Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Toleranzen bei der Filterberechnung


von Hans-werner M. (hanswerner)


Lesenswert?

Es gibt ja einige kostenlose Programme wie AADE Filter Designer oder 
Elsie um analoge Filter zu berechnen. Schwierig wirds wenn die so 
berechneten Werte durch Standardwerte aus den E-Reihen ersetzt werden. 
Dann ergeben sich ganz andere Filterkurven. Gibt es kostenlose Programme 
bei denen die E-Reihen bzw. Toleranzen für die Filterberechnung 
vorgegeben werden können ? Mir fällt jetzt nur FilterPro von TI ein das 
speziell für OpAmps ausgelegt ist.

von oszi40 (Gast)


Lesenswert?

Genaue Filter mit 20%-Widerständen und Cs -50%+100% sind eher 
Glückssache.

von EMU (Gast)


Lesenswert?

Hans-werner M. schrieb:
> Gibt es kostenlose Programme
> bei denen die E-Reihen bzw. Toleranzen für die Filterberechnung

versuche es einmal mit RFSim99 dort kann man den Toleranzbereich und die 
Basiswerte einstellen
und sich dann auch bei statistischer Verteilung die Kurvenschar ausgeben 
lassen

EMU

von Kai K. (klaas)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Ich mache das mit TINA-Ti fast jeden Tag. Im Anhang ist ein Beispiel 
gezeigt: Bei den Bauteilen mit Sternchen lasse ich einen bestimmten 
Toleranzbereich durchlaufen. Der Frequenzgangplot zeigt dann alle 
Frequenzgänge, für jede Variation einen.

von Alex (Gast)


Lesenswert?

Mit AktivFilter3.1 kannst du die E-Reihe wählen und Kondensatorwerte 
vorgeben (Das Programm gibt es in einer funktionierenden Demo-Version).
Die Kondensatoren haben die größten Abstufungen und größte Toleranzen.
Für einen Filter solltest du dir Bauteile mit engen Toleranzen besorgen.
Also Widerstände 1%, Kondensatoren 5% oder besser (Folienkondensatoren! 
oder Keramik-NP0).
Wenn mehrere Filterstufen hintereinander geschaltet werden, wird es noch 
heikler.

Es wird den Sallen-Key-Filtern nachgesagt, dass sie am unempfindlichsten 
für Bauteiltoleranzen sind.

Der OPA selbst hat auch ganz schönen Einfluss (auf die Sperrdämpfung), 
selbst bei nur 20kHz. Der OPA sollte ein GBW > 1000 * Grenzfrequenz 
haben.

Zur Simulation (für LT-OPAs) kannst du kostenloses LTspice benutzen.

von Hans-werner M. (hanswerner)


Lesenswert?

Kai Klaas schrieb:
> Ich mache das mit TINA-Ti fast jeden Tag. Im Anhang ist ein Beispiel
> gezeigt: Bei den Bauteilen mit Sternchen lasse ich einen bestimmten
> Toleranzbereich durchlaufen. Der Frequenzgangplot zeigt dann alle
> Frequenzgänge, für jede Variation einen.

Ich mache das mit LTSpice, siehe Monte Carlo Simulation. Es war aber 
nicht von Simulation die Rede, sondern von Berechnung. Das TINA Filter 
berechnen kann wußte ich noch nicht.

von Helmut S. (helmuts)


Lesenswert?

Mehr als 1% Toleranz sollten Widerstände nicht haben damit wenigstens 
dei Filterkurve möglichst gleich bleibt. Am schlimmsten sind dann die 
Kondensatoren mit 5% Toleranz, da 2%-Cs schon rar und teuer sind.
Eins ist natürlich klar, dass wenn man sich E24 einschießt, dass dann 
nie die ideale (Butterworth, Bessel) Charakteristik herauskommen wird. 
Allerdings ist das praktisch auch gar nicht notwendig. Wichtig ist viel 
mehr, dass die Fertigungsstreuung über alle Baugruppen klein bleibt.

: Bearbeitet durch User
von Kai K. (klaas)


Lesenswert?

>Das TINA Filter berechnen kann wußte ich noch nicht.

Sein Filterprogramm gibt ihm Anhaltswerte und die optimiert er dann mit 
TINA-Ti. Wo ist das Problem??

>Eins ist natürlich klar, dass wenn man sich E24 einschießt, dass dann
>nie die ideale (Butterworth, Bessel) Charakteristik herauskommen wird.
>Allerdings ist das praktisch auch gar nicht notwendig. Wichtig ist viel
>mehr, dass die Fertigungsstreuung über alle Baugruppen klein bleibt.

