Spannung mit Ferritperle+Kondensator glätten

[Stefan K. (sdwarfs)]

Hallöle,

ich möchte mit nem Kumpel nen Synthesizer basteln. Besonders bei den 
VCOs (Voltage Controled Oscillators) scheint es wichtig, dass die 
Versorgungsspannung sehr stabil ist und keine Störungen enthält. Die 
aktuelle Lösung benutzt ein Schaltnetzteil (wir wollen nicht mit 220V 
arbeiten), das uns 24V liefert. Danach folgt ein Linearregler (L78er) 
mit Puffer-Kondensatoren (470uF/35V davor; 22uF/35V + 100nF parallel 
nach dem Regler).

Die abgesehen von der Temperaturabhängingkeit des Linearreglers, sieht 
man im Oszilloskop jedoch noch Spikes (Vpp von knapp 20 mV), die wohl 
vom Schaltregler stammen. Diese finden sich im Abstand von ~16-20 us je 
nach Netzteil, also 50-60 kHz und schwingen relativ schnell aus (ca. 1 
us). Hab der Einfachheit wegen nur nen Handyfoto gemacht...
Ne Störung alle 16-20 us heißt aber, dass ca. 6% der Zeit die Spannung 
von der Norm abweicht...

Nun hab ich da mal recherchiert und auch was von Linear Technology (LT; 
gehört inzwischen zu Analog Devices) gefunden: 
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an101f.pdf 
; dazu gibts auch nen Video, in dem sie genau solche Spikes zeigen 
(siehe Abbbildung 9 und 10 im PDF).

Dort heißt es  RC-Glieder würden nicht gut gut funktionieren, wegen 
parasitärer Eigenschaften der Bauteile (insbesondere wohl parasitärer 
Kapazitäten der Widerstände). Sie empfehlen Ferrit-Perlen als die 
"Geheimzutat"; diese werden als Induktivität in einem "LC-Glied" vor und 
nach dem Linearregler platziert (siehe Schaltung auf Seite 3 im PDF). 
Und der Trick funktioniert wohl so: Niedrige Frequenz = niedriger 
Widerstand und hohe Frequenzen = hohe Widerstände; Soweit so gut...

Statt Ferritperlen habe ich ein paar Induktivitäten von nem 
Radio-Bausatz und ein paar Drosselspulen ausgetestet (was ich halt so 
finden konnte), da das wohl für niedrigere Frequenzen ausreichen soll 
(siehe Appendix B). Das Ergebnis war so mäßig (vllt. 50% Reduktion des 
Vpp).

Ich würde also die Ferritperlen mal austesten wollen. Nun gibts davon 
allerdings schon wieder x-verschiedene. Und wie im obigen PDF in 
Abbildung A1 (Anhang A) zu sehen, ist die Impedanz ja Frequenzabhängig. 
Angegeben wird meist nur die Impedanz bei 100 MHz... die dann auch noch 
vom Strom abhängig zu sein scheint.

Meine aktuelle Schaltung entspricht dem Schaltbild auf Seite 3 des 
obigen PDFs, wie gesagt derzeit mit Induktivitäten und den oben 
genannten Kondensatoren.

Der benötigte Strom dürfte relativ klein sein (sagen wir mal 20 mA oder 
so). Ich möchte die Schwankungen gern auf unter 1mV bekommen (was einer 
Schwankung um +/- 10% eines Halbtones im Oszillator entspricht). Wie 
bekomm ich denn nun raus, was für eine Ferritperle ich brauche? Oder 
worauf ich bei der Wahl meiner Induktivität achten muss... niedriger 
ohmscher Widerstand, aber hohe Impedanz nehme ich an?

Aktuell basteln wir noch auf dem Steckbrett, daher bevorzuge ich 
Through-Hole-Bauteile... Es gibt da nun irgendwie verschiedene kleine 
Ferritkügelchen und -rundstäbe mit Löchern, zu denen meist nur die Maße 
angegeben sind. Ansonsten gibt es noch SMDs, denen ich fürs 
Experimentieren noch Drähte anlöten müsste (würde ich daher gern 
vermeiden).

Fragen:

1. Ist die Zielstellung (<1 mV Schwankungen) realistisch?
2. Was für Ferritperlen (bzw. wieviele) brauche ich, um das zu 
erreichen, wenn ich bei 470uF/35V bleiben will.
3. Gibt es ggf. noch eine einfachere Lösung?
4. Welche Frequenz ist da jetzt "aktiv"? Die Störung tritt zwar mit 60 
kHz auf, aber scheint mit ca. 10 MHz auszuschwingen (ca. 10 Schwingungen 
auf 1us; siehe Foto vom Oszi).

Vielen Dank!

Stefan

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan K. schrieb:
> Fragen:
> 1. Ist die Zielstellung (<1 mV Schwankungen) realistisch?
Eher nicht.

Als Tipp: du musst erst mal feststellen, ob due es mit 
Gleichtaktstörungen oder mit Gegentaktstörungen zu tun hast. Miss dazu 
mit dem Oszilloskop mal in deiner Schaltung von Masse nach Masse. Ja, 
richtig: von einem Massepunkt zu irgendeinem anderen Massepunkt. Wenn 
die Störung dann immer noch da ist, hast du Gleichtaktstörungen, die mit 
diesen Filtermaßnahmen nicht weg bekommst.

> Die abgesehen von der Temperaturabhängingkeit des Linearreglers, sieht
> man im Oszilloskop jedoch noch Spikes (Vpp von knapp 20 mV), die wohl
> vom Schaltregler stammen.
Stören diese Spikes deine Schaltung?
Oder stören sie nur, weil du sie messen kannst?

