Wie verwendet man Quarze zum Filtern?

Diodo Zener Gast #4698073
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Ein paar ganz naive Fragen mit der Hoffnung auf anschauliche 
Antworten...

1.) Kann man einen normalen Schwingquarz wie beim AVR oder 
Keramikresonator ohne irgendwas als Filter nehmen?

2.) Was währen typische Bandbreiten für a) 455 kHz Keramikresonator b) 
1MHz Quarz c) 10 MHz Quarz? (Pi-mal-Daumen Werte)

3.) Was passiert, wenn man, wie beim Ladder Filter, mehrere Quarze in 
Reihe hängt? Intuitiv würde ich erwarten, dass der Filter schmaler wird, 
da bei Fertigungstoleranzen die Durchlassbereiche nicht identisch sind, 
das Signal nach unten hin also vom höchsten Quarz und nach oben hin vom 
tiefsten QUarz beschränkt wird. So  wie die verschiedenen Beispiele im 
Internet aussehen ist das aber wohl eher nicht so.

4.) Welche Aufgabe haben die Kondensatoren z. B. hier 
https://de.wikipedia.org/wiki/Quarzfilter#/media/File:Crystal_ladder.svg 
?

5.) Was sind die Pole eines Ladder-Filters? Sind das die 
Mittelfrequenzen der einzelnen Quarze?
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B e r n d W. #4698114
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1. Ja, das funktioniert beides, jedoch ergibt ein 32kHz Uhrenquarz ein 
sehr schmalbandiges Fitler bw<1Hz.

2a. 455kHz Resonator als Ladder-Filter
durch die schlechte Güte: bw >= 1kHz

2b. Quarz 1MHZ als Ladder-Filter
bw: 50Hz...500Hz

2c. Quarz 10MHZ als Ladder-Filter
bw: 500 Hz...5kHz

3. ... mehrere Quarze in Reihe hängt?
Die Bandbreite hängt von der Beschaltung durch die Kondensatoren ab. Pro 
Quarz ereicht man beim Ladder-Filter eine Absenkung des Sperrbereiches 
um ca. 20 dB. Beim Lattice-Filter ereicht man eher 30 dB.

4. Welche Aufgabe haben die Kondensatoren
Je kleiner die Kondensatoren, desto größer die Bandbreite und desto 
größer die Filter-Impedanz. Breitere Ladderfilter für SSB und AM 
reagieren sehr empfindlich auch die Impedanzanpassung.

> bei Fertigungstoleranzen die Durchlassbereiche nicht identisch
Die Quarze müssen entsprechend ausgemessen werden, damit sie zueinender 
passen. Kauft man 20-30 Stück, ergibt dies genügend Ausbeute für 2-3 
Filter. Ausreißer werden für den BFO-Oszillator verwendet.

5. Was sind die Pole eines Ladder-Filters?
Jeder LC-Schwingkreis mit ausreichender Güte ergibt einen Pol bei der 
Resonanz.
Das Ersatzschaltbild eines Quarzes besteht aus einer Reihenschaltung von 
Rs + Cs + Ls und parallel zu Allem ein Cp von meist 3-4pF. Cs und Ls 
ergeben mit der Serienresonanz und dem dazugehörigen Phasensprung einen 
Pol. Die Parallelresonanz aus (Cs||Cp) + Ls ergibt einen weiteren Pol.

Gruß, Bernd


Nachtrag, einige Links
http://www.giangrandi.ch/electronics/crystalfilters/xtalintro.html
http://www.bartelsos.de/dk7jb.php/quarzfilter-horst-dj6ev
http://www.axtal.com/Deutsch/TechnInfo/Quarzkochbuch/
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B e r n d W. #4698159
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Hier kann gut die Filterwirkung verglichen werden. Die Schaltung mit 
einem Quarz ist mit der im Datenblatt angegebenen Lastkapazität 
beschaltet. Die Resonanz liegt relativ genau auf 10 MHz.

Die Mittenfrequenz der Filter liegt mit 9998 kHz deutlich unter der 
Quarzfrequenz. Die Filter unterscheiden sich hauptsächlich in der 
Dämpfung im Sperrbereich.


> Die Parallelresonanz aus (Cs||Cp) + Ls

Falscher Fehler: Cs und Cp sind in Reihe geschaltet, parallel dazu Ls.
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HST Gast #4699741
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Hallo,

wie bei jedem gekoppelten Bandfilter (hier Ladderfilter) bestimmen die 
Koppel-C's (Ck) und die Abschlussimpedanz (Z) die Filtereigenschaften. 
Die Werte für Ck und Z werden für die gewünschten Filtereigenschaften 
(Bandbreite, Filtertyp) durch L und C der Resonatoren bestimmt. Das gilt 
generell für LC- und Quarzfilter.

Die Resonanzbreite der Quarze hat mit der Filterbandbreite absolut 
nichts zu tun. Sie sollte sogar so gering wie möglich sein (also 
möglichst hohe Güte), da sie die Durchlassdämpfung des Filters bestimmt. 
Selbst bei einem klassischen Einzelquarzfilter ist das so, siehe z.B. 
das Filter im berühmten "Köln"-E52 Empfänger, das eine Maximalbandbreite 
von ca. 11kHz (ZF 1MHz) aufwies, und das bei ener Quarz-Eigenbandbreite 
von nur 3-4Hz.

Ein Anhaltspunkt ist, dass bei Quarz-Ladderfiltern die maximale 
Bandbreite ca. 0,1% der Mittenfrequenz betragen kann. Man sollte aber 
0,06% nicht überschreiten (Asymmetrie der Filterkurve), d.h. ca. 6kHz 
bei 10MHz.

Hier wurden ja schon entsprechnde Links zu Dokumentationen und 
Berechnungsprogrammen aufgeführt. Ladderfilter sind leicht zu bauen. 
Etwas aufwendiger ist die Ausmessung der Quarze, die aber nur einmal 
durchgeführt werden muss. Ich verwende dann Excel, um die Quarze zu 
sortieren.

Anbei als Beispiel eine Beschreibung von praktisch aufgebauten 10,7MHz 
Ladderfiltern (mit billigen Quarzen von Reichelt.).

MfG,  Horst
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