Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Analoger Filterentwurf


von OberBrain (Gast)


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Guten Abend allerseits,


ich möchte mich gerne einen analogen Bandpass entwerfen.
Dafür habe ich z.B. das Programm FilterPro verwendet.
Ich möchte es aber verstehen wie das Programm sowas berechnet.

Ich weiß es gibt verschiedene Arten von Filter: Butterworth, Cheb, Cauer
Es gibt verschieden Arten sie elektronisch aufzubauen: Sallen-Key, 
Multiple Feedback.

Gibt es ein Buch oder im Internet eine Anleitung wie man Schritt für 
Schritt vorgeht ohne Hilfsprogramme ?

Gruß
OberBrain

von ArnoR (Gast)


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> Gibt es ein Buch oder im Internet eine Anleitung wie man Schritt für
> Schritt vorgeht ohne Hilfsprogramme ?

Ja klar gibts das und ein OberBrain sollte sowas auch selbst finden. 
Z.B.:

http://www.ti.com/lit/an/sloa093/sloa093.pdf

von troll (Gast)


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ArnoR schrieb:
> http://www.ti.com/lit/an/sloa093/sloa093.pdf
Naja, das ist ja die absolute Lightversion für den Praktiker. Dem TO 
geht es wohl um die nervigen Details, da würde ich eher den 
Tietze-Schenk oder irgendein Buch analoge Signalverarbeitung empfehlen. 
Vorsicht, viel Mathematik!

von troll (Gast)


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Oder mal nach Uniskripten googlen!

von OberBrain (Gast)


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Danke Arnor!Das ist sehr gut.

Ich hatte eigentlich eine Vorlesung darüber besucht :)

Mir geht es um die Umsetzung in eine reale Schaltung.

von Helmut L. (helmi1)


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Falls es noch was mehr als Tietze Schenk sein soll:

http://www.springer.com/engineering/circuits+%26+systems/book/978-3-540-71737-9

von OberBrain (Gast)


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Danke Helmut! Ja sowas hab ich gesucht, hamma sogar in der Bücherei.

von Ralph B. (rberres)


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Das Aktiv-Filterkochbuch von Don Lancaster. Das gibt es sogar in 
Deutsch.

Es behandelt aber nur aktive Filter. Ist aber wirklich gut geschrieben. 
Sowohl für den Einsteiger, als auch für mathematisch interessierte.

Ralph Berres

von Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)


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Hallo zusammen.

Die Sache mit den aktiven Filtern ist ja nun zur Genüge
abgehandelt worden.

Der TO wollte auch etwas über passive, sprich Spulenfilter wissen.

> Mir geht es um die Umsetzung in eine reale Schaltung.

So etwas habe ich früher auch immer gesucht. Bin berufsfremd und mit
den verallgemeinernden Methoden der Theoretiker und Mathematiker
nie zurecht gekommen.

Ich empfehle:
Wes Hayward, W7ZOI:
'Radio Frequency Design'
ARRL, Conneticut, 2. Auflage 1994
ISBN: 0-87259-49-0

Etwas schwierig zu bekommen. Ich habe beim 'Funkamateur' - Box73 -
mal auf die Schnelle nachgesehen, es aber nicht gefunden.
Nachfragen, soweit ich weiß, haben die es.

In diesem Buch steht nicht nur was über Filter. Wenn du dann aber die
Kapitel 2 und 3 durchgearbeitet und verstanden hast, macht dir bei
passiven Filtern so schnell niemand etwas vor.
Alles praktisch durchgerechnete Beispiele, die immer auf 'normalen'
Frequenzen (Amateurfunkbändern) stattfinden.

Wenn du dann solche Filterprogramme wie z. B. Elsie (Tonnesoftware)
gebrauchst, weisst du, was du tust.
Ein Nachrechnen mit z.B. RFSIM99 ist oft 'heilsam', damit du siehst,
wie sich die praktischen (z.B. Spulengüte) von den
theoretischen Eigenschaften der Bauelementen unterscheiden.
Auch die bei Hayward in Kapitel 2.5 ab Seite 51 beschriebene
'Ladder Method' ist einfach aber wirksam. Die 1. Auflage dieses Buches
habe ich ca. 1982 gekauft. Ich habe Stunden und Tage damit
verbracht, einfach(st)e Filter nachzurechen.

Mein damaliger Rechner:
Sharp PC1302, 1302 Basic-Bytes! free.

Diese 'primitiv'-Methode hat zumindest bei mir zu vielen
Aha-Erlebnissen geführt.