Und was spricht denn eigentlich gegen ein lineares Netzteil?

[Stefan M. (derwisch)]

Als erste Aktion empfehle ich, das Steckbrett ganz weit weg ( am besten 
in die Tonne ) zu befördern.
Besonders Neulinge in der Elektronik handeln sich damit Probleme ein, 
die ohne ein Schreckbrett ( kleines Wortspiel ) nie auftauchen würden.

Nimm eine Lochrasterplatine mit Lötaugen, und baue die Schaltung dmit 
auf.
Die Lötaugen lassen sich mit Lötzinn zu echten Leiterbahnen verbinden.

Der Aufbau zwingt zu räumlich relativ dichter Bauteilpackung und 
vermeidet lange Verbindungsleitungen.

Mit Linearreglern hatte ich noch nie solche Probleme.
Von daher vermute ich, dass es ein Schmutzeffekt ist, der durch zu lange 
Leitungen und ungünstige Verlegung ( Übersprechen ) zustande kommt.

Die Steckbretter begünstigen einen schlechten Aufbau von Schaltungen.
Wenn ein Profi ein Layout entwerfen würde, das so schlecht ist wie die 
Verdrahtung eines Steckbrettes, dann könnte der Chef ihm eine Umschulung 
zum Bäcker nahelegen.

[Stefan M. (derwisch)]

Lothar M. schrieb:
> Und was spricht denn eigentlich gegen ein lineares Netzteil?

Und das ist die nächste logische Frage.

Es werden sicherlich analoge VCOs sein!?
Da gehört stilecht auch ein lineares Netzteil davor... also gefühlt 
jedenfalls ;-)

[Falk B. (falk)]

@Stefan K. (sdwarfs)

>Die abgesehen von der Temperaturabhängingkeit des Linearreglers,

Ach wirklich? Ist die sooo hoch? Und ihr habt die gescheit gemessen? 
Oder habt ihr einfach nur den Kühlkörper vergessen?

>sieht
>man im Oszilloskop jedoch noch Spikes (Vpp von knapp 20 mV), die wohl
>vom Schaltregler stammen.

Kann sein. Kann aber auch über euren Meßaufbau eingefangen sein. Wie 
sieht der aus? Mach mal ein aussagekräftiges Bild.

>Ne Störung alle 16-20 us heißt aber, dass ca. 6% der Zeit die Spannung
>von der Norm abweicht...

;-)

>http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...
>; dazu gibts auch nen Video, in dem sie genau solche Spikes zeigen
>(siehe Abbbildung 9 und 10 im PDF).

Ohhh, eine AN vom Meister Jim Williams.


>Dort heißt es  RC-Glieder würden nicht gut gut funktionieren, wegen
>parasitärer Eigenschaften der Bauteile (insbesondere wohl parasitärer
>Kapazitäten der Widerstände).

Käse. Oder ihr habe was falsch verstanden, was wahrscheinlicher ist.

> Sie empfehlen Ferrit-Perlen als die
>"Geheimzutat"; diese werden als Induktivität in einem "LC-Glied" vor und
>nach dem Linearregler platziert (siehe Schaltung auf Seite 3 im PDF).
>Und der Trick funktioniert wohl so: Niedrige Frequenz = niedriger
>Widerstand und hohe Frequenzen = hohe Widerstände; Soweit so gut...

Qualitativ stimmt das, quantitativ nicht unbedingt.

>(siehe Appendix B). Das Ergebnis war so mäßig (vllt. 50% Reduktion des
>Vpp).

Hmm.

>Angegeben wird meist nur die Impedanz bei 100 MHz...

Ja.

>die dann auch noch vom Strom abhängig zu sein scheint.

Weniger.

>Meine aktuelle Schaltung entspricht dem Schaltbild auf Seite 3 des
>obigen PDFs, wie gesagt derzeit mit Induktivitäten und den oben
>genannten Kondensatoren.

Hmm. Ein Schaltbild ist trotzdem besser.

>Der benötigte Strom dürfte relativ klein sein (sagen wir mal 20 mA oder
>so). Ich möchte die Schwankungen gern auf unter 1mV bekommen (was einer
>Schwankung um +/- 10% eines Halbtones im Oszillator entspricht). Wie
>bekomm ich denn nun raus, was für eine Ferritperle ich brauche?

Probieren.

> Oder
>worauf ich bei der Wahl meiner Induktivität achten muss... niedriger
>ohmscher Widerstand,

Ist bei 20mA nebensächlich.

>aber hohe Impedanz nehme ich an?

Ja. Ich würde mal um die 200-1000 Ohm @100Mhz anpeilen.

>Aktuell basteln wir noch auf dem Steckbrett,

MÖÖÖP! Das könnt ihr GETROST vergessen! Wenn ihr solche extremen 
Filtersachen machen wollt, dann braucht ihr eine gescheite Platine mit 
Massefläche und gutem Layout. Alles andere ist Unsinn. Das geht schon 
mit der kurzen Masseanbindung beim Messen los!

https://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Tastk.C3.B6pfe_richtig_benutzen

> daher bevorzuge ich
>Through-Hole-Bauteile...

Kann man mache, SMD ist aber auch nicht schwer. Muss ja nicht 0402 sein, 
1206 reicht hier für den Anfang locker aus.

> Es gibt da nun irgendwie verschiedene kleine
>Ferritkügelchen und -rundstäbe mit Löchern, zu denen meist nur die Maße
>angegeben sind.

Jepp.

