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Ladder Filter: Cs in Serie zu den Quarzen => Frequenzanhebung?
Gast
#3700541
Hallo, bei Ladder Filtern ist es ja oft so, dass die Mittenfrequenz der Filter etwas unter der Nennfrequenz der Quarze liegt. Kann man dem entgegenwirken, indem man zu jedem Quarz des Filters einen kleinen Kondensator in Serie schaltet? (Wenn man bei einem Quarzoszillator dem Schwingquarz eine kleine Kapazität in Serie zuschaltet, steigt die Oszillatorfrequenz - das könnte bei einem Ladder Filter ja vielleicht auch funktionieren) Hallo Ja, das geht so, aber nur ein Stück weit. Zusätzlich reduziert sich die max. Bandbreite. Ladderfiltern unterschiedlicher Breite verhalten sich linksbündig. Das CW-Filter kann jedoch soweit verschoben werden, daß der SSB-BFO verwendet werden kann oder die Filtermitte übereinstimmt. Gruß, Bernd Nachtrag Alle Filter verwschieben sich nach links bezogen zur Nennfrequenz. Bei meinem 10,7 MHz Filter liegt die Mitte eher bei 10,697 MHz, also 3 kHz tiefer. Wieder zur Nennfrequenz hochzukommen, ist schwierig. Übereinstimmende Mitten zu bekommen, ist jedoch machbar.
Gast
#3700928
B e r n d W. schrieb: > Zusätzlich reduziert sich die > max. Bandbreite. Hallo, vielen Dank für die ausführliche Antwort! Linksbündig heißt, die linke Filterflanke ist bei verschieden breiten Filtern, die aus gleichen Quarzen aufgebaut sind deckungsgleich? Warum reduziert sich durch die seriellen Kondensatoren die maximale Bandbreite des Filters? B e r n d W. schrieb: > Wieder zur Nennfrequenz hochzukommen, ist schwierig. Kann man sagen, woran das liegt? Bei einem Quarzoszillator kann man mit einem kleinen seriellen C bequem den Quarz oberhalb seiner Nennfrequenz betreiben. Warum geht das nicht im Quarzfilter? > Linksbündig heißt, die linke Filterflanke ist bei verschieden breiten > Filtern, die aus gleichen Quarzen aufgebaut sind deckungsgleich? Ja. >> Wieder zur Nennfrequenz hochzukommen, ist schwierig. > Kann man sagen, woran das liegt? Bei einem Quarzoszillator kann man mit > einem kleinen seriellen C bequem den Quarz oberhalb seiner Nennfrequenz > betreiben. Warum geht das nicht im Quarzfilter? Bei einem schmalen Filter müssen zumindest die Cs gegen GND groß sein. Bei kleinen Serienkondensatoren ergibt sich dann pro Quarz ein ungünstiger Spannungsteiler, und die Einfügedämpfung wird groß. Breite Filter verwenden sowieso schon kleine Cs. Das Filter fängt irgendwo bei der Nennfrequenz an und geht von dort dann 3kHz in Richtung tiefer Frequenzen. Je nach Quarzen kann man mal 500 Hz oder 1 kHz ziehen. Warum also nicht die ZF auf eine "krumme" Frequenz legen? Das kann man mit dem VFO leicht ausgleichen. Dafür wird man mit besseren Filtereigenschaften belohnt. Es sei denn, das Filter wäre für ein schon bestehendes Gerät bestimmt. Ladder-Filter können auch auf die Parallel-Resonanz ausgelegt werden. Allerdings wird dann die Filter-Impedanz sehr hochohmig. Hochohmig und HF vertragen sich nicht so richtig. Noch ein paar Links, falls nicht bekannt ---------------------------------------- Das Quarzkochbuch: http://www.axtal.com/data/buch/quarzkochbuch.zip Dishal nach DJ6EV: http://dc5pi.akadns.de/blogs/blog4.php AADE Filter Design: http://www.aade.com/filter.htm Auch mit LTspice kann man Quarzfilter simulieren: http://ltspice.linear-tech.com/software/LTspiceIV.exe Bei Bedarf hätte ich das erwähnte 10,7MHz Filter als LTspice-Beispiel.
