Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Aktiver Lowpass Filter mit LM358N


von ul5255 (Gast)


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Ich habe ein Eingangssignal von einer selbstgebauten DDS Loesung welches
im Bereich von 700kHz bis 760kHz variiert werden kann. Der DDS clock ist 
2.2MHz. Ich moechte nun ein Rekonstruktions-Filter hinter den DDS 
haengen, um alle Anteile groesser 760kHz aus dem Signal zu filtern. 
Wegen der relativ niedrigen Cutoff Frequenz wollte ich nicht anfangen, 
LC Lowpass Filter zu bauen, da die Spulen recht gross werden. Ich dachte 
dehalb an ein aktives LP Filter mit einem OPV (evtl. kaskadiert). Ich 
habe aber nur LM358N in der Bastelkiste. Ist der OPV schnell genug, um 
760KHz cutoff Frequenz zu erreichen?

von Harald W. (wilhelms)


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ul5255 schrieb:

> habe aber nur LM358N in der Bastelkiste. Ist der OPV schnell genug, um
> 760KHz cutoff Frequenz zu erreichen?

Nein.
Gruss
Harald

von ul5255 (Gast)


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Danke fuer die schnelle Antwort, Harald. Ich hatte das schon 
befuerchtet.
Darf ich noch zwei Fragen hinterherschieben? Was wuerdest Du als die 
maximale Cutoff Frequenz des LM358N ansetzten (evtl. Formel)? Welcher 
OPV ist fuer meinen Fall verwendbar, bzw. nach welchem Paramater im data 
sheet muss ich suchen (evtl. gain-limited bandwidth)?
Danke, Uwe.

von Peter Z. (Gast)


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ul5255 schrieb:
> Wegen der relativ niedrigen Cutoff Frequenz wollte ich nicht anfangen,
> LC Lowpass Filter zu bauen, da die Spulen recht gross werden.

Naja, ich habe nur mal so nachgerechnet, das du so mit 100µH und 470p 
auf 734kHz kommst. Will damit sagen, das sind keine großen 
Induktivitäten.

Dieser LM358 hat anscheinend eine Gain Bandwidth von 1MHz, oder lese ich 
das Datenblatt falsch?

Nimm einen schnelleren OP.
Baue das Filter mit höherer Ordnung.

von Purzel H. (hacky)


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>Was wuerdest Du als die maximale Cutoff Frequenz des LM358N ansetzten

Was steht denn dazu im Datenblatt ?

>  Welcher OPV ist fuer meinen Fall verwendbar, bzw. nach welchem Paramater im 
data sheet muss ich suchen (evtl. gain-limited bandwidth)?

Genau. "Gain-Bandwidth" und "gain stable" und "slew rate"

von ul5255 (Gast)


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Peter Zz schrieb:
> Naja, ich habe nur mal so nachgerechnet, das du so mit 100µH und 470p
> auf 734kHz kommst. Will damit sagen, das sind keine großen
> Induktivitäten.

100uH mit Eisenpulver Kern realisiert wird aber schon recht gross ...

Peter Zz schrieb:
> Dieser LM358 hat anscheinend eine Gain Bandwidth von 1MHz, oder lese ich
> das Datenblatt falsch?

das ist richtig. Allerdings wird die slew rate mit 0.6V/us angegeben und 
dass hat mich nachdenklich gestimmt. Irgendwie ist mir der Zusammenhang 
zwischen beiden Werten nicht klar: Bedeutet dies, das mein 
Ausgangssignal dann nur 0.6V_pk_pk hat, wenn ich mit 1MHz reingehe?

von Helmut L. (helmi1)


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ul5255 schrieb:
> 100uH mit Eisenpulver Kern realisiert wird aber schon recht gross ...