> Ansonsten gibt es noch SMDs, denen ich fürs
>Experimentieren noch Drähte anlöten müsste

Unsinn. Entweder werden die gleich auf die Platine gelötet oder gar 
nicht.

>1. Ist die Zielstellung (<1 mV Schwankungen) realistisch?

Prinzipiell ja, für euch nur bedingt. Dazu braucht ne Menge Wissen und 
Erfahrung.

>2. Was für Ferritperlen (bzw. wieviele) brauche ich, um das zu
>erreichen, wenn ich bei 470uF/35V bleiben will.

Keine Ahnung. Aber es wird nicht mit vielen Perlen besser. So wie in der 
An eine am Eingang, eine am Ausgang. Wenn die gescheit platziert sind 
und der Rest stimmt, könnte das was werden.

>3. Gibt es ggf. noch eine einfachere Lösung?

Vielleicht ist eure Störung gar nicht real da und nur ein Meßfehler. 
Oder für die empfindlichen Sachen ein Linearnetzteil verwenden. Das ist 
größer, macht aber keinen zusätzlichen HF-Dreck.

>4. Welche Frequenz ist da jetzt "aktiv"? Die Störung tritt zwar mit 60
>kHz auf, aber scheint mit ca. 10 MHz auszuschwingen (ca. 10 Schwingungen
>auf 1us; siehe Foto vom Oszi).

Das ist ganz grob gepeilt 60 kHz und alle ganzzahligen Vielfachen bis 
10MHz und noch ein wenig mehr.

[Stefan K. (sdwarfs)]

Lothar M. schrieb:
> Miss dazu mit dem Oszilloskop mal in deiner Schaltung von Masse nach Masse.

Wird asap erledigt.


> Stören diese Spikes deine Schaltung?
> Oder stören sie nur, weil du sie messen kannst?

Das Ganze ist grundlegend ein Elektronik-Lernprojekt. Ich will die 
Störungen eher ausschließen und vor allem Lernen. Bei einem unserer 
Versuchen, haben wir regulierte 5V durch einen Spannungsteiler 
(10k-Poti) gejagt und dann einen Spannungsfolger (OpAMP) als 
Impedanzwandler nachgeschalten. Mit diesen 0-5V haben wir (nach dem wir 
geprüft haben, dass das Teil grob tut was es soll) einen 
funktionierenden Synthesizer angesteuert (Control-Voltage-Eingang), um 
die Tonhöhe zu verändern. Ergebnis: Es gab stark hörbare Drifts. Diese 
schiebe ich auf die Temperaturabhängigkeit des Linearreglers und darauf, 
dass wir den OpAMP mit ungeregelter Versorgungsspannung betrieben haben.

Bisher war ich der Überzeugung, dann nach einem Linearregler eine total 
glatte Spannung raus käme, solange die Eingangsspannung hoch genug ist 
und man die Kondensatoren sauber auslegt. Und nach diesem Effekt habe 
ich eben nachgemessen und gerechnet... Standard sind: 1V pro Oktave, 
macht 1/12V = 83mV pro Halbton und irgendwie kam ich auf 1mV. Aber 
offensichtlich muss ich was anderes gerechnet haben: 10% davon wären 8,3 
mV Abweichung (Vpp); vermutlich hab ich mit 1% eines Halbtons gerechnet.

Und ja @falk: Exakt! Der Drift-Effekt war noch ohne Kühlblech! Und das 
sowas her muss, war dann die logische Konsequenz daraus. Ein Kühlblech 
hilft natürlich, um eine Schwankung über die Zeit zu reduzieren. 
Trotzdem verhält sich das Gerät dann anders, wenn ich 18 oder 25 °C 
Raumtemperatur hab...
(Meine Überlegung war daher, evtl. das Kühlblech am Linearregler mit nem 
NTC-Widerstand zu bestücken und das Ganze dann auf ne feste Temperatur 
zu beheizen; per Operationsverstärker oder so... aber das ist jetzt 
wieder nen ganz anderes Thema)


> Und was spricht denn eigentlich gegen ein lineares Netzteil?

Das gehört dann spontan in die Kategorie "Gibts vielleicht ne simplere 
Lösung?"; Ich sag jetzt mal: vor allem die Verfügbarkeit im Haushalt. 
Frage: "Linear" heißt bei Euch... Transformator, Brückengleichrichter, 
Siebkondensator und optional noch nen Linearregler + Schutz-Elektronik 
(wie Z-Diode, Sicherung)? Gibts sowas als "Steckernetzteil" mit 
getrenntem Gehäuse oder nur diese Module (die ich spontan gefunden hab), 
bei denen man 220V ins Gehäuse verlegen muss?

Mit den Schwankungen durch die schätzungsweise nur mäßig geglättete 
Spannung (50 Hz Brummen) kommt ein Linearregler dann klar? Wie siehts da 
mit Störimpulsen aus dem Stromnetz aus?
Sprich: Löst das unser Problem oder tauschen wir es nur gegen andere? 
(inkl. Kosten für das lineare Netzteil)

>>aber hohe Impedanz nehme ich an?
> Ja. Ich würde mal um die 200-1000 Ohm @100Mhz anpeilen.

Hmhm... gibts dafür eigentlich ne Formel (die irgend ne 
"Standard"-Kennlinie für die Ferritperle annimmt), damit man von der 
Impedanz bei 100 MHz und der Kapazität des Kondensators ne Dämpfung bei 
60 kHz abschätzen kann?