Gast
#3701372
Danke für die ausführlichen Erklärungen und die Links!!! B e r n d W. schrieb: > Auch mit LTspice kann man Quarzfilter simulieren: > http://ltspice.linear-tech.com/software/LTspiceIV.exe > > Bei Bedarf hätte ich das erwähnte 10,7MHz Filter als LTspice-Beispiel. Daran habe ich auf jeden Fall Interesse!!! Ich habe eine gute Hand voll 10,11-MHz-Quarze bestellt. Meine Überlegung ist, mit einigen davon ein Vorfilter für 30 Meter zu bauen, das zwischen Antenne und Receiver eingeschliffen werden kann (angestrebte Bandbreite um die 5 bis 10 kHz). Die Anpassung auf 50Ohm soll mit einem Eingangsübertrager und einem Ausgangsübertrager gemacht werden: Antenne/50Ohm -> Übertrager: 50Ohm auf Z -> Ladderfilter -> Übertrager: Z auf 50Ohm -> Receivereingang/50Ohm Dabei soll der Bereich ab ungefähr 10,105 bis über 10,110 MHz durchgelassen werden. Möglicherweise kann man die 10,105 MHz auch ohne serielle Kondensatoren erreichen. Ich habe allerdings keine Ahnung, ob so ein exotischer Aufbau wirklich etwas bringt. Hallo zusammen. > Ich habe allerdings keine Ahnung, ob so ein exotischer Aufbau wirklich > etwas bringt. Was soll er denn bringen? Bitte nähere Angaben. Als Vorfilter vor einem Empfänger im 30m Amateurband wohl nicht nötig. Das Band ist so ruhig, keine dicken Rundfunksender, keine 'Krokodile' von SSB-Amateuren. Ein 3-kreisiges Spulenfilter ist mehr als ausreichend. Auf 40m war das vor Jahren noch angebracht, aber nachdem die dicken Rundfunksender mittlerweile fast alle abgeschaltet haben, ist es selbst da kaum noch nötig. Als Bastel-, Test-, Prüfprojekt zum Lernen schon interessant, ansonsten....? 73 Wilhelm Hallo GReichert >> Bei Bedarf hätte ich das erwähnte 10,7MHz Filter als LTspice-Beispiel. > Daran habe ich auf jeden Fall Interesse!!! Falls die Quarze von Pollin sind, dann entspricht die Frequenzangabe 10,111 MHz der Serienresonanz, also ohne Ziehkondensator. Weiter runter lassen sie sich nur mit Hilfe einer Induktivität ziehen. Mit einem VXO gehts relativ einfach bis ca. 10,124 MHz hoch, mit mehreren parallelgeschalteten Quarzen bis etwas über 10,130 MHz. > ein Vorfilter für 30 Meter zu bauen, das zwischen Antenne und Receiver > eingeschliffen werden kann (angestrebte Bandbreite um die 5 bis 10 kHz). Mir persönlich reichen auf 30m ein bis zwei Schwingkreise mit Q~=100 als Vorfilter. Aber ein Ladder-Filter von 10,112...10,120 MHz sollte möglich sein, außerhalb wird schwierig. Gruß, Bernd
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Hallo B e r n d W., Du solltest nicht nur meine Basis-Webseite von Horst, DJ6EV Programm verlinken, sondern auch die von Jörn, DK7JB. http://www.bartelsos.de/dk7jb.php/quarzfilter-horst-dj6ev http://www.bartelsos.de/dk7jb.php/bandpaesse-horst-dj6ev Hier hat Horst noch einiges weiter Entwickelt und Jörn hat es aufbereitet. Hallo Uwe, danke für den Hinweis. Die verfügbare Literatur wird ja immer umfangreicher. @GReichert Mein Quarz vom Format HC18/U hat die Beschriftung: JYEG 10.111 17 2002 Gruß, Bernd Ein Ladderfilter läßt sich mit Induktivitäten auch nach unten ziehen. Die Flanken fallen relativ schnell um gut 20dB ab. Für die Weitabdämpfung sollte ein Schwingkreis verwendet werden. Eventuell könnte dieser gleichzeitig als Resonanzübertrager zur Anpassung des Quarzfilters dienen.
