frage zu Induktion in lowpass filter

[Serge (Gast)]

Hi zusammen.
Ich habe eine generelle Frage zu LC lowpass filtern. Ich mein, die 
cutoff frequenz ist bestimmt durch die grösse von L und C. Wenn ich nun 
aber eine induktivität von sagen wir 10uH kaufen will, habe ich nebst 
der angabe zur induktivität auch immer die angabe einer resonanzfrequenz 
welche gewöhnlich von kHz bis MHz reicht. Ist diese angabe wichtig für 
den bau eines Lowpass? Ich würde gern alles unter 10MHz durchlassen, bin 
jetzt aber verwirrt durch die unterschiedlichen resonanzfrequenzen der 
induktivitäten...

cheers
serge

[Bernie (Gast)]

Die simpelste Grundregel lautet ganz einfach:

DEUTLICH unter der Resonanzfrequenz bleiben!

Idealerweise nur 10% davon, aber nie über 50%:
Diese Resonanzfrequenz ist ja nur ein TYPISCHER Wert und
kann ganz leicht mal um 20% variieren.

[Helmut S. (helmuts)]

Bei einer realen Spule hat man zwischen den Windungen eine unerwünschte 
Kapazität. Die bewirkt eine Parallelresonanz. Oberhalb dieser 
Resonanzfrequenz sinkt die Impedanz anstatt wie gewünscht mit w*L zu 
steigen.

[Serge (Gast)]

ok, das höchste was ich jetzt gefunden habe war 38MHz. Das sollte also 
mehr oder weniger passen für eine durchlassfrequenz von maximal 10MHz

besten dank für die antworten.

[Kai K. (klaas)]

>Ich würde gern alles unter 10MHz durchlassen, bin jetzt aber verwirrt
>durch die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen der Induktivitäten...

Ich bin auch verwirrt. Du willst alles unter 10MHz durchlassen aber 
verwendest ein solche Rieseninduktivität? Da muß nach Thomson deine 
Filterkapazität ja kleiner als 25pF sein! Das ist nicht sinnvoll. Besser 
wäre es, mit einer deutlichen kleineren Induktivität zu arbeiten.

Auch hinsichtlich der Bedämpfung der Resonanz deines Filters wirst du 
mit einem so unglücklichen L/C Verhältnis Probleme bekommen. Gemäß der 
Daumenformel R > SQRT(2L/C) brauchst du bei 10µH und 25pF zur Bedämpfung 
der Resonanz einen ohmschen Serienwiderstand von größer als 900 Ohm!

Also, da hast du wahrscheinlich irgendeinen Denkfehler. Was ist das denn 
überhaupt für eine Anwendung?

[Chris B. (cbb)]

Hi zusammen,

ich habe eine Frage zur Dimensionierung der Induktivität in einem
Lowpass-Filter.

Muss beim Aufbauen eines einfachen LC-Filters in der Versorgungsspannung 
auf die Resonanzfrequenz geachtet werden?
Beispielsweise möchte ich eine Grenzfreq. von 1kHz erreichen.
Genügt in einem solchen Fall eine Reso.-Freq von 60MHZ?
Darüber verringert sich die Induktivität und mein Filter wird
unwirksam, oder?

Bei einer Grenzfreq. von ungefair 5kHz habe ich eine Kombination von
100µ Elko und 2.2µH Indukvität gewählt. Wäre das eine gute Kombination?
Vor der Spule habe ich ebenfalls mal noch einen 10µ Kerko geschaltet
und das ganze Simuliert. Die Dämpfung verändert sich so aber nur 
marginal.
Was bringt mir ein Kondensator vor der Induktivität, also eine
sogenannte PI-Schaltung?

Schon einmal vielen Dank im Voraus für die Antwort.

Viele Grüße

[Falk B. (falk)]

@ Chris B. (cbb)

>Muss beim Aufbauen eines einfachen LC-Filters in der Versorgungsspannung
>auf die Resonanzfrequenz geachtet werden?

Ja.

>Beispielsweise möchte ich eine Grenzfreq. von 1kHz erreichen.
>Genügt in einem solchen Fall eine Reso.-Freq von 60MHZ?

Sehr reichlich. Ausserdem will man LC-Filter in der Versorgungsspannung 
haben, die KEINE starken Resonanzen haben, also eher gut gedämpft sind.

>Darüber verringert sich die Induktivität und mein Filter wird
>unwirksam, oder?

Ja, die parasitäre Kapazität der Spule schließt diese immer mehr kurz.

>Bei einer Grenzfreq. von ungefair 5kHz habe ich eine Kombination von
>100µ Elko und 2.2µH Indukvität gewählt. Wäre das eine gute Kombination?

Aus dem Bauch heraus würde ich sagen nein. Zuviel C, zuwenig L.

>Vor der Spule habe ich ebenfalls mal noch einen 10µ Kerko geschaltet
>und das ganze Simuliert. Die Dämpfung verändert sich so aber nur
>marginal.

Du musst mit realen Beuteilen, vor allem der Spule simulieren, d.h. der 
Gleichstromwiderstand und die parasitäre Kapazität sind wichtig.