>> Es werden sicherlich analoge VCOs sein!?
Ja, alle Komponenten, die den Ton erzeugen, sollen (soweit es geht) 
Analog sein. Angedacht die Drehregler teils durch nen Mikrocontroller 
steuerbar zu machen. Die Hardcore-Version davon heißt dann: der 
Controller steuert die Potis mechanisch per zweiten Abgriff/Servomotor.
Von der Sache her, wäre ein lineares Netzteil hier also nur konsequent.

---
Hab jetzt mal ein Foto vom Steckbrett-Testaufbau angehängt (und auch 
gleich nen Problem festgestellt). Das ist nur einer der vielen 
Testaufbauten:

* Vcc+ (24V) vom Netzteil durch "10k" Neosid an Eingang (Pin 1, Vin) vom 
L7812CV und Vcc- (0V) vom Netzteil an GND (Pin 2)
* 47uF-Elko von Pin 1 (Vin) zu Pin 2 (GND)
* von Pin 3 (Vout) durch "2.2k" Neosid und von da: 100 nF Tantal zu GND
* als minimale Last (~8 mA): Grüne LED + 1,5 kOhm Schutzwiderstand 
(glaub ich)
* Oszi: Masse am 47uF-Elko, Messspitze an ... Vout (Pin3)? UUUUPS...

OKAY... also wenn ich den Fehler nicht zufällig später noch bemerkt hab, 
war das natürlich falsch aufgebaut. Die Last (LED) gehört nicht an Pin 3 
(Vout) vom Spannungsregler, sondern ein "Löchlein" weiter nach rechts 
(andere Seite der 2.2k-Neosid-Induktivität). Und dort is natürlich auch 
mit dem Oszi zu messen.
Ich bau das heut nochmal sauber auf und mess es durch... kann aber 
durchaus nen "Zwischendurch"-Foto gewesen sein und ich hab den Fehler 
noch bemerkt und behoben. Falls nicht, freu ich mich natürlich auch über 
ein: "Kaum macht man's richtig funktioniert's!"


Danke soweit mal für die Hinweise!

[Stefan K. (sdwarfs)]

Falk B. schrieb:
> Das ist ganz grob gepeilt 60 kHz und alle ganzzahligen Vielfachen bis
> 10MHz und noch ein wenig mehr.

Danke! Also quasi 60 kHz + Obertöne ;-)

[mark space (Gast)]

Wenn Du rasch abklingende Oszillationen mit einer Wiederholfrequenz von 
60kHz beobachtest, ist der Anteil der Grundwelle verschwindend gering. 
Also muss der Filter für wesentlich höhere Frequenzen optimiert werden. 
Miß den Zeitabstand zweier aufeinander folgender Schwingungsmaxima (oder 
Nulldurchgänge), rechne das um in die zugehörige Frequenz, dann weiß Du 
wo der Schwerpunkt der Störung liegt.
Davon mal abgesehen ist bislang nicht klar, ob der "Fehler" überhaupt 
existiert oder es sich hierbei um einen Messfehler handelt.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan K. schrieb:
> Bisher war ich der Überzeugung, dann nach einem Linearregler eine total
> glatte Spannung raus käme
Nein, der ist viel zu langsam um sowas ausregeln zu können. Dazu gibt es 
auch entsprechende Angaben im Datenblatt.

> Mit den Schwankungen durch die schätzungsweise nur mäßig geglättete
> Spannung (50 Hz Brummen) kommt ein Linearregler dann klar?
Es sind 100Hz nach dem Brückengleichrichter. Und damit kommt der Regler 
zurecht, da ist er schnell genug....

mark space schrieb:
> Davon mal abgesehen ist bislang nicht klar, ob der "Fehler" überhaupt
> existiert oder es sich hierbei um einen Messfehler handelt.
Deshalb ja auch: Masse gegen Masse messen.

[L7812 (Gast)]

Stefan K. schrieb:
> von Pin 3 (Vout) durch "2.2k" Neosid

Ich mag am Ausgang aber lieber einen Kondensator.

[scharewubbs (Gast)]

Stefan K. schrieb:
> Und der Trick funktioniert wohl so: Niedrige Frequenz = niedriger
> Widerstand und hohe Frequenzen = hohe Widerstände; Soweit so gut...

Das trifft den Punkt nicht so ganz...

Stefan K. schrieb:
> Statt Ferritperlen habe ich ein paar Induktivitäten von nem
> Radio-Bausatz und ein paar Drosselspulen ausgetestet (was ich halt so
> finden konnte), da das wohl für niedrigere Frequenzen ausreichen soll
> (siehe Appendix B). Das Ergebnis war so mäßig (vllt. 50% Reduktion des
> Vpp).

Bei Beads ist die Auswahl etwas begrenzter als bei Induktoren - und sie 
werden anders spezifiziert. Wie v. D. bemerkt, wird die Impedanz bei 
einer bestimmten Frequenz angegeben - oft bei 100MHz.

Was Du bei beiden Typen vergleichen kannst, ist der erlaubte Strom - nur 
bei Beads wird der direkt als einzelner Wert, bei Induktoren allerdings 
mittels mehrerer Werte angegeben, z.B. als Dauer-Gleich- und/oder 
Sättigungsstrom.

(Bei fließen von letzterem kann der tatsächliche Induktivitätswert evtl. 
geringer sein, als zuerst angeführt- je nach Konstruktion ist besagter 
Effekt unterschiedlich stark. Also Vorsicht.)

Wie bei allen Bauteilen sind die Datenblätter gründlich zu checken.

Die meisten Drosseln / Induktoren sind schlechter geeignet, um hohe 
Frequenzen zu dämpfen - weil ihre Wicklung (bestehend aus mehreren Lagen 
m.o.w. direkt über-, Einzelwindungen m.o.w. nahe bei- / direkt 
nebeneinander) eine hohe parasitäre Kapazität aufweist.

