Forum: HF, Funk und Felder Filter messen


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von R. F. (rfr)


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Guten Morgen.

Ich würde gerne für eine Anwendung ein Filter aus meiner Bastelkiste 
verwenden, und weiss nicht, wie ich hier messen soll.

Zunächst hat mein VNA einen Eingangswiderstand von 50 Ohm, das Filter 
vermutlich nicht. Es wird also erforderlich sein, eine Anpassung 
vorzunehmen. Diese muss nur im Frequenzbereich des Filters anpassen. Ich 
muss also die Mittenfrequenz des Filters messen.

Kann ich das Filter als frequenzbestimmendes Bauelement in einen 
Oszillator einsetzen und so die Mttenfrequenz messen?

Und wie messe ich die Ein/Ausgangsimpedanzen des Filters? Die Annahme, 
dass es schon passst, erscheint recht optimistisch...:-)

Grüsse

Robert

von Joggel E. (jetztnicht)


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Das Filter ist ein Netzfilter ?

von R. F. (rfr)


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Nein, es handelt sich um Filter in meiner Bauteilekiste, und es sind 
passive Filter, auch Quarzfilter, aber meistens LC oder LCR Filter aus 
der Nachrichtentechnik.

: Bearbeitet durch User
von Hans K. (Firma: privat) (sepp222) Flattr this


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Hans Nussbaum hat sehr interessante Bücher geschrieben.
Unter anderem einen variablen Oszillator mit einer Messbrücke koppeln,
damit kann man den Eingangswiderstand ablesen,aber der verwendete 
Oszillator geht nur bis 50 Mhz. Was du benötigst ist nur noch eine 
Messbrücke.So ein komplettes Gerät mit eingebautem Frequenzzähler habe 
ich mal gekauft.
Aber dein VNA geht in der Frequenz höher als 50 Mhz vom LTC1799 
Oszillator.

                                           Gruß Hans

: Bearbeitet durch User
von ~Mercedes~  . (lolita)


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Mit nem Specci, den nen Trackiggenerator hat ausmessen.
Oder mit Prüfgenerator / Meßsender und Millivoltmeter die
Kurve aufnehmen.

@All:
Könnte man nicht mittels nem kleinen Verstärker in Basisschaltung
nicht ein Anpassungsglied bauen?

mfg

von eric1 (Gast)


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R. F. schrieb:
> Zunächst hat mein VNA einen Eingangswiderstand von 50 Ohm, das Filter
> vermutlich nicht.

was für einen VNA hast Du denn? man kann ggf. die Impdanzen umrechnen 
dafür gibt es im VNWA ein fertiges Werkzeug
Wenn du Messungen exportieren kannst ginge dieses Werkzeug auch im VNWA. 
das Tool ist free
eric1

von Günter Lenz (Gast)


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von R. F. schrieb:
>Und wie messe ich die Ein/Ausgangsimpedanzen des Filters? Die Annahme,
>dass es schon passst, erscheint recht optimistisch...:-)

Mit einem einstellbaren Koppelwiderstand zwischen Generator
und Schwingkreis. Schwingkreis auf Resonanz bringen und den
Koppelwiderstand soweit vergrößern bis die Amplitude des
Schwingkreises auf die Hälfte der Leerlaufspannung des
Generators zurück geht. Dann ist der Resonanzwiderstand
des Schwingkreises = Innenwiderstand des Generators +
Koppelwiderstand.

Das messen der Amplitude möglichst lose machen mit einem
sehr kleinen Koppelkondensator, hochohmig messen oder
mit einer einzigen Koppelwindung, damit der Schwingkreis
wenig belastet wird.

>Kann ich das Filter als frequenzbestimmendes Bauelement in einen
>Oszillator einsetzen und so die Mttenfrequenz messen?

Ja, wenn der Oszillator vernünftig dimensioniert ist.
Also Rückkoplung nicht zu fest machen, gerade so das er
anschwingt.

>auch Quarzfilter,

Für Quarzfilter gibt es Datenblätter, da steht alles
genau drinn.

von Volker M. (antennensimulation)


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eric1 schrieb:
> was für einen VNA hast Du denn? man kann ggf. die Impdanzen umrechnen

Ja, da ist eine etablierte und korrekte Methode. Man kann in 50 Ohm 
messen und nachträglich auf andere Portimpedanzen umrechnen.

Hier ist ein Beispiel für 50 nach 75 Ohm:
https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/2/2866.html

von Homer Jay Simpson (Gast)


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R. F. schrieb:
> Mittenfrequenz

Bei Filtern geht es grundsätzlich um die Grenzfrequenz.



Schon gesucht? Filter messen eingegeben und auf Anhieb gefunden

Youtube-Video "Bode Diagramm u. Filter Messungen einfach erklärt - Tutorial  |  Frequency Response Analysis FRA"

von R. F. (rfr)


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Ich habe einen nanovna und einen GHF-D500.

von Laary (Gast)


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> Für Quarzfilter gibt es Datenblätter, da steht alles genau drinn.

Es gibt genug Filter fuer die es kein Datenblatt gibt.

Fuer eine ueberschlaegige Aufnahme der Filterkurve muss dich
die Fehlanpassung erstmal nicht uebertrieben stoeren.