>Was bringt mir ein Kondensator vor der Induktivität, also eine
>sogenannte PI-Schaltung?

Bessere Filterung. Klappt aber nur, wenn alles richtig dimensioniert und 
simuliert ist. Denk dran, deine Störquelle hat auch einen endlichen 
Ausgangswiderstand.

[Chris B. (cbb)]

Hi Falk,

danke Dir schon mal für die Antwort.
Da man beim LC-TP Filter keine Resonanzerhöhung haben will, dachte ich 
mir, dass ich mit einem größeren C und kleinerem L evtl. eine bessere 
Dämpfung hinbekomme. Wenn ich nach obiger Formel:
> Daumenformel R > SQRT(2L/C)
den benötigten Serien R berechne sieht das danach aus.

Ich habe um ehrlich zu sein keine Erfahrungen mit der Auslegung solcher 
Filter. Bisher habe ich immer nur Blockkondensatoren verwendet. Ggf. mal 
einen RC Filter aufgebaut, aber keinen LC Filter.

Bei der Simulation war ich dann wohl auch etwas zu grob?
Ich hatte mir nur den DC Widerstand eingetragen.
Die parasitäre Kapazität dürfte doch aber eig. nur oberhalb der 
Reso.-Freq. in der Simulation sichtbar werden?
In der Simulation hatte ich diese Filterschaltung mit einem variablen 
Widerstand belastet (Simuliert habe ich mit LT SPice), um versch. Ströme 
zu simulieren.

Kannst du mir einen Tipp geben, wie ich bei der Auslegung vorgehen soll?
Eine bestimmte Frequenz, welche ich unterdrücken möchte habe ich nicht.
Es soll einfach nur bestmöglich die DC Spannung stabilisiert werden.
Es wird eine Stromfestigkeit von ca. 300mA benötigt.

Nach diesem Filter kommt noch zusätzlich ein Linearregler, welcher sich 
normalerweise nicht negativ auf die Stabilität der Spannung auswirken 
sollte?

Grüße

[Falk B. (falk)]

@ Chris B. (cbb)

>Bei der Simulation war ich dann wohl auch etwas zu grob?

Wie meinst du das?

>Ich hatte mir nur den DC Widerstand eingetragen.

Schon mal ein Anfang.

>Die parasitäre Kapazität dürfte doch aber eig. nur oberhalb der
>Reso.-Freq. in der Simulation sichtbar werden?

Jain, sie spielt auch unterhalb eine gewisse Rolle.

>Kannst du mir einen Tipp geben, wie ich bei der Auslegung vorgehen soll?

Naja, ich bin auch kein LC-Filter Experte. Als Ansatz würde ich mal 
Spulen im Bereich 20-500uH betrachten, bei 300mA kann man sich auch 1 
Ohm ohmschen Widerstand leisten. Dazu passend den Kondensator.  Dann mal 
schauen wie der Frequenzgang aussieht.

>Nach diesem Filter kommt noch zusätzlich ein Linearregler, welcher sich
>normalerweise nicht negativ auf die Stabilität der Spannung auswirken
>sollte?

Nein. Im Gegenteil, sonst wäre es ja keine Spannungsregler.

[Chris B. (cbb)]

@Falk

Mit zu grob meinte ich, ich habe Serien R und parasitäre Kapazität 
unterschlagen, was ich wohl besser nicht gemacht hätte. ;-)

Was ich noch vergessen habe zu erwähnen:
Am besten soll der Filter nicht all zu viel Platz in Anspruch nehmen.
Ist es nicht einfacher unter dem Gesichtspunkt des Platzes größere 
Kapazitäten als Induktivitäten zu erreichen?

Habe derzeit einen Ansatz mit 6,8µH, 100µF und einem 1Ohm R in Reihe.
Laut den Simulationsergebnissen sieht das erst mal vielversprechend aus.
Wenn ich dann bedenke, dass noch ein Linearregler danach kommt?

[Falk B. (falk)]

@ Chris B. (cbb)

>Am besten soll der Filter nicht all zu viel Platz in Anspruch nehmen.
>Ist es nicht einfacher unter dem Gesichtspunkt des Platzes größere
>Kapazitäten als Induktivitäten zu erreichen?

So einfach ist es nicht, denn die Güte eines Filters wird nun mal durch 
das Verhältnis von L/C sowie R bestimmt.

>Habe derzeit einen Ansatz mit 6,8µH, 100µF und einem 1Ohm R in Reihe.

Klingt erstmal brauchbar. Wie sieht der Frequenzgang aus?

>Wenn ich dann bedenke, dass noch ein Linearregler danach kommt?

Das sollte kein Problem darstellen.

[Chris B. (cbb)]

Hi,

Frequenzgang habe ich mal im Anhang.
Als Last habe ich 10 bis 100 Ohm in 10er Schritten variiert.
Daher die versch. Farben im Plot.
Die Impedanz der Störquelle habe ich mal nicht variiert, sonst wird
der Plott sehr unübersichtlich.
Ich habe für die Simulation eine DC Spannung von 5V mit einer Störung 
von 5V überlagert.

Was meinst du, besteht noch Optimierungsbedarf?

Viele Grüße

[Falk B. (falk)]

Sieht gut aus.