Diese liegt elektrisch parallel zur Drossel - und deren Kapazität ist 
meist hoch genug, um ein HF-Signal m.o.w. ungehindert durchzulassen (!). 
Ein beschreibender Parameter ist die (Eigen-) Resonanzfrequenz der 
Drossel.

[Diese kann man auch meßtechnisch ermitteln, falls Interesse, sagen.]

Je weiter diese f oberhalb der Störfrequenz (siehe @mark space's Post), 
um so besser funktioniert die Drossel auch wirklich.

Zu vermeiden (also hohe Induktivität bei gleichzeitig niedriger 
Kapazität) ist dies nur über kapazitätsarme Konstruktion, z.B. nur eine 
Wicklungslage, und am besten noch Abstand zw. den Windungen.

(Ein Trick zum Eigenbau wäre z.B., zwischen den Draht einen weiteren 
Draht zu wickeln - der dann entfernt wird - bzw. mit einem Nicht-Leiter 
wie z.B. Kunststoff (ebenso länglich wie biegsam, wie der Draht selbst), 
der dann i.A. dort verbleiben könnte. So habe ich aus Ferritstäben von 
alten Radios mehrere HF-Drosseln gefertigt.)

Eine hohe Störspannung nach einem älteren Schaltregler konnte ich aber 
auch einmal durch die Kombination eines "normalen" Induktors als erste L 
+ 3 Beads seriell als 2. L (2 x LC hintereinander) fast völlig 
abschwächen, beides allein hatte nur Teile geschafft - zusammen war die 
Wirkung extrem stark.

Zurück zu Deinem genauen Problem: Zeigst Du mal die ganze Schaltung?

[Stefan K. (sdwarfs)]

L7812 schrieb im Beitrag #5582315:
> Ich mag am Ausgang aber lieber einen Kondensator.

Ich auch! ;-)


-----------
Sooo... nochmal aufgebaut und gemessen:

(a) Läuft mit EINEM der beiden Netzteile! Da sind zwar Schwankungen da, 
aber alles moderat. Keine einzelnen Spikes mehr zu erkennen... so sollte 
das nach Plan auch aussehen!

(b) Beim anderen Netzteil sind schlimme Spitzen; Hab dann mal Masse zu 
Masse gemessen: und da sind sie auch wieder!

Also sind da wohl besagte "Gleichtaktstörungen" drinnen...
Woher kommt sowas? Wie entsteht das?

[Falk B. (falk)]

@Stefan K. (sdwarfs)

>Das Ganze ist grundlegend ein Elektronik-Lernprojekt. Ich will die
>Störungen eher ausschließen und vor allem Lernen.

Ist OK, aber du verfängst dich gleich zu Beginn in ziemlich tiefen 
Details. Das ist nicht gut.

> Bei einem unserer
>Versuchen, haben wir regulierte 5V durch einen Spannungsteiler
>(10k-Poti) gejagt

Was ihr alles so macht.

>und dann einen Spannungsfolger (OpAMP) als
>Impedanzwandler nachgeschalten. Mit diesen 0-5V haben wir (nach dem wir
>geprüft haben, dass das Teil grob tut was es soll) einen
>funktionierenden Synthesizer angesteuert (Control-Voltage-Eingang), um
>die Tonhöhe zu verändern. Ergebnis: Es gab stark hörbare Drifts.

Wirklich? In welcher Zeit? Wieviel?

> Diese
>schiebe ich auf die Temperaturabhängigkeit des Linearreglers

Aua!!! Du bist mir ja ein ganz cleverer! Keine These, nix gemessen und 
bewiesen, aber sicher sein, daß es Temperaturabhängigkeit ist.

FAIL!!!

> und darauf,
>dass wir den OpAMP mit ungeregelter Versorgungsspannung betrieben haben.

Ist zweitrangig, denn der OPV kann das ganz gut ausreglen, das ist sein 
Job.

>Bisher war ich der Überzeugung, dann nach einem Linearregler eine total
>glatte Spannung raus käme,

das ist sie im wesentlichen auch, wenn gleich der Begriff "total glatt" 
untechnisch ist. Es sind je nach Typ und Randbedingungen nur wenige mV 
Schwankungen drauf.

>Und ja @falk: Exakt! Der Drift-Effekt war noch ohne Kühlblech!

Was bei 20mA aber auch nicht nötig ist.

> Und das
>sowas her muss, war dann die logische Konsequenz daraus. Ein Kühlblech
>hilft natürlich, um eine Schwankung über die Zeit zu reduzieren.
>Trotzdem verhält sich das Gerät dann anders, wenn ich 18 oder 25 °C
>Raumtemperatur hab...

Wie anders denn?

>(Meine Überlegung war daher, evtl. das Kühlblech am Linearregler mit nem
>NTC-Widerstand zu bestücken und das Ganze dann auf ne feste Temperatur
>zu beheizen; per Operationsverstärker oder so... aber das ist jetzt
>wieder nen ganz anderes Thema)

Sach mal, bist du ein Pedandt? Das ist totaler humbug, erst recht für 
einen Anfänger! Du verrennst dich mit viel Energie in totalen 
Nebensächlichkeiten.


>Mit den Schwankungen durch die schätzungsweise nur mäßig geglättete
>Spannung (50 Hz Brummen) kommt ein Linearregler dann klar?

Sicher.

>Wie siehts da
>mit Störimpulsen aus dem Stromnetz aus?

Können je nach Schaltung durchkommen.