Stimmt so gross wie ein 1/4W Widerstand in THT oder 1206 Package in SMD.
Was hast du fuer einen Truemmer?

von Purzel H. (hacky)


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>Allerdings wird die slew rate mit 0.6V/us angegeben und
dass hat mich nachdenklich gestimmt. Irgendwie ist mir der Zusammenhang
zwischen beiden Werten nicht klar: Bedeutet dies, das mein
Ausgangssignal dann nur 0.6V_pk_pk hat, wenn ich mit 1MHz reingehe?

Nein. Die maximale Steigung ist im Nulldurchgang. Und die ist U*Omega.
Dh ein Sinus mit 1Vp und 1MHz hat eine Steigung von 2*pi*1MHz= 6.2V/us.
Und wenn der Verstaerker die Steigung nicht mehr bringt ist auch die 
Gegenkopplung weg, dh das Signal ist nicht mehr brauchbar. Dh auch, man 
sollte die Slew-Rate nicht auslutschen.

von ul5255 (Gast)


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Helmut Lenzen schrieb:
> Stimmt so gross wie ein 1/4W Widerstand in THT oder 1206 Package in SMD

Hallo Helmut,
Auf Ferrit gewickelt, wird es sicher klein, aber dann habe ich halt sehr 
kleines Q. Deshalb schrieb ich ja auch "Eisenpulver" (z. B. Amidon 
T50-2, ...)

von Helmut L. (helmi1)


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ul5255 schrieb:
> Auf Ferrit gewickelt, wird es sicher klein, aber dann habe ich halt sehr
> kleines Q. Deshalb schrieb ich ja auch "Eisenpulver" (z. B. Amidon
> T50-2, ...)

So hoch braucht die Guete bei dem Filter gar nicht zu sein. Das Filter 
wird doch sowieso durch die Abschlusswiderstaende bedaempft. Du baust 
doch einen Tiefpass und keinen Bandpass.

von dolf (Gast)


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für schnelle sachen nimm den lm318
15mhz , 50v/µs , +-20v
den rest -->datenblatt.
0,54teuro -->reichelt.de
mfg

von Ul5255 (Gast)


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Ich werde aus dem LM318 data sheet nicht ganz schlau: Wenn ich die drei 
Pins fuer Balancing / Compensation nicht benutzen moechte, lasse ich die 
dann floating?

von dolf (Gast)


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Ul5255 schrieb:
> Wenn ich die drei
> Pins fuer Balancing / Compensation nicht benutzen moechte, lasse ich die
> dann floating?

du meinst unbeschaltet?
ja nicht beschalten.

von dolf (Gast)


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hab noch mal meine opamp kiste durchforstet...
ne5539
der ist extrem fix.
allerdings bei reichelt nicht zu haben.
mfg

von HildeK (Gast)


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ul5255 schrieb:
> Ich dachte
> dehalb an ein aktives LP Filter mit einem OPV (evtl. kaskadiert). Ich
> habe aber nur LM358N in der Bastelkiste. Ist der OPV schnell genug, um
> 760KHz cutoff Frequenz zu erreichen?

"Nein" wurde ja schon gesagt.
Um wirklich genaueres zu sagen, bräuchte man noch weitere Daten. Z.B. 
bei welcher Frequenz im Stopband welche Dämpfung benötigt wird.

Ein einfaches Filter mit den Daten:
Grenzfrequenz 1kHz (!)
Stopband bei 2kHz mit 20dB Dämpfung
wäre mit drei LM358 noch gut machbar.

Etwas vergleichbares bei 750kHz wird einen OPA mit GBW in der 
Größenordung 100MHz ... 500MHz benötigen. Je nach Filtertyp.

Quelle: Simulation mit FilterPro Desktop von TI

von Ul5255 (Gast)


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Mir schwebt ein Sallen Key Filter vor. Shunt C = 68pF, der Feedback C 
vom Ausgang auf den nichtinvertierenden Eingang =680pF. Bei 1,4MHz 
haette ich gern -30dB Daempfung. Mein aktueller Plan ist, zwei LM318 zu 
kaskadieren (single supply 12V). Ist das unrealistisch?

von Axel S. (a-za-z0-9)


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ul5255 schrieb:

> Ich habe ein Eingangssignal von einer selbstgebauten DDS Loesung welches
> im Bereich von 700kHz bis 760kHz variiert werden kann. Der DDS clock ist
> 2.2MHz.

