Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Notchfilter mit Simulationswunsch


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von Achim B. (bobdylan)


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Moin Mädels.

Im Anhang ein klassisches Kerbfilter zuzüglich drumherum. Zu diesem 
Filter gibt es drei verschiedene Ergebnisse, was die maximale Dämpfung 
bei gegebener Frequenz betrifft. Das wären Atens meine eigene Simu, 
Btens am lebenden Objekt gemessen, und Ctens irgendwo gelesen. Alle drei 
liegen gut was auseinander; Zahlen sage ich erstmal keine, um niemanden 
zu beeinflussen.

Mein Wunsch wäre, dass diese Schaltung von liebenswerten Mitusern dieses 
Forums nachsimuliert wird, und man mir das Ergebnis dieser Simulation 
hier anheim stellt. Die Antwort könnte also lauten: die max. Dämpfung 
beträgt XYZdB. (Wobei das Z schon ganz schön optimistisch daher 
kommt...)

Falls es wichtig sein sollte: die OPs sind TL 07X, die Betriebsspannung 
ist +/- 15V, die Rs und Cs sind ideale Bauteile.

Vielen Dank im Voraus vom Achim.

von Helmut L. (helmi1)


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Achim B. schrieb:
> Das wären Atens meine eigene Simu,
> Btens am lebenden Objekt gemessen, und Ctens irgendwo gelesen.

Das koennte auch so stimmen. Kerbfilter sind sehr kritisch was die 
maximale Sperrdaempfung angeht.

Bei der Simu hast du ideale Bauteile die du im realen Leben nicht hast.
Deine 16K+8K Widerstaende bzw 10nF+20nF Kondensatoren muessen exakt 
uebereinstimmen. In der Simu kein Problem in der realen Welt unmoeglich. 
Wenn die auch nur ein bisschen von des exakten Werten abweichen sinkt 
die Sperrdaempfung direkt um mehrere 10dBs. Wenn man an der Stelle eine 
sehr hohe Sperrdaempfung braucht muss man da eine Automatische 
Abstimmung einbauen, was allerdings sehr aufwendig ist.

von Junta (Gast)


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> Zahlen sage ich erstmal keine, um niemanden zu beeinflussen.

Troll oder Quatschkopf?

von hauspapa (Gast)


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Helmut L. schrieb:
> direkt um mehrere 10dBs

In diesen Dimensionen möchte ich das bestätigen. Versieh deine 
Simulation mit ein paar Toleranzen und Du wirst sehen. In Spice sind 
param & step deine Freunde. Für die Kondensatoren noch einen passenen 
Verlustfaktor und die Simulation sollte langsam lebensnah werden.

von hauspapa (Gast)


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.list geht natürlich auch

von Achim B. (bobdylan)


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Junta schrieb:
> Troll oder Quatschkopf?

So genau kenne ich dich nicht, um deine Frage beantworten zu können. 
Meine Simu zeigt mir aber, dass du in beiden Kategorien als glänzendes 
Beispiel gehandelt werden könntest.

@Helmut: mein "Problem" ist ja, dass die Dämpfung im richtigen Leben 
größer ist, als die Dämpfung in meiner Simu... In der Simu sind es knapp 
50dB, in "Echtigkeit" knapp 70dB, und in der Simu, die ich aus dem Netz 
habe, sind es >100dB...

Beitrag #5177095 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Helmut L. (helmi1)


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Achim B. schrieb:
> In der Simu sind es knapp
> 50dB, in "Echtigkeit" knapp 70dB, und in der Simu, die ich aus dem Netz
> habe, sind es >100dB...

Glaube ich so nicht. Kann es sein du einen Messfehler machst? 70dB im 
realen Leben dann muessen es schon seeehr genaue Bauteile sein, einmal 
anhusten und schon sind es sehr viel weniger dBs. Die 100dB von einigen 
aus dem Netz... wer es denen glaubt.

von Achim B. (bobdylan)


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Helmut L. schrieb:
> Glaube ich so nicht. Kann es sein du einen Messfehler machst? 70dB im
> realen Leben dann muessen es schon seeehr genaue Bauteile sein

Na ja, ich glaube es ja selber nicht so richtig, was der Grund dafür 
ist, dass ich diesen Thread eröffnet habe. Bauteile: die Kondensatoren 
sind 1%er; so graue Folienklötze im 5er Raster, die ich mal bei Farnell 
gezogen habe. Bin jetzt zu faul, die konkret rauszusuchen. Die 
Widerstände sind stino 0,6Watter in 1%, wie es sie an jeder Straßenecke 
zu kaufen gibt. Allerdings mit Feinabgleich mittels 10gang-Potis. Einer 
der 16k hat 10k, und dem liegt ein 10k Poti in Reihe, der 8k hat 4k7, 
und dem liegt ein 5k Poti in Reihe.

Damit komme ich ganz geschmeidig auf meine oben erwähnten knapp 70dB. 
Mit zwei Augen zudrücken und bei Windstille sogar auf knapp über 70.

Messmittel sind ein LAG126 von Leader, und ein HP400E.

von Helmut L. (helmi1)


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Achim B. schrieb:
> Damit komme ich ganz geschmeidig auf meine oben erwähnten knapp 70dB.
> Mit zwei Augen zudrücken und bei Windstille sogar auf knapp über 70.

Das kann schon sein, wie gesagt einmal anhusten und schon sind es keine 
70dB mehr. Auf Dauer stabil ist das net.

von Possetitjel (Gast)


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Achim B. schrieb:

> mein "Problem" ist ja, dass die Dämpfung im richtigen
> Leben größer ist, als die Dämpfung in meiner Simu...
> In der Simu sind es knapp 50dB, in "Echtigkeit"
> knapp 70dB, und in der Simu, die ich aus dem Netz
> habe, sind es >100dB...