>Sprich: Löst das unser Problem oder tauschen wir es nur gegen andere?
>(inkl. Kosten für das lineare Netzteil)

Euer Problem liegt ganz woanders, nämlich in Pedanterie und Null Plan, 
was wirklich wichig ist.

>>>aber hohe Impedanz nehme ich an?
>> Ja. Ich würde mal um die 200-1000 Ohm @100Mhz anpeilen.

>Hmhm... gibts dafür eigentlich ne Formel (die irgend ne
>"Standard"-Kennlinie für die Ferritperle annimmt), damit man von der
>Impedanz bei 100 MHz und der Kapazität des Kondensators ne Dämpfung bei
>60 kHz abschätzen kann?

Man kann es ganz vereinfacht als RC-Glied betrachten, weil die x Ohm 
nahezu rein ohmsch wirken.

>* Vcc+ (24V) vom Netzteil durch "10k" Neosid an Eingang (Pin 1, Vin) vom
>L7812CV und Vcc- (0V) vom Netzteil an GND (Pin 2)
>* 47uF-Elko von Pin 1 (Vin) zu Pin 2 (GND)
>* von Pin 3 (Vout) durch "2.2k" Neosid und von da: 100 nF Tantal zu GND
>* als minimale Last (~8 mA): Grüne LED + 1,5 kOhm Schutzwiderstand
>(glaub ich)
>* Oszi: Masse am 47uF-Elko, Messspitze an ... Vout (Pin3)? UUUUPS...

Solche Lyrik kannst du dir sparen. Zeichne einen gescheiten Schaltplan!

[der schreckliche Sven (Gast)]

Stefan K. schrieb:
> Beim anderen Netzteil sind schlimme Spitzen;

Du bist aber pingelig.
99% aller Elektroniker wären happy mit so einer sauberen 
Stromversorgung.

[Stefan K. (sdwarfs)]

Falk B. schrieb:
>> Ergebnis: Es gab stark hörbare Drifts.
> Wirklich? In welcher Zeit? Wieviel?

Hab dazu keine Aufzeichnung. Aber ich würde sagen es waren von der 
Größenordnung so 1/5 Hz. Heißt: innerhalb von 3 Sekunden leichte 
Tonhöhenveränderung nach oben und dann wieder abschwellend). Es war 
definitiv hörbar, aber gefühlt weit unterhalb eines Halbtonschrittes.


> Ist zweitrangig, denn der OPV kann das ganz gut ausreglen, das ist sein Job.

Seitdem ich gesehen hab, welchen Einfluss fehlende Abblock-Kondensatoren 
auf das Ausgangssignal eines OPV haben, halte ich auch solche Dinge für 
realistisch. Einen Abblock-Kondensator haben wir verbaut gehabt (100 nF 
Keramik oder Tantal weiß ich nicht mehr; direkt schräg über das 
OPV-Gehäuse).
Solche langsamen Drifts (unter 1 Hz) SOLLTE der OPV meiner Einschätzung 
ja auch wegregeln; gut, das noch einmal bestätigt zu bekommen.


> Wie anders denn?

Wenn ich von einem externen Keyboard (mit getrennter 
Spannungsversorgung)  ein Signal für die Tonhöhe mit genormten 1V pro 
Oktave rein bekomme und meine Spannungsreferenz zu stark abweicht, 
produziert unser VCO (Voltage Controled Oszillator) eine falsche 
Tonhöhe. Insbesondere, da dann noch eine Exponentielle Wandlung 
stattfinden muss (Eingangs-Spannung für die Tonhöhe ist Linear => 
Frequenzen in der Tonleiter sind Exponentiell), dürfen sich dann lustige 
Probleme ergeben. Sprich: man müsste den Synthesizer wie ein klassisches 
Instrument jedes mal neu "stimmen".

> Man kann es ganz vereinfacht als RC-Glied betrachten, weil die x Ohm
nahezu rein ohmsch wirken.

OK, anders formuliert: Ich rechne es also wie ein RC-Glied (Annahme: 
festes "R" bei fester Frequenz f). Ich möchte eine +/-10 mV Schwankung 
auf +/- 1 mV dämpfen, was etwa -20 dB entspricht. Bei einem RC-Tiefpass 
ist die Dämpfung etwa -20 dB nach einer Dekade. D.h. wenn wir 60 kHz 
filtern wollen, sollte die Grenzfrequenz ca. 6 kHz sein. Dann gilt:
fc = 1 / (2*pi *R *C) => R = 1/(2*pi*C*fc)
Wenn wir C = 470uF annehmen, komme ich auf ein R von ~56,4 mOhm. Soweit 
richtig?

Und jetzt ist die Frage: Gibt es eine Formel, mit der ich von den 56,4 
mOhm @ 6kHz auf "x" Ohm @ 100MHz (als grobe Schätzung) komme? (Sprich: 
Komme ich um das Ablesen einer konkreten Grafik [falls es sie denn gibt] 
eines Datenblattes zur Impedanz vs Frequenz herum, um ein passendes 
Bauteil auszuwählen?)

Der gute Herr von Linear Technologies war in seinem Video (das zu dem 
PDF gehört) so überzeugend, dass ich das nicht weiter geprüft habe. Dazu 
haben seine Spannungsspitzen einfach zu ähnlich ausgesehen.  ABER: Nun 
hab ich außerdem nochmal recherchiert, wie der Widerstandswert sich 
typischerweise bzgl. höherer Frequenzen verhält: 
habehttp://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/elektronik/pass01_01x.pdf 
-> laut Abbildung auf Seite 9, weicht bei kleinen Widerstand von 100 Ohm 
erst ab Frequenzen von so 100 MHz der Wert merklich vom Nennwert ab. 
Davon sind wir in unserem Falle aber weit entfernt. Und 10% Abweichung 
interessieren hier auch nicht.