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Gast
#3703384
Danke für die Antworten und die asc-Dateien! B e r n d W. schrieb: > Aber ein Ladder-Filter von 10,112...10,120 MHz sollte möglich > sein, außerhalb wird schwierig. Das ist durchaus akzeptabel! Ja, die Quarze sind von Pollin und es ist natürlich ein Projekt zum Basteln und Lernen. B e r n d W. schrieb: > Mir persönlich reichen auf 30m ein bis zwei Schwingkreise mit Q~=100 als > Vorfilter. Bei mir ist das 30-Meter-Band gegen Abend oft "verstopft". Ich hatte überlegt, ca. 6 bis 8 Quarze für ein Ladderfilter herauszuselektieren und zu versuchen, ein ca. 10kHz breites Filter zu bauen. Die Resonanzübertrager für Ein- und Ausgang sind eine gute Idee! Wie baut man die Übertrager am besten auf? Mit umgewickelten 10.7MHz-Filterspulen im Metallgehäuse oder mit bewickelten Ringkernen und Trimmkondensatoren parallel zum Filterein- und Ausgang? > Bei mir ist das 30-Meter-Band gegen Abend oft "verstopft". Das ist eher eine Frage der Großsignalfestigkeit und der Selektivität des Roofing-Filters. Selektiert wird typischerweise nicht im Vorfilter, obwohl das sicherlich funktioniert. > Ich hatte überlegt, ca. 6 bis 8 Quarze für ein Ladderfilter > herauszuselektieren und zu versuchen, ein ca. 10kHz breites Filter > zu bauen. Die 8 Quarze dämpfen halt auch schon ordentlich. Mal sehen, wieviel Überhöhung der Resonanzübertrager rausholt. Bei meinem Vorschlag sitzt die Filterspitze des Ladder-Filters auf der Schwingkreis Resonanz. Für einen DC-Receiver interessant: Die Dämpfung beträgt bei 20 MHz schon -70 dB. > Wie baut man die Übertrager am besten auf? Mit umgewickelten > 10.7MHz-Filterspulen im Metallgehäuse oder mit bewickelten Ringkernen > und Trimmkondensatoren parallel zum Filterein- und Ausgang? Mein erster Versuch wäre, eine vorhandene 10.7 MHz Filterspule auf 10.1 MHz runterzudrehen, falls es nicht reicht, so 10pF parallel schalten und nochmal probieren. Dann das Übersetzungsverhältnis rausfinden, also vorne ein Signal in Resonanz einspeisen und hinten nachmessen, was rauskommt. Falls das Filter mit einer Drahtstärke gewickelt wurde, kann man schon vom Drahtwiderstand auf das Windungsverhältnis schließen. Mit einem Ringkern hat man natürlich eine bessere Kontrolle. Bei meinem Beispiel wird ein Verhältnis 1:5.5 benötigt. Es würde also mit 2:11, 4:22, 6:33 ... funktionieren. Dann fehlt nur noch der passende Ringkern dazu. Abgleichen kann man durch verschieben des Drahtes oder mit einem kleinen Trimmer. Aber zuerst sollten die Quarze vermessen werden. Dann versuchen, auf die richtige Bandbreite zu kommen. Dabei kristallisiert sich eine Filter-Impedanz heraus, die man anzupassen hat. Umgekehrt kannst Du auch eine Impedanz vorgeben und die Bandbreite anpassen. Mit meinen 1,5 kOhm Impedanz könnte man das Signal auch direkt auf einen NE612 geben.