Die absolute Kurve hört sowieso kein Ohr. Aber wichtig ist es, zwischen 
linkem und rechtem Kanal keinen nennenswerten Unterschied zu haben. Von 
daher sind engtolerierte Bauteile mit geringer Langzeitdrift (!) schon 
von Vorteil. Bewährt haben sich Metallfilwiderstände und 
Styroflexkondensatoren. Beide gibt es engtoleriert und beide haben sehr 
geringe Langzeitdriften.

: Bearbeitet durch User
von Messknecht (Gast)


Lesenswert?

1%-ige Folienkondensatoren gibt es bei Bürklin.

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


Lesenswert?

Wenn man ein Filter-Berechnungsprogramm oder eine Simulation hat, dann 
kann man doch einfach mehrere Durchläufe mit verschiedenen Werten 
machen.

Meist läuft es ja darauf hinaus, daß man die Kondensatoren vorgibt weil 
man die nicht in beliebigen Werten kaufen kann und sich die Widerstände 
ausrechnen läßt. Dann approximiert man die Widerstände entweder direkt 
aus der E-Reihe oder mit Parallel/Reihenschaltung von 2-3 Werten. Und 
dann rechnet/simuliert man mit diesen Werten nochmal.

Wo ist da das Problem? Früher mußte man das aufbauen und ausmessen!

Berücksichtigung von Toleranzen ist etwas härter, aber auch kein 
Hexenwerk. In der Regel reicht es, die Maximal- und Minimalwerte von ein 
paar kritischen Komponenten zu überprüfen. Welche das sind, ist 
Erfahrungssache und unterscheidet den guten Analog-Ing vom Anfänger ;)


XL

von Gästchen (Gast)


Lesenswert?

EMU schrieb:
> versuche es einmal mit RFSim99 dort kann man den Toleranzbereich und die
> Basiswerte einstellen
> und sich dann auch bei statistischer Verteilung die Kurvenschar ausgeben
> lassen

Hallo,

kannst du Bitte in Stichworten erklären wo man Basiswerte und mehrere 
Kurven in RFsim99 einstellt?

Gruß.

von Pandur S. (jetztnicht)


Lesenswert?

Man sollte vergessen ein Filter genauer hinzubekommen. Das Design sollte 
so sein, dass es egal ist.
Es ist sinnlos 2-3 Widerstaende in Serie zu nehmen, um einen besser 
passenden Wert zu erhalten. Denn der erhaltene Wert ist von der 
Temperatur her nicht so stabil.
Ein Kondensator ist nicht mit +20-50% angeschrieben, weil der Hersteller 
den Prozess nicht Griff hat. Es geht eher darum, dass die Kapazitaet 
neben von der Temperatur auch noch spannungsabhaengig ist. Der 
aufgedruckte Wert ist bei Null Spannung. Mit zunehmender Spannung nimmt 
der Wert ab.

Heisst, das Design sollte passen. Falls man nun einen Bandpass mit Q=100 
haben will, baut man den eben nicht als RC, resp LC filter, sondern 
mischt besser auf 455kHz, oder 10.7MHz, geht duch einen Keramikfilter 
durch und mischt wieder runter.
Oder man baut den Filter mit elektronisch steuerbaren Bauteilen. Dabei 
ist zu beachten, dass ein multipliziertender DAC zwar schnell 
angesteuert werden kann, die Referenz aber nicht beliebig schnell sein 
darf.
Oder man baut einen Filter, der etwa hinkommt, misst den periodisch 
durch und passt den Prozess an.

von Gästchen (Gast)


Lesenswert?

Hi "Oder Doch",

du hast im Prinzip Recht, aber mir fehlt einfach der praktische Ansatz 
was ich mit solchen Kapazitätswerten wie 88,15pF anfangen soll (z.B. 
Butterworth Tiefpass). In RFSim99 kann man zwar den Kondensator auf z.B. 
82pF einstellen, dann ist der Filter nicht mehr optimal, keine Ahnung ob 
man dann mit "Try&Error" die Spule dazu händisch anpassen muss? In Sehe 
in RFSim99 keine Option dazu für bestimmte Bauteile Standardwerte zu 
benutzen.
Aber vielleicht finde ich es einfach nicht.

Gruß.

von Pandur S. (jetztnicht)


Lesenswert?

