Forum: HF, Funk und Felder Gibt es umgekehrte Ladderfilter als Bandsperre?


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von Chris (Gast)


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Hallo zusammen,
die Frage ist eher theoretisch, gibt es so etwas wie umgekehrte 
Ladderfilter, also Filter aus mehreren gleichen Schwingquarzen, die 
einen bestimmten kleinen Frequenzabschnitt stark und steilflankig 
dämpfen können?

Es müsste ja vom Prinzip möglich sein, wenn man Quarze und Kondensatoren 
tauscht.


in O---||---+---||---+---||---o out
            |        |
           ---      ---
           XTAL     XTAL
           ---      ---
            |        |
         Ground    Ground

von Karl M. (Gast)


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Tipp,

aufbauen und durch messen, dann wissen wir mehr.

Ich habe bisher nur steilflankige Notchfilter mit Ringkernen Q=400 
gebaut.

von eric (Gast)


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Chris schrieb:
> die Frage ist eher theoretisch, gibt es so etwas wie umgekehrte
> Ladderfilter

Notchfilter findet man in der Literatur kaum.
Freund Horst hat aber ein schönes paper dazu geschrieben, dass ich hier 
mit Euch teile

Eric

von HST (Gast)


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Hallo Chris,

ich möchte dem von Eric gezeigten Kram noch etwas hinzufügen:

Die obige einfache Schaltung führt zwar zu einem Notch, aber sie erzeugt 
dummerweise immer noch auch ein schmales Bandfilter mit wenigen kHz BBr, 
wie im Prinzipbild (Upper Sideband Filter) gezeigt.

Um einen breiten Durchlassbereich ober- und unterhalb des Sperrbereichs 
zu bekommen, müssen Induktivitäten eingesetzt werden, wie in Ref.(7) von 
W7ZOI gezeigt. Siehe Bild "W7ZOI-Notch" aus seinem Artikel. Der 
Sperrbereich wird sehr schmalbandig (<200Hz @-70db).

MfG, Horst

von Egon D. (egon_d)


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Chris schrieb:

> die Frage ist eher theoretisch, gibt es so etwas
> wie umgekehrte Ladderfilter, [...]

"Kettenleiter" (="Ladderfilter") bezeichnen eine
bestimmte Struktur, keine bestimmte Übertragungs-
funktion.

von Chris (Gast)


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eric schrieb:
> Notchfilter findet man in der Literatur kaum.

Auch im Internet findet man nicht besonders viel.

eric schrieb:
> Freund Horst hat aber ein schönes paper dazu geschrieben, dass ich hier
> mit Euch teile

Gute Idee, Danke!


HST schrieb:
> Um einen breiten Durchlassbereich ober- und unterhalb des Sperrbereichs
> zu bekommen, müssen Induktivitäten eingesetzt werden, wie in Ref.(7) von
> W7ZOI gezeigt. Siehe Bild "W7ZOI-Notch" aus seinem Artikel. Der
> Sperrbereich wird sehr schmalbandig (<200Hz @-70db).

Sehr interessant! Gibt es dazu auch eine Art normierte Bauteilwerte, die 
man dan auf die eigene Frequenz umrechnen kann?


Egon D. schrieb:
> "Kettenleiter" (="Ladderfilter") bezeichnen eine
> bestimmte Struktur, keine bestimmte Übertragungs-
> funktion.

Danke für die Information!


Der Aufwand für ein quarzgestütztes Notchfilter scheint viel höher zu 
sein als für einen Bandpass.

von Chris (Gast)


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von Chris (Gast)


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HST schrieb:
> Um einen breiten Durchlassbereich ober- und unterhalb des Sperrbereichs
> zu bekommen, müssen Induktivitäten eingesetzt werden, wie in Ref.(7) von
> W7ZOI gezeigt. Siehe Bild "W7ZOI-Notch" aus seinem Artikel. Der
> Sperrbereich wird sehr schmalbandig (<200Hz @-70db).

Meintest du dieses Werk ab S. 33 ('12. Crystal Notch Filters')?

http://w7zoi.net/genfil.pdf

von HST (Gast)


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Hallo Chris,

Eine Referenz [6] hast du ja schon gefunden:
https://www.highfrequencyelectronics.com/Mar09/HFE0309_Mell-Lurie.pdf

Den W7ZOI-Artikel, den ich meine (Ref.[7]) kann ich hier nicht komplett 
zeigen (Copyright):

[7] "Oscillator Noise Evaluation with a Crystal Notch Filter"
Wes Hayward W7ZOI
QEX, July/August 2008

Aber hier ein Auszug zur Dimensionierung der Werte:
"Recall that a symmetrical pi network operating at one frequency with Q 
= 1 (XL= XC= R0) exhibits a 90° phase shift and most other properties of 
a quarter wave line. Finally, a deeper null is possible with a given 
crystal if we transform upward from 50 Ohm".

