ja, den Bias-Strom kann man nicht ohne weiteres kompensieren, da die
übliche Methode mit den gleichen effektiven Widerständen vor den Opamp-
Eingängen in diesem Fall versagt.

> Aber der Eingans Offset des OP-Amps dürft am Asgang
> nicht zu sehen, da es keinerlei DC-Feedback gibt. Seh ich das richig?

Zumindest sehe ich es genauso.

Aber kann es sein, dass deine Tastatur gerade aus dem Leim geht? :)

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Abdul K. schrieb:
> Helmut, deswegen fragte ich ja WIESO dann nicht gleich auf GND??
> Gesagt getan: In der Sim ist der Knick an der Eckfrequenz eckiger, wenn
> es zum Ausgangsspannungsteiler geht.

Kein Wunder: Wenn du R2 auf GND legst, hast du das Wesentliche des
SK-Filters, nämlich die Einfachmitkopplung, beseitigt. Übrig bleiben
drei hintereinandergeschaltete, nicht entkoppelte RC-Glieder.

[Abdul K. (ehydra)]

Ja, aber damit habe ich dann Helmut erstmal widerlegt.

Ich bin am Gogeln... Scheint mindestens aus der Zeit von SGS zu sein.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Abdul K. schrieb:
> Ja, aber damit habe ich dann Helmut erstmal widerlegt.

Wieso das? Was hat Helmut Falsches geschrieben?

[Helmut S. (helmuts)]

Nein, ich habe genau das Richtige geschrieben.

[Abdul K. (ehydra)]

Ich interpretierte es so, daß du zu R2 dir R5 in Reihe denkst. Das 
funktioniert aber nicht, wie man in der Sim leicht probieren kann. R2 
berechnet sich irgendwie u.a. aus der Verstärkung.

[Helmut S. (helmuts)]

An dem Punkt an dem R2 hängt herrscht Verstärkung 1. Genau das habe ich 
auch zuvor geschrieben. Wer das jetzt nicht glaubt der hat den Opamp 
nicht richrig verstanden.

[Kai K. (klaas)]

>Kann man das auch auf Tiefpaß umstricken?

In diesem Datenblatt wird es geamcht:

http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00000129.pdf

[Kai K. (klaas)]

Und ist sogar stabil...

[Abdul K. (ehydra)]

In Sinne eines Beweises, würde ich auch nie behaupten ich hätte OpAmps 
verstanden.
Zwischen + und - Eingänge herrscht virtuell 0V, außerdem fließt in diese 
Eingänge kein Strom. Das ist das wovon ich immer ausging.
Außerdem das zwischen Stufen aus OpAmps immer ein Wechsel zwischen 
Strom- und Spannungsquellen stattfindet. Damit lassen sich dann alle 
mathematischen Operatoren erklären.

Helmut, wenn du so schlau bist:
Welche Impedanz sieht R2 am unteren seinen Pin?

[Abdul K. (ehydra)]

Ich habe meine Gogelei abgschlossen. Außer genau zwei ähnlichen 
Diskussionsfäden (die auch keine saubere Erklärung bringen) ist als 
weitere Resource nur ein weiteres Bild im DB TDA2040 geblieben.

Patentrecherche habe ich erstmal keine gemacht.

Dort sieht man zwei weitere Versionen ohne Verstärkung. Weitere 
Erklärungen sind keine drin. Eigentlich würde ich es nicht einmal als 
gleich bezeichnen.

Keine Höcker im Frequenzgang sind halt schick. Da werde ich noch etwas 
forschen müssen. Eventuell muß man die Begriffswelt etwas weiter fassen.

[Kai K. (klaas)]

Diese Filter haben auch einen Nachteil, wie der Anhang zeigt: Der 
Frequenzgang geht gegen eine endliche Dämpfung, weil der 22k und 2k2 
Widerstand wie ein Spannungsteiler wirken. Für eine Lautsprecherweiche 
vielleicht ein akzeptabler Kompromiß, für allgemeinere Anwendungen aber 
eher nicht so prickelnd.

[Kai K. (klaas)]

Und beim Hochpaß gibt es einen Knick, unterhalb dessen die Dämpfung in 
die eines einpoligen Hochpaß übergeht.

[Kai K. (klaas)]

Auweija, der Bandpaß geht ja garnicht!

[Abdul K. (ehydra)]

Das von mir gepostete LTspice Projekt geht bis -80dB. Wo ist das 
Problem?

[Kai K. (klaas)]

>Das von mir gepostete LTspice Projekt geht bis -80dB. Wo ist das
>Problem?

Sieh dir meine anderen Simuls an, dann siehst du, wo bei diesem 
Filtertyp das Problem ist...

[Abdul K. (ehydra)]

Ich hatte die schon gesehen und wenns von dir kommt, lese ich es auch 
genau.
Aber wie kommst du zu den Werten der Bauelemente?
Vielleicht geht diese Filterstruktur nur als Hochpaß gut?

Jedenfalls habe ich nun einfach mal drüber geschlafen und gerade R4 
variiert (= Verstärkung). Helmut hat hier Recht, die Verstärkung kann 
man unabhängig wählen, die Kurvenform bleibt gleich. Vielleicht nicht 
theoretisch, aber eben in praktischem Sinne. Seine 98%.