Heißt das dann, dass es ein normaler Widerstand + Kondensator (als 
Tiefpass) auch tut?
[Das war eine der ursprünglichen Lösungen, die ich nach diesem Video 
irgendwie verworfen hatte: Schönes hohes R*C zum glätten, R nicht zu 
hoch, um die Impedanz im Rahmen zu halten... und R*C nicht zu hoch, 
damit innerhalb angemessener Zeit das nötige Spannungslevel erreicht 
wird]

Also: 0,5 Ohm + 47uF (oder günstiger: 10 Ohm + 2,2uF) = Tiefpass mit 
~20dB Absenkung von Schwankungen der Versorgungsspannung von 60 kHz bis 
in den Bereich von sagen wir 10 MHz ????


@der schreckliche Sven (Gast):
>> Du bist aber pingelig.
>> 99% aller Elektroniker wären happy mit so einer sauberen Stromversorgung.

Normalerweise wär ich hier auch locker zufrieden, aber da mir grad 
bewusst geworden ist, dass bei dem Projekt ein paar Millivolt über 
hörbare Tonhöhenunterschiede entscheiden, will ich erstmal bei 
vertretbarem Aufwand das bestmögliche Ergebnis raus holen. Später kann 
man immer noch prüfen, ob es nicht ne simplere Version mit weniger 
Bauteilen tut...

Ich will aber als Anfänger was Analogschaltungen angeht, in der 
Entwurfsphase nicht ständig überlegen müssen, ob nicht die Schwankungen 
in der Versorgungsspannung das Problem sein könnten.


== Offene Frage: ==
Sind diese Gleichtaktstörungen etwas, mit dem ich bei JEDEM Netzteil 
rechnen muss? Oder kann ich davon ausgehen, dass das entsprechende 
Netzteil defekt ist? Störe ich damit tendenziell andere (EMV) oder 
bedeutet das nur potenzielle Störungen des angeschlossenen Geräts?

Konkret: Das Netzteil wird normalerweise für ein Haushaltsgerät benutzt. 
Sollte ich das Netzteil dringend austauschen oder kann mir die 
Gleichtaktstörung da egal sein, solang das Haushaltsgerät damit klar 
kommt?

[Falk B. (falk)]

@Stefan K. (sdwarfs)

>Seitdem ich gesehen hab, welchen Einfluss fehlende Abblock-Kondensatoren
>auf das Ausgangssignal eines OPV haben,

MOMENT! Das ist ein GANZ anderes Thema!

>produziert unser VCO (Voltage Controled Oszillator) eine falsche
>Tonhöhe.

Was ist das denn für ein VCO?

>OK, anders formuliert: Ich rechne es also wie ein RC-Glied (Annahme:
>festes "R" bei fester Frequenz f). Ich möchte eine +/-10 mV Schwankung
>auf +/- 1 mV dämpfen, was etwa -20 dB entspricht. Bei einem RC-Tiefpass
>ist die Dämpfung etwa -20 dB nach einer Dekade.

Ja.

> D.h. wenn wir 60 kHz
>filtern wollen, sollte die Grenzfrequenz ca. 6 kHz sein.

Nein. Die Grundfrequenz ist zwar mit 60kHz recht niedrig, aber die 
Hauptenergie steckt in den Oberwellen. D.h. man rechnet hier her mit der 
Auschwingfrequenz der Störung, bei dir ca. 10 MHz.

>Dann gilt:
>fc = 1 / (2*pi *R *C) => R = 1/(2*pi*C*fc)
>Wenn wir C = 470uF annehmen, komme ich auf ein R von ~56,4 mOhm. Soweit
>richtig?

Nein, dann allein 54mOhm sollten bei dir eine Warnlampe angehen lassen.
Rechne mal lieber mit den 1kOhm vom Ferrit die Kapazität des 
Kondensators aus. Hochfrequente Störungen werden praktisch immer nur mit 
Keramik-oder Folienkondensatoren gedämpft.

>Und jetzt ist die Frage: Gibt es eine Formel, mit der ich von den 56,4
>mOhm @ 6kHz auf "x" Ohm @ 100MHz (als grobe Schätzung) komme?

Nö. Ist auch gar nicht nötig.

>Komme ich um das Ablesen einer konkreten Grafik [falls es sie denn gibt]
>eines Datenblattes zur Impedanz vs Frequenz herum, um ein passendes
>Bauteil auszuwählen?)

Jain. Probiers aus.

>hab ich außerdem nochmal recherchiert, wie der Widerstandswert sich
>typischerweise bzgl. höherer Frequenzen verhält:
>habehttp://www.controllersandpcs.de/lehrarchiv/pdfs/el...

Ich wiederhole mich. Du als Anfänger verrennst dich gerade massiv in 
Nebensächlichkeiten.

>Heißt das dann, dass es ein normaler Widerstand + Kondensator (als
>Tiefpass) auch tut?

Nein, denn dein Widerstand hat auch bei 0Hz = Gleichstrom einen recht 
hohen Widerstand, welche zu einem meist unzulässig hohen Spannungsabfall 
führt. Der Trick von Drosseln und Ferritperlen ist ja der, daß die bei 
Gleichstrom nahezu Null Ohm haben.

>Also: 0,5 Ohm + 47uF (oder günstiger: 10 Ohm + 2,2uF) = Tiefpass mit
>~20dB Absenkung von Schwankungen der Versorgungsspannung von 60 kHz bis
>in den Bereich von sagen wir 10 MHz ????