Ansonsten kann man am schnellsten solche Filter mit einem Simulator 
konzipieren, wie es im von Eric geposteten Papier gezeigt ist. Ich habe 
dies noch einmal zum einfacheren Lesen als PDF angehängt.

Vielen Dank übrigens für deinen letzten W7ZOI-Link, der mir noch nicht 
bekannt war. Zumindest für Quarz-Ladder Bandfilter (Butterworth, 
Tchebychev, Cohn, QER) muss man sich nicht mit den ganzen Formeln 
herumschlagen - dafür gibt es schon zumindest ein Programm. Aber das war 
ja hier nicht die Frage.

MfG, Horst

von Heiner (Gast)


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HST schrieb:
> [7] "Oscillator Noise Evaluation with a Crystal Notch Filter"
> Wes Hayward W7ZOI
> QEX, July/August 2008

http://www.diagram.com.ua/english/library/qex-magazine/qex-magazine.php?row=4

von Chris (Gast)


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HST schrieb:
> Zumindest für Quarz-Ladder Bandfilter (Butterworth,
> Tchebychev, Cohn, QER) muss man sich nicht mit den ganzen Formeln
> herumschlagen - dafür gibt es schon zumindest ein Programm. Aber das war
> ja hier nicht die Frage.

Vielen Dank für die Abhandlung im PDF-Format! Mit welchem Programm 
lassen sich denn Quarz-Notchfilter berechnen (danach hatte ich 
tatsächlich schon gesucht, aber nichts gefunden)?

von B e r n d W. (smiley46)


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> Mit welchem Programm lassen sich denn Quarz-Notchfilter berechnen

Ein spezielles Programm für Notchfilter wird es nicht geben. Man kann es 
aber z.B. mit LTspice simulieren, muss dazu jedoch zuerst die 
Quarzparameter ermitteln.

von eric (Gast)


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HST schrieb:
> Zumindest für Quarz-Ladder Bandfilter (Butterworth,
> Tchebychev, Cohn, QER) muss man sich nicht mit den ganzen Formeln
> herumschlagen - dafür gibt es schon zumindest ein Programm. Aber das war
> ja hier nicht die Frage.

Ich glaube Horst meint hier das Paket Ladpac von Wes Hayward in der 
Version 2008
Aber wie schon angemerkt ist das nicht für Notch-Filter

Eric

von HST (Gast)


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Sorry, wie die letzten Posts es schon aufzeigen, ist das ein 
Missverständnis - das/die von mir erwähnten Programm(e) berechnen keine 
Notch- sondern Bandpass-Filter.

Die oben beschriebenen Quarz-Notchfilter hatte ich schrittweise mit dem 
Simulator entwickelt. Deine Links zu la3pna und sm5bsz zeigen den Weg 
noch am besten (neben dem W7ZOI-Artikel).

MfG, Horst

von Chris (Gast)


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Ein fertiges Berechnungsprogramm wäre auch zu schön gewesen.

B e r n d W. schrieb:
>> Mit welchem Programm lassen sich denn Quarz-Notchfilter berechnen
>
> Ein spezielles Programm für Notchfilter wird es nicht geben. Man kann es
> aber z.B. mit LTspice simulieren, muss dazu jedoch zuerst die
> Quarzparameter ermitteln.

Kann man mit diesen Parametern, die ich für ein 20MHz-Grundtonquarz 
habe, eine Simulation machen?
Cs: 13,603 fF
Ls: 4,647 mH
Cp: 3,68pF
Rs: unbekannt (~15 Ohm?)

von Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)


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Hallo zusammen, hallo Chris.

Kann man mit diesen Parametern,..., eine Simulation machen?

Warum nicht...? Ändern kannst du ja immer noch.

Mit welchem Programm du auch immer rechnest, nimm dir viel Zeit und 
bedenke
alles, was rechts und links des Weges liegt.

73
Wilhelm

von HST (Gast)


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Na ja, eigenlich hast du ja alle Daten für eine Simulation.
Als prinzipielles Beispiel für die Schaltung kannst du das Bild auf 
Seite 2 des PDFs nehmen (Quarze ohne die Serien Cs und Ls). Ohne 
Quarzverstimmungen bekommst du natürlich einen tiefen, aber sehr 
schmalen Notch.