Damals gab es noch kein Touchstone, Puff o.Ä. geschweige den
solche 'sophisticated' Software wie Ansoft Designer oder
Microwave Office und v. a. mehr.

Wenn du dann weiter in die Theorie einsteigen möchtest, gibt
es nur noch die 'Bibel':

Anatol I. Zverev:
'Handbook of Filtersynthesis'
John Wiley and Sons, Hoboken, New Jersey, 2005
ISBN 0-471-74942-7

Nicht billig aber absolute Extraklasse.

Ich hoffe, ich habe dir mit diesen Tipps helfen können.


73 Wilhelm

von OberBrain (Gast)


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Danke Ralph und Wihelm.

Ich hab heut in meinem alten Skript geblättert und glatt gefunden.
Die Umsetzung ist im Prinzip recht einfach.

->Man definiert die Pol-und Nullstellen des Filters.
->Man sucht eine geeignete Filtertopologie z.B. Sallen-Key.
->Koeffizientenvergleich

Gruß
Brain

von Klaus R. (klara)


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OberBrain schrieb:
> ich möchte mich gerne einen analogen Bandpass entwerfen.

Noch ein Tipp dazu. Das Entwerfen ist eine Sache, das Realisieren eine 
andere Sache. Ich habe schon vor Jahren ein paar analoge Filter gebaut, 
passive und aktive. Ein Problem sind immer die Toleranzen der Bauteile. 
Bei Spulen kommt noch der ohmsche Anteil der Impedanz hinzu. Deswegen 
bin ich früh auf aktive Filter gekommen. Die Widerstände lassen sich 
entweder gut einmessen oder auch schon bezahlbar zu 0,1% kaufen. Die 
Kondensatoren müssen aber immer noch eingemessen werden um wenigstens 
auf 1% Genauigkeit zu kommen.
Gut Filter niederer Ordnung lassen sich so erstellen. Leider sind dann 
aber die Frequenzgänge festgelegt. Was ist wenn man beim Einmessen der 
Boxen meint, die Übergangsfrequenzen etwas verschieben zu müssen?
Ich denke, heute sind digitale Filter angesagt. Dann kann ich auch mal 
ein Besselfilter der 8. Ordnung testen oder mal einfach Verzögerungen 
realisieren ohne einen Allpass einsetzen zu müssen.
Gruss Klaus.

von ET Student (Gast)


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troll schrieb:
> Oder mal nach Uniskripten googlen!

Kann ich definitiv nicht empfehlen.  Die meisten davon (insbesondere die 
"Werke" meines Professors) sind unbrauchbar und nur akademisch-formal 
aufgebläht.

Ich habe Signale und Systeme 1 & 2 absolviert und kann dennoch keinen 
Filter entwerfen, höchstens vorhandene Schaltungen durchrechnen, und 
dazu Bode-Diagramm in Amplituden und Phasengang auswerfen...

OberBrain schrieb:
> Danke Ralph und Wihelm.
>
> Ich hab heut in meinem alten Skript geblättert und glatt gefunden.
> Die Umsetzung ist im Prinzip recht einfach.
>
> ->Man definiert die Pol-und Nullstellen des Filters.
> ->Man sucht eine geeignete Filtertopologie z.B. Sallen-Key.
> ->Koeffizientenvergleich
>
> Gruß
> Brain

Toll, sowas steht in den Skripten der TU Wien nicht drinnen.  Das 
PN-Schema ist zwar, nicht gerade klar und deutlich aber dennoch 
beschrieben, aber von verschiedenen Filtertopologien keine Rede ...

Dann sind eure Skripten offenbar zumindest zu etwas zu gebrauchen.

Wilhelm Schürings schrieb:

> So etwas habe ich früher auch immer gesucht. Bin berufsfremd und mit
> den verallgemeinernden Methoden der Theoretiker und Mathematiker
> nie zurecht gekommen.
>
> Ich empfehle:
> Wes Hayward, W7ZOI:
> 'Radio Frequency Design'
> ARRL, Conneticut, 2. Auflage 1994
> ISBN: 0-87259-49-0

Danke für den Tipp.   Was die Methoden der Theoretiker betrifft: Meist 
steckt etwas sehr simples dahinter. Die Schwierigkeit liegt nur darin, 
dass sie es hinter Formalismen verstecken ohne ex explizit zu erwähnen.

von OberBrain (Gast)


Angehängte Dateien:

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N'Abend,

ich habe hier das Skript hochgeladen:

http://www.share-online.biz/dl/MJZ88UNMPW

Interessant wird es ab S.13

Falls jemand Interesse hat, dann kann ich das komplette Skript 
hochladen.