Nö.

>Normalerweise wär ich hier auch locker zufrieden, aber da mir grad
>bewusst geworden ist, dass bei dem Projekt ein paar Millivolt über
>hörbare Tonhöhenunterschiede entscheiden,

Du weist im Moment gar nicht, wo deine Schwankungen herkommen. Betreibe 
deine Schaltung mal mit einer Batterie. Wenn es WIRKLICH Störungen vom 
Netzteil sind, müssen die dann weg sein. Wenn nicht, haben sie andere 
Ursachen.

> will ich erstmal bei
>vertretbarem Aufwand das bestmögliche Ergebnis raus holen.

Das ist ein Widerspruch, vor allem in deiner Lage als Anfänger. Bau das 
Ding erstmal ohne Hyperventileiren auf und bring es zum Laufen. Dann 
kann man sehen, wie gut es läuft und ggf. optimieren.

"Verfrühtes Optimieren ist die Wurzel allen Übels."

> Später kann
>man immer noch prüfen, ob es nicht ne simplere Version mit weniger
>Bauteilen tut...

FALSCH! Genau anders herum wird ein Schuh draus!

>Ich will aber als Anfänger was Analogschaltungen angeht, in der
>Entwurfsphase nicht ständig überlegen müssen, ob nicht die Schwankungen
>in der Versorgungsspannung das Problem sein könnten.

Was bei deiner Psyche so oder so schwierig werden wird . . .

>== Offene Frage: ==
>Sind diese Gleichtaktstörungen etwas, mit dem ich bei JEDEM Netzteil
>rechnen muss?

Ja.

> Oder kann ich davon ausgehen, dass das entsprechende
>Netzteil defekt ist?

Keine Ahnung.

>Störe ich damit tendenziell andere (EMV) oder

Weniger.

>bedeutet das nur potenzielle Störungen des angeschlossenen Geräts?

Das schon eher.

>Konkret: Das Netzteil wird normalerweise für ein Haushaltsgerät benutzt.

???

>Sollte ich das Netzteil dringend austauschen

Nö.

> oder kann mir die
>Gleichtaktstörung da egal sein, solang das Haushaltsgerät damit klar
>kommt?

Ja sicher!

[Sven D. (Gast)]

Stefan K. schrieb:
> @der schreckliche Sven (Gast):
>>> Du bist aber pingelig.
>>> 99% aller Elektroniker wären happy mit so einer sauberen Stromversorgung.
>
> Normalerweise wär ich hier auch locker zufrieden, aber da mir grad
> bewusst geworden ist, dass bei dem Projekt ein paar Millivolt über
> hörbare Tonhöhenunterschiede entscheiden, will ich erstmal bei
> vertretbarem Aufwand das bestmögliche Ergebnis raus holen. Später kann
> man immer noch prüfen, ob es nicht ne simplere Version mit weniger
> Bauteilen tut...
>

Schwankungen in der Versorgungsspannungen im mV Bereich haben bei einem 
vernünftigen VCO Design keinen Einfluss auf die Ausgangsfrequenz.

Es gibt eine Menge Leute die Ihren Euroracksysteme mit Schaltnetzteilen 
betreiben, das Meanwell RT-65B ist sehr beliebt.

> Ich will aber als Anfänger was Analogschaltungen angeht, in der
> Entwurfsphase nicht ständig überlegen müssen, ob nicht die Schwankungen
> in der Versorgungsspannung das Problem sein könnten.

Dann solltest du wie bereits vorgeschlagen ein lineares Netzteil 
verwenden.

[der schreckliche Sven (Gast)]

Oder bei 0,02A Stromverbrauch ernsthaft über Batterie/Akku nachdenken.

[Peter D. (peda)]

Stefan K. schrieb:
> Mit diesen 0-5V haben wir (nach dem wir
> geprüft haben, dass das Teil grob tut was es soll) einen
> funktionierenden Synthesizer angesteuert (Control-Voltage-Eingang), um
> die Tonhöhe zu verändern. Ergebnis: Es gab stark hörbare Drifts.

Spannungsregler sind für die Stromversorgung gedacht, da spielt der 
genaue Wert keine Rolle.
Für Steuerspannungen nimmt man Referenzen, z.B. REF02, AD586 (5V). Die 
sind stabil, können aber nur max 10mA liefern.

[Martin M. (martin9)]

Ich habe mit möglichst hochimpedanten Chipferriten gute Ergebnisse 
erzielt. Z.B. sowas
https://katalog.we-online.de/de/pbs/WE-CBF/742792092?sid=f3de128453#vs_ct:3
Vorsicht bei Stromimpulsen. Verdampft die Wicklung.

Achtung, Resonanz! 
http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/ferrite-beads-demystified.html

Steckbrett und Schaltnetzteil sind ein no-go. Ebenfalls Lötraster. Was 
geht sind ungeätzte Leiterplatten (Vollkupfer, gibt dann GND) und 
fliegender Aufbau darauf.

Schaltnetzteil-Störungen mit einem Tastkopf mit Masseklemme messen 
wollen geht auch nicht. Da erzeugt die Masseleitung schon selber einen 
Schwingkreis, der durch das Schaltnetzteil angeregt wird. Entweder 
Tastkopf einlöten (GND mit ein paar mm Draht) oder besser passiven 
21:1-Teiler selber bauen (RG172-Kabel mit 1k am Ende, mit 50 Ohm 
terminieren). Ist in dem Fall besser und billiger.

- Martin