Das ist ein Artefakt, das aus der Dämpfungsangabe in dB
resultiert.

Die Übertragungsfunktion des Filters hat schlicht und
ergreifend eine Nullstelle. Wenn man minimal neben der
Nullstelle liegt, ist der Übertragungfaktor eben 0.00001
oder 0.001 oder so -- das sind -100dB bzw. -60dB.

Hausnummern sind beides.

In der Numerik würde man von "Stellenauslöschung" sprechen.

von Robert M. (r0bm)


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Achim B. schrieb:
> mein "Problem" ist ja, dass die Dämpfung im richtigen Leben
> größer ist, als die Dämpfung in meiner Simu... In der Simu sind es knapp
> 50dB, in "Echtigkeit" knapp 70dB, und in der Simu, die ich aus dem Netz
> habe, sind es >100dB...

Man bekommt auch in der Simulation eine tiefe Nullstelle (-156dB), dazu 
musste ich aber die Wobbelbandbreite auf +/-1mHz reduzieren.

von Helmut S. (helmuts)


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Hallo,
Hier die Simulation mit Toleranzen der Bauteile.
Schon +/-1% Toleranz der Cs und +/-0,1% der Widerstände reduziert den 
"notch" auf unbrauchbare -11dB bei 100% Rückkopplung. Das hat mich schon 
überrascht. Zwar kann man das durch verringern des 1MegOhm-Wertes auf 
100k verbessern, aber das hat Nachteile in anderen Frequenzbereichen.
Wenn man sich dann mal mit Google umschaut, dann sieht man, dass viele 
nur x% mittels Poti zurückkoppeln. Tatsächlich ist das die Lösung. Mit 
80% Rückkopplung ergeben sich dann trotz der 1% Toleranz moch 37,5% 
"notch".
Es werden binär alle 64 Kombination mit +/-Toleranz simuliert.
In den Plots habe ich mal "alle Register gezogen". Siehe Bild.

Gain Notch
70%  -41dB
80%  -37.5dB
90%  -31.5dB
95%  -25dB


Im Anhang die Dateien zum simulieren mit LTspiceXVII.
http://ltspice.linear-tech.com/software/LTspiceXVII.exe

Helmut

Nachtrag: Ich hatte übersehen, dass du ja bereits einen 10k/47k 
Spannungsteiler drin hast. Deshalb hatte ich erst ohne diesen Teiler 
simuliert.

: Bearbeitet durch User
von Helmut L. (helmi1)


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Wie ein automatisch sich abgleichendes Notchfilter funktioniert ist im 
HP Journal auf Seite 14 beschrieben.

http://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1980-08.pdf

von Achim B. (bobdylan)


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Helmut L. schrieb:
> Wie ein automatisch sich abgleichendes Notchfilter funktioniert ist im
> HP Journal auf Seite 14 beschrieben.

Das ist mir leider viel zu englisch, aber trotzdem interessant. Vielen 
Dank dafür. Allerdings kommt mir was automatisches nicht entgegen, weil 
wenn ich messe, möchte ich Knöppe drehen und Schalter schalten. 
Automatik ist langweilig. Mit anderen Worten, und um bei HP zubleiben: 
Messtiefe der 8903A mit "Fummelkram" der 331. Kompromiss wäre die 339.

@Helmut S.: in deiner Simu ist die untere Grafik in der mittleren Reihe 
ungefähr Deckungsgleich mit dem, was ich selbst herausgefummelt habe.

@Helmut L.: Langzeitstabil muss die Schose ja garnicht sein. Wenn ich 
damit - ihr habt es längst erraten - THD/THD&N messe, genügt es, wenn 
das Gerät nach penibelst peinlich genauem Abgleich über einen Zeitraum 
von sagen wir mal 5 Minuten das Wasser halten kann. Und das tut es.

@Possetitjel und Robert M.: War hilfreich, und ich habe was zum 
dranlangsinieren.

Gruß Achim.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Achim B. schrieb:
> In der Simu sind es knapp 50dB, in "Echtigkeit" knapp 70dB, und in der
> Simu, die ich aus dem Netz habe, sind es >100dB...

Auch 217dB sind mit den Bauteilwerten aus dem Originalschaltplan in der
Simulation "machbar" (s. Anhang).

Wie  Possetitjel schon schrieb, ist mit idealen Bauteilen die Amplitude
an der Kerbfrequenz 0, d.h. die Dämpfung ∞dB.

Ob nun in der Simulation mit exakten Widerständen und Kondensatoren 50dB
oder 200dB angezeigt werden, hängt u.a. von folgenden Faktoren ab:

- Frequenzauflösung der AC-Simulation: Die Kurve ist in logarithmischer
  Darstellung so spitz, dass das eigentliche Minimum auf Grund der
  diskreten Frequenzen leicht unter den Tisch fallen kann.

- Numerische Genauigkeit: Sie beträgt bei einzelnen Rechenoperationen
  etwa 15 Dezimalstellen, bei einer komplizierten Simulation deutlich
  weniger. 200dB als Amplitude entsprechen 10 Größenordnungen, wodurch
  schon ein Großteil der Rechengenauigkeit aufgebraucht ist.

- Die GBW (bzw. davon abhängig der Phasengang) des simulierten Opamps:
  Zwischen 3MHz (TL07x) und 1GHz variiert die Dämpfung um fast 100 dB.
  Im Anhang sind die Frequenzgänge für 3MHz, 10MHz, 100MHz und 1GHz zu
  sehen.

Edit:

Hier ist noch die LTspice-Datei, die auf der von Helmut S. basiert.

: Bearbeitet durch Moderator

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