Gruß

von Kai K. (klaas)


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>Falls jemand Interesse hat, dann kann ich das komplette Skript
>hochladen.

Oh nein, bitte nicht. Kein Wunder, daß du keinen Bandpaß entwerfen 
kannst...

von Helmut S. (helmuts)


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Hier hätte ich dann auch noch ein Buch. Vielleicht hat die 
Uni-Bibliothek ein Exemplar.

Electronic Filter Design Handbook
LC, Active and Digital Filters
Arthur B. Williams, Fred J. Taylor
McGraw-Hill Book Company
ISBN 0-07-070434-1

von Thomas S. (thom45)


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troll schrieb:

> Tietze-Schenk oder irgendein Buch analoge Signalverarbeitung empfehlen.
> Vorsicht, viel Mathematik!

Jein. Ich kenne dieses Buch sehr gut. Das Gleichgewicht zwischen 
Theorie/Mathematik und praxisorientierte Inhalte mit vereinfachten 
Formeln ist gar nicht so schlecht. Dieses Buch hat mir bisher schon sehr 
gute Dienste erwiesen.

Das bezieht sich nicht nur auf den Filterbereich.

Gruss
Thomas

von Thomas S. (thom45)


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Ralph Berres schrieb:
> Das Aktiv-Filterkochbuch von Don Lancaster. Das gibt es sogar in
> Deutsch.
>
> Es behandelt aber nur aktive Filter. Ist aber wirklich gut geschrieben.
> Sowohl für den Einsteiger, als auch für mathematisch interessierte.
>
> Ralph Berres

Man sollte vielleicht noch erwähnen, dass es die englische und deutsche 
Ausgabe schon lange nicht mehr gibt, ausser vielleicht im Ebay oder/und 
im Antiquariat.

Auf jeden Fall kann ich das Filterkochbuch von Don Lancaster sehr 
empfehlen. Falls es unter den Lesern hier (Ex-)ATARIaner gibt, ich habe 
grad zu diesem Buch damals ein Filterprogramm geschrieben, das die 
aktiven Hoch- und Tiefpassfilter umfasst.

Um dieses Programm zu nutzen, sollte ein (Ex-)ATARIaner ein 
ATARI-Emulator unter Win, Linux oder MacOSX (eigentlich nur HATARI) 
nutzen. Mehr dazu erfährt man hier:

"ATARI-ST: Elektronik-Rechenprogramme, Schaltschema-Zeichnungsprogramm"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/index.htm#atari

Gruss
Thomas

von Kai K. (klaas)


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>Auf jeden Fall kann ich das Filterkochbuch von Don Lancaster sehr
>empfehlen.

Ja, liegt bei mir auf dem Schreibtisch ganz weit oben. Es unterstützt 
aber nur einen Bruchteil der heute üblichen Aktiv-Filter-Typen. 
Beispielsweise kennt es keine mehrpolige, invertierende Filter.

von Thomas S. (thom45)


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Kai Klaas schrieb:
>>Auf jeden Fall kann ich das Filterkochbuch von Don Lancaster sehr
>>empfehlen.
>
> Ja, liegt bei mir auf dem Schreibtisch ganz weit oben. Es unterstützt
> aber nur einen Bruchteil der heute üblichen Aktiv-Filter-Typen.
> Beispielsweise kennt es keine mehrpolige, invertierende Filter.

Naja, man kann halt vom selben Autor nicht immer alles haben. Dafür hat 
Don Lancaster noch ein PLL-Kochbuch geschrieben, das auch sehr nützlich 
ist. Auf mich traf (frifft) dies jedenfalls zu.

Ein paar Dinge aus meinem bereits länger zurückliegenden beruflichen 
Alltag, habe ich in ein paar Minikursen "zusammengeschustert". Einfach 
für den Fall, wenn sich jemand dafür interessiert:

"PLL-Frequenzsynthesizer, VCO aus CD4046/MC14046"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/index.htm#pll_vco

und

"50-Hz-Notchfilterbank in SC-Filter-Technik: PLL-Taktgenerator (Teil 2)"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/scnf2.htm

Gruss
Thomas

von Helmut L. (helmi1)


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Thomas Schaerer schrieb:
> Dafür hat
> Don Lancaster noch ein PLL-Kochbuch geschrieben,

Da finde ich Roland Best

http://books.google.de/books/about/Phase_Locked_Loops.html?id=hEZi8Hellq8C&redir_esc=y

etwas ausfuehrlicher.

von Thomas S. (thom45)


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Helmut Lenzen schrieb:
> Thomas Schaerer schrieb:
>> Dafür hat
>> Don Lancaster noch ein PLL-Kochbuch geschrieben,
>
> Da finde ich Roland Best
>
> 
http://books.google.de/books/about/Phase_Locked_Loops.html?id=hEZi8Hellq8C&redir_esc=y
>
> etwas ausfuehrlicher.