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Gast
#3704268
Hallo Bernd! Vielen Dank für die Simulation! Für einen DC wäre es mit Sicherheit ein gutes Vorfilter. Ich will das ganze in ein Gehäuse bauen, das man bei Bedarf zwischen Antenne und RX-Eingang (beides 50 Ohm) einschleifen kann. Hast du die Quarzparameter von den Pollinquarzen schon ermittelt? Wenn ja, kannst du sie hier posten (also Lm/Cm, fs, Cp)? Dann würde ich vier Quarze rein nach Frequenzverhalten mit unterschiedlichen Serien-Kapazitäten selektieren und mal schauen, ob es passt. (Will das Filter mit Dishal berechnen) Zur Not wickle ich einfach zwei Filterspulen mit dem benötigten Wicklungsverhältnis neu und teste das mal. B e r n d W. schrieb: > Mit meinen 1,5 kOhm > Impedanz könnte man das Signal auch direkt auf einen NE612 geben. Das würde ich vielleicht sogar mal mit einem fliegend aufgebauten NE612-DC ausprobieren. Ein Klapp-Oszillator hat auf folgenden Frequenzen geschwungen: CL = 50pF -> F = 10112.20 kHz CL = 16pF -> F = 10114.47 kHz CL = 6pF -> F = 10117.64 kHz Die Werte sind nicht besonders exact ermittelt und ich habe nur einen Quarz vermessen. Die Quarze sollten ja auch zusammenpassen. Lm = 16.5185mH Cm = 15fF Rs = 40 Cp = 5p
Gast
#3704993
Danke für die Werte, werde es einfach mal probieren mit selektierten Quarzen. Ist fs ~ 10111.00 kHz ? Cp scheint eher 4,5pF zu sein, habe eben zwei Quarze parallel vermessen und das Ergebnis durch 2 geteilt (weiß nicht, ob das letztlich einen großen Unterschied macht). > Cp scheint eher 4,5pF zu sein > weiß nicht, ob das letztlich einen großen Unterschied macht Je größer Cp, desto schlechter läßt sich der Quarz nach oben ziehen. Vom Hersteller hab ich ein Datenblatt gefunden, da steht < 7 pF, aber 4.5pF kann schon sein > Ist fs ~ 10111.00 kHz ? Fs war bei dem einen Quarz um 10110.5 kHz. Bei einer Lastkapazität von 285 pF hat der Oszillator auf ca. 10110.8 kHz geschwungen.
Gast
#3705153
Danke! B e r n d W. schrieb: > Lm = 16.5185mH > Cm = 15fF > Rs = 40 > Cp = 5p B e r n d W. schrieb: > Fs war bei dem einen Quarz um 10110.5 kHz. Ich nehme die Werte zur Filterberechnung mit Dishal, um die Kondensatorwerte fürs Filter zu ermitteln. Die Mittenfrequenz wird dann wahrscheinlich je nach selektierter Quarzreihe etwas abweichen. Mir ist bei Trockenübungen mit Dishal aufgefallen, dass breite Quarze weniger steile Filterflanken haben. Besonders die linke Flanke scheint dabei zur "Versandung" zu neigen (die ist ja von Natur aus schon immer etwas flacher). > Besonders die linke Flanke scheint dabei zur "Versandung" zu neigen
Die Flanke hängt stark von der Abschluss-Impedanz ab. Das sieht man
schon beim Vermessen einzelner Quarze. Schmale Filter haben eine steile
linke Flanke und 10kHz breite Filter eine flache.