Was bedeutet nicht mehr optimal ? Ein Tiefpass ist ein Tiefpass. Wenn 
das C um 5% daneben ist, ist es die Frequenz auch. Die kann man per R 
anpassen, da E24 Reihe. Ein L, sofern ein Luft-L kann man sowieso 
anpassen, mit etwas ziehen resp druecken.

Butterworth hat Rippel im Durchlassbereich. Ja, dann aendern die sich 
halt ein wenig.

Ich glaube Elsie hatte die Funktionalitaet von Standardwerten und 
Streuung. Und sonst mal 82pF einsetzen.

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


Lesenswert?

Oder D. schrieb:
> Es ist sinnlos 2-3 Widerstaende in Serie zu nehmen, um einen besser
> passenden Wert zu erhalten. Denn der erhaltene Wert ist von der
> Temperatur her nicht so stabil.

Du scherzt. Auch billige Widerstände haben einen TK von vielleicht 
100ppm/K. Über einen Temperaturbereich von 10K macht das dann 0.1% 
Temperaturdrift. Das ist überhaupt kein Gegenargument dazu, den 
geforderten Widerstandswert - sofern er denn in keiner E-Reihe enthalten 
ist - aus 2 oder 3 Widerständen zusammenzusetzen. Zumal man so ja auch 
die initiale Toleranz des Widerstandswerts ausgleichen kann.

Und wenn die Schaltung über einen größeren Temperaturbereich 
funktionieren muß, dann muß man halt teurere Widerstände mit geringerem 
TK verbauen.

> Ein Kondensator ist nicht mit +20-50% angeschrieben, weil der Hersteller
> den Prozess nicht Griff hat. Es geht eher darum, dass die Kapazitaet
> neben von der Temperatur auch noch spannungsabhaengig ist.

Albern. Für Filter nimmt man weder Elkos noch Z5U oder X7R Keramik. Für 
mittlere bis höhere Kapazitäten sind Folien-Kondensatoren angesagt und 
für kleine Kapazitäten wie die vom TE genannten 88pF gibt es Klasse-1 
Keramik-Kondensatoren. Und zwar auch wieder mit niedrigem TK.

Womit du natürlich Recht hast, ist daß man Filterstrukturen bevorzugt, 
die möglichst unempfindlich gegenüber Bauteilstreuungen sind. So setzt 
man z.B. Filter höherer Ordnung besser aus Gliedern 2. und 3. Ordnung 
zusammen, weil die jedes für sich unempfindlicher sind.

von Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)


Lesenswert?

Hallo zusammen,

es ist eine Schande, dass man diesen alten Hund reaktiviert hat.
Und wie so oft reden alle an einander vorbei!

Wer mit AADE und Elsie arbeitet, braucht kein RC-Filter. Darum sind
Beiträge diesbzgl. fehl am Platz!
Kann man sich hier nun darauf einigen, was denn die Frage ist (war)?

RC- oder LC- Filter?

73
Wilhelm

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


Lesenswert?

Wilhelm S. schrieb:
> Kann man sich hier nun darauf einigen, was denn die Frage ist (war)?

Soweit ich das erkennen kann, war die Frage die diesen alten Thread aus 
dem Grab geholt hat, eine nach der Bedienung von RFsim99. Dabei kann ich 
nicht helfen. Ich kenne dieses Programm(?) nicht einmal.

Daß der nächste Beitrag sich dann nicht auf diese Frage bezog, ist nicht 
meine Schuld. Ich wollte aber den darin vorgebrachten Unsinn so nicht 
unkommentiert stehen lassen.

von Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)


Lesenswert?

Hallo Axel,

wer von Netzwerkberechnung, -Analyse keinen Schimmer hat,
dem hilft auch RFSim nicht weiter.

Ich denke, zu RFSim wird es wohl viele Anleitungen und Beispiele
im Netz geben.
Wer es nicht versteht zu suchen....

73
Wilhelm

von Gästchen (Gast)


Lesenswert?

Oder D. schrieb:
> Was bedeutet nicht mehr optimal ? Ein Tiefpass ist ein Tiefpass.

Hi,
in diesem Fall bedeutet es dass die Impedanzanpassung dann schlecht ist. 
(ist ein LC-Filter höherer Ordnung). Wenn ich dich richtig verstehe 
werden praktischerweise bei Kondensatoren Standardwerte benutzt, und 
dann wird am Netzwerkanalysator an den Spulen gezupft bis es passt?

Gruß.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.