Absolut richtig. Ich habe sein Buch auch. Ich lernte Roland Best auch 
mal persönlich kennen, nach einem Vortrag von ihm an der ETH-Zürich. Es 
war eine interessante Diskussion.

Gruss
Thomas

von Helmut L. (helmi1)


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Er pflegt seine Bücher ja mit Karikaturen von Wilhelm Busch zu 
verzieren.
Ich habe sein Buch auch schon über 30 Jahre.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ihr kommt echt mit Best zurecht. Hut ab!

Meinereiner sucht sich lieber die akademisch verpönte Lösung durch 
Abkupfern bei anderen Leuten die ein Augenmerk auf die praktische 
Realisierung legen. Also wenn da ein Scope-Bild abgebildet ist und ein 
paar bekannte Bauelemente-Nummern vorkommen, sieht es meist 
erfolgversprechend aus.
Wenn nur Formeln dastehen ohne das explizite Werte jemals eingesetzt 
werden, kann man sicher sein das es untauglich sein wird. Werte 
außerhalb E12 zeigen sowas auch an ;-)

von Ralph B. (rberres)


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Helmut Lenzen schrieb:
> Da finde ich Roland Best
>
>
>
> http://books.google.de/books/about/Phase_Locked_Lo...
>
>
>
> etwas ausfuehrlicher.

Ich besitze das Werk von Roland Best ( Der Nahme erinnert mich irgendwie 
an eine Zahnpastawerbung :-) )auch. Allerdings finde ich auch, das 
dieses Buch für Nichtakademiker ziemlich schwer verdaulich ist.

Da gefallen mir die  Veröffentlichungen von Thomas Scherer schon besser.

Insbesonders, da er auf die Pferdefüsse bei der Ansteuerung des CD4046 
aufmerksam macht, was einen ziemlich viel Stress ersparen kann.

Das Filterkochbuch von Don Lancaster kann auch ohne große mathematische 
Vorbildung durchaus verstanden werden.

Ralph Berres

von Helmut L. (helmi1)


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Abdul K. schrieb:
> Ihr kommt echt mit Best zurecht. Hut ab!

Beim Best stehen aber auch genug Praxisbeispiele drin mit gaengigen ICs.
Der rechnet es auch vor wie man die Schaltung auslegen soll und sagt 
auch was zu den Vor u. Nachteilen der Schaltung. So ein absoluter 
Theoretiker ist er nun auch wieder nicht da gibt es wesentlich 
Schlimmere.

Wenn sich nur auf die 4046 PLL beschraenkt ist das hier vielleicht 
nuetzlich:

http://www.ti.com/lit/an/scha003b/scha003b.pdf

Die Werte die man dort berechnen kann stimmen mit der Wirklichkeit 
ueberein.
Habe das ein paar mal berechnet u. getestet.

von Thomas S. (thom45)


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Helmut Lenzen schrieb:
> Er pflegt seine Bücher ja mit Karikaturen von Wilhelm Busch zu
> verzieren.
> Ich habe sein Buch auch schon über 30 Jahre.

Wenn man ihn an einem Vortrag etwas kennenlernt (habe ich bereits 
erwähnt), dann merkt man, dass dieser Humor zu ihm passt. :-)

Gruss
Thomas

von Helmut L. (helmi1)


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Thomas Schaerer schrieb:
> Wenn man ihn an einem Vortrag etwas kennenlernt (habe ich bereits
> erwähnt), dann merkt man, dass dieser Humor zu ihm passt. :-)

Scheint ja ein lustiger Vortrag gewesen zu sein. Aber so haelt man sein 
Publikum wach und interssiert.

von Thomas S. (thom45)


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Abdul K. schrieb:
> Ihr kommt echt mit Best zurecht. Hut ab!
>
> Meinereiner sucht sich lieber die akademisch verpönte Lösung durch
> Abkupfern bei anderen Leuten die ein Augenmerk auf die praktische
> Realisierung legen.

Damit rennst Du bei mir offene Türen ein. Wenn das was dargeboten wird, 
seriös gearbeitet und geprüft ist, dann ist das Lernen aus 
Application-Notes, sogar sehr viel Wert. Und das schliesst ja keineswegs 
aus, dass man sich nicht auch in den Tiefen der Materie schlau macht.