Für den Anfang nimmst du parallel zu jedem der Quarze einen 
LC-Schwingkreis mit möglichst hohem L/C-Verhältnis (das Quarz Cp und die 
Koppel-Cs auf jeder Seite addieren sich jeweils dazu!).  Der 
Resonanzwiderstand sollte so hoch wie möglich sein, um das Filter mit 
relativ niedrigen Abschluss-R für einen breiten Durchlassbereich zu 
bedämpfen.

Bei 20MHz schlage ich 3,5 bis 4µH + 10pF-Trimmer vor. Cp der Quarze 
musst du messen oder einfach mal mit ca. 5pF ansetzen. Ein Rs von 8 Ohm 
entspricht einer Quarzgüte von ca. 73000.

Die Abschlusswiderstände sind immer ein Kompromiss zwischen 
Sperrdämpfung des Notches (Quarz-Rs) und der Durchlassbandbreite. 
Ausprobieren (1000-2000 Ohm). Die Koppel-Cs musst du so wählen, dass 
eine möglichst breite und flache Durclasskurve entsteht. Das hängt ja 
von deiner Anwendung ab und
sollte für eine erste Simulation reichen.

von Chris (Gast)


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Ich will es mit LTSPICE probieren.

Jedes Quarz muss dort nach diesem Ersatzschaltbild gezeichnet werden, 
oder?
https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Schwingquarz-Ersatzschaltbild.png


Noch eine andere Frage. Hin und wieder sieht man vor Filtern 
Dämpfungsglieder 50 Ohm auf 50 Ohm mit 6dB. Welche Aufgabe haben sie, 
sollen sie die Filter entkoppeln und muss ich so etwas auch bei der 
Simulation verwenden?

von Chris (Gast)


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Danke HST! Habe deine Antwort erst gelesen, nachdem ich mein Posting 
gesendet habe.
Gute Anleitung!



Generator o----R-----Filter-----R
                       |        |
                       |        |
                      GND      GND



R = Abschlusswiderstände, ca. 1000-2000 Ohm


Die Abschlusswiderstände R werden so in die Schaltung eingesetzt wie in 
der Skizze, oder?

von HST (Gast)


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Im Prinzip, hängt von deinem Simulator ab.
Anbei die Screenshots meiner Simulation mit deinen Quarzen (2-polige 
Ausführung). Kannst du als Ausgangspunkt nehmen und evtl. noch mehr Pole 
hinzufügen.

von HST (Gast)


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Huch, hatte deine Frage erst jetzt gesehen.
Ja, so etwas dient zur Entkopplung von Filtern oder allgemein von 
Modulen mit reaktiven Eigenschaften.
Ist für diese simulation nicht notwendig.

von Chris (Gast)


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HST schrieb:
> Ja, so etwas dient zur Entkopplung von Filtern oder allgemein von
> Modulen mit reaktiven Eigenschaften.

Gut zu wissen, Danke - auch für die Simulation!

Ich habe es gestern als Simu nachgebaut, leider ist ein völlig anderes 
Ergebnis ausgegeben worden, ohne schmalen Notch und linearen 
Frequenzgang oberhalb des Notches.

Wahrscheinlich habe ich von hier Werte falsch übernommen
https://www.mikrocontroller.net/attachment/434862/2pol_xtalNotch_20MHz_1a.png

Z1 = Z2 = 1100 Ohm

Ck1 = 9pF
Ck2 = 6pF

Quarz:
Cs: 13,603 fF
Ls: 4,647 mH
Cp: 3,7pF
Rs: 10

Parallelschwingkreis:
Spule: L = 3,9uH; R = 2,4 Ohm (?); was ist c = 1000F (?)
Kondensator: c = 1,5p


Dass die Spule eine parasitäte Kapazität besitzt, ist mir klar. 1000F 
werden es vermutlich nicht sein, was für ein Wert ist das (ein gedachter 
Koppelkondensator von fast unendlicher Größe)?

von HST (Gast)


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Ich sehe keinen Fehler in den übernommenen Werten.

Da hätte ich u.a. erklären sollen, dass im ARRL-Designer das Bauteil 
"SRX" eine Serienschaltung von R, L und C darstellt. Da hier bei der 
Induktivität nur R (Verlustwiderstand) und L interessant ist, habe ich 
mit C=1000F praktisch eine Durchverbindung erzeugt. Bei deinem Modell 
als Parallelkreis einfach weglassen.

Ein weiterer Fehler (das Modell war ursprünglich für andere Parameter 
gemacht worden) ist die Größe von R. Der sollte für eine Spulengüte von 
Q=50 so um 9,8 Ohm statt 2,4 betragen. Das ändert aber an der Kurve 
praktisch nichts.