Im Vergleich zu einem LC-Filter ist die Flanke immer noch ziemlich
steil. Bei einem Vorfilter ist ein schneller Abfall um 20 dB
ausreichend, mit dem Restsignal sollte ein "normaler" Empfänger keine
Probleme mehr haben. Störungen im Durchlassbereich sind natürlich noch
da.
Gast
#3705541
Hallo, entscheidend für die Filterfrequenz, erreichbare Bandbreite und Filtersymmetrie sind die Serienresonanz fs und der Abstand zur Parallelresonanz fp. Je größer die Bandbreite gegenüber fp-fs, desto größer die Asymmetrie. Der Grund ist der Dämpfungspol bei fp, der ohne Kompensation (Neutralisation) eben unverrückbar ist. Ist alles ausführlich im "Quarzfilter-Papier" beschrieben (z.B auch auf S.47). Dieser Dämpfungspol ist auch der Grund, warum sich die Bandbreite bei Serien-Cs für die Quarze durch die Verschiebung der Filterfrequenz nach oben verringern kann. Bei unveränderter Bandbreite hängt die Flankensteilheit nur wenig von der Abschlussimpedanz ab, aber die Welligkeit wird deutlich beeinflusst. Habe zur Erläuterung mal zwei Simulationen drangehängt, die mit folgenden Eingaben erzeugt wurden: xtal fs=10.1MHz, Lm=12mH, Cp=4,5pF, Q=100k - Filter Tschbycheff 0,3db. Für die Ermittlung der Quarzparameter ist bei der Oszillatormethode das Zuschalten von Parallel-Cs nicht optimal. Nehmt doch die etablierte und x-fach beschriebene Methode nach G3UUR mit einem bekannten Serien-C. Außer der Quarzgüte (und Cp, muss eh' direkt gemessen werden) können alle wichtigen Parameter mit dem im Dishal-Menu enthaltenen Unterprogramm "Xtal/G3UUR-Method" ohne Rechnerei ermittelt werden. Die 3db-Methode erlaubt zusätzlich die Ermittlung der Quarzgüte, erfordert aber doch etwas mehr Aufwand. Die Asymmetrie kann man auch durch eine Teilkompensation begrenzt korrigieren. Ist aber etwas komplizierter und erfordert entsprechende Messmittel. Eine kurze Beschreibung der Methode und ihre Nebenwirkungen (Experimente mit Messungen) kann man hier finden: http://www.bartelsos.de/index.php?dl_file=80VHOC3O48 @GReichert: Du kannst Ladderfilter auch schön selber mit dem freien RFSim99 Simulator simulieren. Ist einfach zu handhaben. Allerdings kann man ihn nicht zur Simulation von Brückenschaltungen einsetzen. Horst
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Hallo Horst Immerhin gibt es einen deutlichen Effekt. Bernd
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Gast
#3705807
Hallo Bernd, ist schon richtig bei einem Quarz, da hier die Abschlusswiderstände effektiv in Serie mit ihm liegen. Die rote Linie dürfte daher beim größten Abschlusswiderstand liegen, d.h. die Betriebsgüte des Quarzes ist am geringsten. Das ist aber nicht der gleiche Effekt wie bei einem Filter mit mehreren Quarzen und entsprechenden Abschlüssen. Siehe auch im QF-Papier, S.37 die blaue Anmerkung (3db-Methode). Noch viel Spaß mit den Experimenten. Mfg Horst > Das ist aber nicht der gleiche Effekt wie bei einem > Filter mit mehreren Quarzen und entsprechenden Abschlüssen. Ich bestreite ja den Effekt durch unterschiedliche Filterbreiten nicht. Aber da sich abhängig von der Breite auch die Impedanz ändert, geht dieser Effekt leicht unter. Der Einfluss durch unterschiedliche Kapazitäten ist möglicherweise doppelt so groß. Da Bandbreite und Abschluss-Impedanz des Filters fast untrennbar zusammenhängen, zählt ohnehin nur die Summe beider Einflüsse.
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