Der Kern ist also ein Bessel Sallen Key Filter. Stellt sich nur noch die 
Frage, wie man das Vorfilter passend dimensioniert, damit das Teil von 
der 2. Ordnung in die dritte übergeht. Das erschleißt sich mir aus 
deinen Sims auch nicht.

[Kai K. (klaas)]

>Der Kern ist also ein Bessel Sallen Key Filter. Stellt sich nur noch die
>Frage, wie man das Vorfilter passend dimensioniert, damit das Teil von
>der 2. Ordnung in die dritte übergeht. Das erschleißt sich mir aus
>deinen Sims auch nicht.

Das hat aber eher nichts mit der 100R Geschichte zu tun, weil die 
Frequenzgänge bei nicht zu großen Dämpfungen ja praktisch identisch mit 
denen echter Sallen-Key-Filter sind. Dieses Problem löst du also genauso 
wie bei echten Sallen-Key-Filtern, also beispielsweise durch das 
Nachschlagen in Tabellen oder dem Umskalieren eines bekannten Filters.

[Abdul K. (ehydra)]

Wird wohl so sein. Bin noch am suchen. Hatte da mal ne AppNote. 
Irgendwas mit Dämpfungskriterium.

Allerdings, wo ist dann die geniale Idee von SGS? Sie betonen es so.

[Kai K. (klaas)]

>Allerdings, wo ist dann die geniale Idee von SGS? Sie betonen es so.

Daß sie die aktiven Filter direkt mit den Endstufenchips aufbauen, mit 
diesem recht eigenwilligen 100R Gedöns, und sie deshalb auf zusätzliche 
OPamps für die Weiche verzichten können.

Im Nachhinein handelt es sich für mich bei den Filtern aber eher um 
Kuriositäten, als um universell einsetzbare Aktiv-Filter...

[Abdul K. (ehydra)]

So wird es sein.

Ein Leistungsverstärker mit TP ist schon gängig. Stell dir vor du hast 
ein SCF davor und brauchst das Aliasingfilter.
Kann man im Hinterkopf bewahren für den Fall, der bestimmt irgendwann 
eintritt. Ich spreche aus Erfahrung. Ist manchmal überaus erstaunlich wo 
man etwas wieder neu verwenden kann.

[Abdul K. (ehydra)]

Das hier wäre dann noch das passende Tool:
http://sim.okawa-denshi.jp/en/Sallen3tool.php

Leider bekomme ich die Werte nicht gleich raus. Vielleicht gibts 
unterschiedliche Definitionen von Bessel? Ich habe als Damping Ratio 
0.577 angegeben. Oder sie geben dem Vorfilter eine andere Eckfrequenz.

[Abdul K. (ehydra)]

Ich habe mit http://sim.okawa-denshi.jp/en/Sallen3tool.php noch etwas 
rumgespielt. Für R2 habe ich dann entsprechend unseren Erkenntnissen 
5,7K angenommen, also die 100 Ohm addiert.
Die meinen dort, die Filterwerte aus dem SGS-Datenblatt würden ein 
instabiles Filter ergeben. Unabhängig von der Verstärkung. Und Bessel 
paßt auch nicht zur berechneten Dämpfung. Die Eckfrequenz stimmt laut 
LTspice so halbwegs.
Vielleicht hat SGS irgedwelche Interna des TDA2040 mit einbezogen. 
Einige Annahmen meinerseits ins Modell eingebracht, haben aber nichts 
grundsätzlich bis 10KHz geändert.

Das so als Update.

[Kai K. (klaas)]

>Die meinen dort, die Filterwerte aus dem SGS-Datenblatt würden ein
>instabiles Filter ergeben.

Das sehe ich überhaupt nicht so. Wie im Anhang gezeigt, ergibt sich im 
Vergleich mit einem bekanntem Besselfilter 3.Ordnung aus diesem Buch

ISBN 3-88322-007-8

eine beinahe völlige Übereinstimmung im Frequenzgang. Lediglich bei sehr 
niedrigen Frequenzen findet man wieder die bereits besprochene 
Abweichung.

Auch die Stabilitäts- und Phasenganganalyse zeigt keinerlei Instabilität 
und auch überhaupt keine Unterschiede zwischen den Filtern.

-> Das SGS-Filter ist ein stabiles Besselfilter 3.Ordnung. Lediglich bei 
sehr niedrigen Frequenzen weicht der Frequenzgang etwas vom idealen 
Verlauf ab.

[Abdul K. (ehydra)]

Danke für deine Bemühungen. Werde mal in den Lancaster reinschauen. Hab 
den glaube ich irgendwo liegen.

Bezüglich deiner Kritik kann ich dich nur an diese japanische Seite 
verweisen. Schreibe ihnen doch mal. Ich kann deren Mathematik eh nicht 
nachvollziehen.

[Abdul K. (ehydra)]

Hier noch a bisserl Info. Ein Filter mit Verstärkung und nicht dem Trick 
mit den 100 Ohm.