Zeige doch mal das Schaltbild deiner Simulation, und die resultierende 
Kurve.
Stimmen die Abschlussimpedanzen (1100 statt den Standard 50 ohm)?


Ich benutze immer ideale Trafos an den Enden ("trf"), um die Impedanzen 
leicht an 50 ohm anzupassen.

von HST (Gast)


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Nachtrag:

Ich hab's auch noch mal in LTSpice als Netlist eingegeben (ziehe ich der 
Graphikbastelei vor). Die Ergbnisse sind identisch mit oben. Hätte mich 
auch gewundert.

von Chris (Gast)


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Danke! Ich konnte es heute mit LTspice simulieren und es funktioniert 
auch, der Notch ist da, wo er sein soll :-)


HST schrieb:
> Für den Anfang nimmst du parallel zu jedem der Quarze einen
> LC-Schwingkreis mit möglichst hohem L/C-Verhältnis (das Quarz Cp und die
> Koppel-Cs auf jeder Seite addieren sich jeweils dazu!).

Das Zuaddieren der Koppel-Cs auf jeder Seite begreife ich noch nicht 
richtig.

Bei 3,9uH und 20MHz muss theoretisch Cp(gesamt) = 16,2pF für den 
LC-Parallelschwingkreis sein.

In der Schaltung haben wir pro Zweig:

1,5p + 3,7p + 9p + 6p = 20,2p

1,5p: C direkt parallel zu L
3,7p: Cp vom Quarz
9p: Ck1
6p: Ck2

https://www.mikrocontroller.net/attachment/434862/2pol_xtalNotch_20MHz_1a.png

Das kommt ja nicht ganz hin, weil bei meiner Rechnung 4p zuviel sind. Wo 
liegt der Denkfehler?

von HST (Gast)


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Prima, dass es geklappt hat. Ich weiß niccht, ob du die Graphik als 
Eingabe beibehalten oder die Netlist verwendet hast.

Da ist kein Denkfehler - die reine LC-Resonanz liegt sicher etwas 
tiefer. Aber bei dieser Schaltung sollte es m.E. auf eine möglichst 
breite und flache Durchlasskurve ankommen. Die fres des LC-Kreises 
stellt nur einen Startwert für die Simulation dar, damit überhaupt ein 
sinnvolles Ergebnis etsteht. Ich gehe davon aus, dass die Parallelquarze 
neben deren Cp auch noch einen Einfluss auf die Resonanzen haben. Ich 
vermute auch, dass LC-fres deutlich unter 20MHz liegen muss, um die 
Kurve unterhalb der Notchfrequenz zu verbreitern.

Ich habe dabei immer wieder feststellen können, dass der Simulator dein 
Freund zur Optimierung darstellt. Bei so einer Netlist kann man alle 
Parameter sehr einfach und schnell verändern. Du kannst mit allen Werten 
spielen, von L über (L)Cp und Ck bis Z.

Du kannst dir mal die Kurve ansehen, wenn Ck1&Ck3 =11pF und Z =700 Ohm 
betragen. Es hängt eben davon ab, was du erreichen willst.
Du kannst auch Ck1&Ck3 überbrücken und dafür Ck2 z.B. auf 9 oder 10pF 
setzen (Z wieder 1100 Ohm).

Viel Spaß,  Horst

von Chris (Gast)


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Ich habe mit dem Grafikmodus in LTspice gearbeitet.

Wirklich faszinierend, wie sich die Kurven ändern, wenn man Bauteilwerte 
verändert.

HST schrieb:
> Bei so einer Netlist kann man alle
> Parameter sehr einfach und schnell verändern. Du kannst mit allen Werten
> spielen, von L über (L)Cp und Ck bis Z.

Benutzt du die Netlist anstelle vom Grafikmodus, weil sich dann die 
Bauteilwerte schneller und bequemer ändern lassen?

von HST (Gast)


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Das ist eben die Macht der Gewohnheit. Jeder hat seine Vorlieben - der 
betagte ARRL-Designer (den ich seit 20 Jahren benutze) besitzt nur die 
Texteingabe. Mit der Text-(Netlist-) Eingabe bin ich einfach schneller.

Anbei noch ein Screenshot vom Filter, das ich einfach mal auf 3 Pole 
erweiterte, wobei ich zum Spaß auch noch einen Frequenzversatz der 
Quarze zur Verbreiterung der Notchspitze hineingebastelt habe (Cs1 & 
Cs2).

Ich weiß ja nicht, wozu du so ein Filter brauchst. Die Alternative dazu 
ist ja die W7ZOI-Schaltung, die PI-Filterkopplung statt Parallelkreise 
verwendet (TP-Verhalten).

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