Das ist aber mächtig auf Kante genäht. Da hast du ja gerade mal 3 
Stützstellen pro Periode. Kannst du nicht dein DDS etwas schneller 
takten?

> Ich moechte nun ein Rekonstruktions-Filter hinter den DDS
> haengen, um alle Anteile groesser 760kHz aus dem Signal zu filtern.

Ein Rekonstruktionsfilter brauchst du in jedem Fall. Und bei f_nutz = 
f_sample/3 sogar ein besonders gutes.

> Wegen der relativ niedrigen Cutoff Frequenz wollte ich nicht anfangen,
> LC Lowpass Filter zu bauen, da die Spulen recht gross werden.

Bitte was? Mittelwellen-Radio - sagt dir das noch was? Das hat(te) eine 
ZF von 455kHz und die wurde ganz problemlos mit LC-Kreisen gefiltert. 
Von denen 4 Stück in das Volumen eines Stücks Würfelzucker passen.

Weder Größe noch Güte der Induktivitäten werden ein Problem sein. Eher 
schon die Tatsache, daß ein Filter mit Passband bis 760kHz, aber fett 
Dämpfung ab 1100kHz, eine recht hohe Ordnung brauchen wird. Je nachdem 
wie hoch deine Anforderungen denn nun wirklich sind. Und sowas als 
LC-Filter aufgebaut gleicht sich beschissen ab.


XL

von Kai K. (klaas)


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>Ich habe ein Eingangssignal von einer selbstgebauten DDS Loesung welches
>im Bereich von 700kHz bis 760kHz variiert werden kann. Der DDS clock ist
>2.2MHz. Ich moechte nun ein Rekonstruktions-Filter hinter den DDS
>haengen, um alle Anteile groesser 760kHz aus dem Signal zu filtern.

Das würde ich auf jeden Fall passiv probieren, beispielsweise so wie im 
Anhang.

von ArnoR (Gast)


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> Ist der OPV schnell genug, um 760KHz cutoff Frequenz zu erreichen?

Naja eigentlich nicht, wenn man es korrekt machen will, aber es gibt 
auch mit dem LM358 einen Weg. Da das Ding ja etwa 1MHz fT hat, kann man 
den einfach etwas mehr als 1 verstärken lassen und den natürlichen 
Frequenzgang des LM358 als Filter nehmen. Im angehängten Bild mal ein 
TP-Filter 6. Ordnung, wie man am Phasengang leicht sehen kann. Mit den 
3k-Widerständen kann man etwas mit der Grenzfrequenz und dem 
Übergangsverhalten spielen.

von Kai K. (klaas)


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>Naja eigentlich nicht, wenn man es korrekt machen will, aber es gibt
>auch mit dem LM358 einen Weg.

Vielmehr als 100mVs kommt aus dem Ausgang aber nicht heraus...

von ArnoR (Gast)


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Ja das stimmt natürlich, aber das Filtern geht. Der Vorschlag war jetzt 
auch nicht so ganz ernst gemeint.

von Helmut L. (helmi1)


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ArnoR schrieb:
> Der Vorschlag war jetzt
> auch nicht so ganz ernst gemeint.

So so.

Die meisten App fuer DDS Generatoren benutzen ein Filter 7. Ordnung mit 
Cauer Charakteristik. Und das in RLC Technologie. Da legt man die 1. 
Kerbe im Sperrbereich dann auf die Spamplefrequenz der DDS.

Bei OPAmp Filter hat man das Problem das bei hoehrern Frequenzen die 
Daempfung wiedr abnimmt weil der OP nicht mehr mitkommt.

von ArnoR (Gast)


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> So so.