Ich selbst habe keinen akademischen Berufsweg hinter mir. Ursprünglich 
lernte ich Kleinmechaniker in einer Elektronik-Bude. Dort lernte ich 
damals die Kaltkathoden-Steuerungstechnik für Relaisanlangen, anfangs 
der 1960-Jahren.

Als ich dann 1970 an die ETH in die Laborwerkstatt kam, bildete ich mich 
nebenberuflich in der Elektronik weiter. Das war keine ETH-, aber eine 
sehr praxisbezogene Weiterbildung. Am Schluss von dieser Weiterbildung 
bekam ich in den folgenden 40 Jahren stets Aufgaben, die ich im 
Alleingang löste. Ganz selten war in einem Schaltungsdetail für mich zu 
komplizierte Mathematik nötig. In diesem Fall konnte ich mich an die 
wiss. Mitarbeiter wenden.

In all diesen vielen Jahren wurde ich von total drei Institutsvorstehern 
stets gefördert, weil man den Wert der Praxisbezug hoch einschätzt.

Anfangs des Jahres 2000 bekamen wir einen neuen Chef (Institutsprof.) 
Man erfand an der der ETH ein neues Praktikumssystem (PPS). Mein Chef 
bat mich darum, ein Praktikum zu entwerfen, das dem Zweck dient, den 
Studenten näher an die Praxis zu führen. Ich gab dem Chef dann 
allerdings zu verstehen, dass ich beim Anblick von Integralzeichen 
Kopfweh kriege. Er meinte, das wisse er doch, aber das ist genau, das 
was er beabsichtigt. Er will, dass die Studenten die Elektronik erleben 
und da spielt die Mathe eine sehr untergeordnete Rolle. Diese bekommen 
sie schliesslich in den Vorlesungen mit. Sein Vorschlag setzte ich um 
und die Idee blieb bis heute ein Erfolgsrezept, an dem ich selbst viel 
Freude daran habe.

Mehr dazu hier:

"EMG Biofeedback Device"
http://www.isi.ee.ethz.ch/teaching/pps/emg_biofeed

Soviel heute zum Thema Praxiseinstieg in die Elektronik...

Gruss
Thomas

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Helmut Lenzen schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>> Ihr kommt echt mit Best zurecht. Hut ab!
>
> Beim Best stehen aber auch genug Praxisbeispiele drin mit gaengigen ICs.
> Der rechnet es auch vor wie man die Schaltung auslegen soll und sagt
> auch was zu den Vor u. Nachteilen der Schaltung. So ein absoluter
> Theoretiker ist er nun auch wieder nicht da gibt es wesentlich
> Schlimmere.
>

Hm. Ist schon länger her das ich das Buch mal ausgeliehen hatte. Und da 
war gerade Sommer und damit Schwimmbadzeit ;-)

Kann mich aber erinnern, daß ich schon schnell die Lust am Lesen des 
Buches verlor und es nur noch widerwillig durchstöperte. Ich glaube, 
einzig die Literaturverweise waren interessant, da sehr ausgiebig.


Bücher wie EMRFD sind vielleicht auch zu praktisch gestrickt, aber finde 
ich besser als diese Kopflastigkeit (meist mangels Praxisbezug der 
Autoren!!).

Den Vogel schoß ein russisches Buch ab. Da waren über mehrere hundert 
Seiten nur ein paar wenige Blockdiagramme einer realen Hardware. Was für 
eine Enttäuschung und der Titel war so vielversprechend. Das habe ich 
dann schon vor Ablauf der Leihfrist wieder abgegeben :-)

von Helmut L. (helmi1)


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Abdul K. schrieb:
> Den Vogel schoß ein russisches Buch ab. Da waren über mehrere hundert
> Seiten nur ein paar wenige Blockdiagramme einer realen Hardware. Was für
> eine Enttäuschung und der Titel war so vielversprechend. Das habe ich
> dann schon vor Ablauf der Leihfrist wieder abgegeben :-)

Da kenn ich auch ein paar.

Zinke/Brunswig   Hochfrequenztechnik  Springer Verlag.

Kovacs  Hochfrequenzanwendungen von Halbleiterbauelementen  Franzis 
Verlag 1978

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Gut, da sind aber schon die Verlagsnamen verdächtig ;-))

von Helmut L. (helmi1)


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Abdul K. schrieb:
> Gut, da sind aber schon die Verlagsnamen verdächtig ;-))

Stimmt.

Springer = sehr Anspruchvoll

Franzis = Na ja. Schade ums Papier.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ich seh schon, wir verstehen uns.

von Helmut L. (helmi1)


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Abdul K. schrieb:
> Ich seh schon, wir verstehen uns.

Glaube ich schon Abdul.

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