Naja wenn er schon mit einem ungeeigneten OPV eine Lösung haben will

(> Ich habe aber nur LM358N in der Bastelkiste.)

dann wollte ich eben mal eine anbieten.

> Bei OPAmp Filter hat man das Problem das bei hoehrern Frequenzen die
> Daempfung wiedr abnimmt weil der OP nicht mehr mitkommt.

Ja, wenn der OPV mit der Beschaltung als Filter arbeiten soll, aber 
nicht in meinem Vorschlag.

von Helmut L. (helmi1)


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Ich weiss auch nicht warum er so auf eine OP Loesung drauf besteht.
Spulen wickeln braucht man doch da gar nicht mehr. Die Teile gibt es 
doch fertig in allen Variationen. Die RLC Version hat auch noch den 
Vorteil das sie weniger rauscht als OPs.

von Kai K. (klaas)


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>Ja das stimmt natürlich, aber das Filtern geht. Der Vorschlag war jetzt
>auch nicht so ganz ernst gemeint.

Das weiß ich doch...

von ul5255 (Gast)


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ich nochmal:

Danke fuer die vielen Beitraege. Nach laengerer Selbstfindungs-Phase
werde ich ueber das WoE doch mal probieren, einen LC Lowpass Filter
zu bauen. 330u Fest-Induktivitaeten habe ich naemlich in der Bastel-
Kiste gefunden.

Anbei mein Ansatz, alle Ls und Cs sind im Bastelraum griffbereit ...

Sorry, moechte nicht als beratungs-resistent rueberkommen. Das OpAmp
Thema werde ich vielleicht auch noch ausprobieren ... nur des Lernen
wegens. Wenn alles immer gleich klappt, waere es ja langweilig.

von Kai K. (klaas)


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Bist du sicher, daß du einen solchen Frequenzgang haben willst?

von ul5255 (Gast)


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Kai,
ich bin mir nicht sicher, wie ich die x Achse in Deiner Grafik lesen 
muss.
Ausgangs-Pegel ist nicht kritisch, da der DDS ja am Anfang der ganzen
Signal-Kette steht. Hauptsache ist das Frequenzen groesser ~760kHz stark
bedaempft werden.

von Kai K. (klaas)


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>ich bin mir nicht sicher, wie ich die x Achse in Deiner Grafik lesen
>muss.

Das ist die Frequenz in logarithmischer Skalierung. Die Striche meinen 
beispielsweise 100kHz, 200kHz, 300kHz, usw. bis 1MHz. Dann 1MHz, 2MHz, 
3MHz usw. bis 10MHz.

>Ausgangs-Pegel ist nicht kritisch, da der DDS ja am Anfang der ganzen
>Signal-Kette steht. Hauptsache ist das Frequenzen groesser ~760kHz stark
>bedaempft werden.

Ja, aber du willst die Nutzsignale ja nicht verzerren, oder? Dafür 
brauchst du in der Regel eine glatten Frequenzgang im 
Signalfrequenzbereich, in deinem Fall also bis 760kHz.

von ul5255 (Gast)


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Danke, Kai.
Das Ausgangssignal wird sich nur im Bereich von 700 .. 760kHz bewegen.
Die Frequenz ist auch zeitlich stabil, sie wird nur von Hand (langsam)
geaendert.
Mit welcher Software simulierst Du?

von Kai K. (klaas)


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>Mit welcher Software simulierst Du?

Hier gerade mit TINA-TI von Texas Instruments. Sonst auch gelegentlich 
mit LTSpice. Beide Simulatoren sind kostenlos.

von ul5255 (Gast)


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Danke an alle, die mich in Richtung klassischen LC Tiefpass geschubst 
haben: Ich habe den Filter wie oben skizziert, aufgebaut und es klappt. 
Spektrale Reinheit werde ich mir naechste Woche mit einer FFT auf einem 
digitalen Speicher-Scope in der Firma ansehen.
Danke nochmals!!!

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