Mit einem Trackinggenerator geht das einfach.
Kaum ein Filter hat am Eingang oder am Ausgang 50 Ohm.
Kopple den Ausgang deines Speckis ueber z.B. 1 k an das Filter
und am Eingang machst du das mit 1 k genauso.
Bei schmalbandigen Filtern muss man langsam sweepen.
Und: Nicht mit gerade mit voller Leistung auf das Filter braten.
Also eher 100 mV als 1 V.
Wenn du fuer die 1 k induktivitaetsarme Einstellregler nimmst,
kannst du diese u.U. auf minimale Welligkeit der Kurve trimmen.
Dann weisst du auch gleich was das Filter da sehen will...

von eric1 (Gast)


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R. F. schrieb:
> Ich habe einen nanovna und einen GHF-D500.

Kannst Du mit dem Touchtone Files von einer Messung exportieren ?
Also Messungen von S21 Betrag und Phase oder Realteil / Imaginäteil ?
Mn braucht für die Umrechnung alle 4 S-Parameter.
Die dir fehlenden S12, S22 bekommt man durch Umdrehen des DUT
eric1

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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R. F. schrieb:
> Ich würde gerne für eine Anwendung ein Filter aus meiner Bastelkiste
> verwenden, und weiss nicht, wie ich hier messen soll.

Wie bereits meine Vorredner sagten: Mit dem VNA die S-Matrix des Filters 
messen. Diese kann man auf eine andere (i.a. auch komplexe) Impedanz an 
Ein- und Ausgang umrechnen und sehen, wie sich das Filter dann verhält. 
Die meisten VNA können das in der Firmware, ansonsten kann man das 
offline machen. Das sind nur ein paar Handgriffe mit Matlab, Octave, 
o.ä.

> Und wie messe ich die Ein/Ausgangsimpedanzen des Filters? Die Annahme,
> dass es schon passst, erscheint recht optimistisch...:-)

Du willst, wenn ich Dich richtig verstehe, nicht die Ein- und 
Ausgangsimpedanz des Filters bestimmen, sondern wissen, wie es an eine 
gegebene Impedanz (z.B. 50 Ohm) angepasst werden muss, damit es sich so 
verhält, wie es sich der Entwickler gedacht hat.

Wenn Du die S-Matrix hast, kannst Du den Einfluss von geeigneten 
Anpassnetzwerken am Ein- und Ausgang einfach hinzurechnen. Das können 
VNA meist in der Firmware (nennt sich Embedding). Deutlich bequemer ist 
es, das offline zu machen. Für die Rechnung kann man z.B. Matlab o.ä. 
benutzen, wenn man etwas programmieren möchte, oder ein 
Simulationsprogramm nehmen, in das man die gemessene S-Matrix 
importiert. Dann kann man die Parameter des Anpassnetzwerks variieren 
und es so anhand des Verhaltens des Filters mit den Anpassnetzwerken 
optimieren. Simulationsprogramme haben dafür auch eingebaute Optimierer, 
mit denen man z.B. die Welligkeit im Durchlassbereich minimieren kann.

Für ein Quarzfilter wird es wahrscheinlich ein einfaches LC-Glied zur 
Anpassung tun, und man kann das von Hand optimieren, so kritisch ist die 
Sache nicht.

von Tobias P. (hubertus)


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Falls es der NWA nicht in seiner Firmware schon kann, (was bei einigen 
der Fall sein dürfte!) oder man es sowieso offline machen könnte, sind 
die Matrizen hier niedergeschrieben

https://hb9fsx.ch/wordpress/wp-content/plugins/download-attachments/includes/download.php?id=895

ab Seite 6. Man kann auf beliebige Portimpedanzen umrechnen und die 
Ports können auch verschiedene Impedanzen aufweisen.


Tobias

von W.S. (Gast)


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R. F. schrieb:
> Ich würde gerne für eine Anwendung ein Filter aus meiner Bastelkiste
> verwenden, und weiss nicht, wie ich hier messen soll.
>
> Zunächst hat mein VNA einen Eingangswiderstand von 50 Ohm, das Filter
> vermutlich nicht.

Also wenn du einen Wobbler hast (sogar einen vektoriellen !), dann miß 
dir deine Filter doch einfach zuerst mal grob aus:

1. Nimm dir zwei kleine Einstellregler von 220 Ohm und setze diese in 
Reihe mit deinem Wobblerausgang und deinem Wobblereingang.

2. Setze dein Filter dazwischen und schau dir die sich ergebende 
Durchlaßkurve an. Zumeist wird diese etwa so aussehen wie auf dem 
beigefügten Bild: Zackig wegen zu kleiner Impedanzen am Eingang und 
Ausgang.

Aber:
3. Selbst aus solchen Kurven kannst du zumindest GROB erkennen, was so 
ein Filter bei richtiger Anpassung für eine Bandbreite und 
Flankensteilheit haben wird. Im Bild: Telequarz TQF 334-01A mit etwa 200 
kHz Bandbreite.

4. Mit den Einstellreglern kann man so lala testen, ob man damit die 
richtigen Impedanzen trifft. Bei vielen Quarzfiltern reicht das jedoch 
nicht aus, denn da gibt es viele, die Abschlußimpedanzen von 2..4 kOhm 
benötigen. Da ist es egal, ob man die mit 50 oder 270 Ohm fehlanpaßt.

Nochwas: das finale Abgleichen der Filter muß man nach meiner Erfahrung 
in der fertigen Schaltung tun - aber OHNE direkt mit irgend etwas an die 
Filter selbst heranzutasten. Dazu muß man eben ein Signal in den 
Antenneneingang speisen und das Signal am Ausgang des 
Verstärkers/Mischers hinter dem Quarzfilter abgreifen. Mit einem VNA 
stehst du da auf dem Schlauch, da ist ein normaler Wobbler die bessere 
Wahl.

W.S.

von Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)


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Hallo zusammen.

> Ich habe einen nanovna und einen GHF-D500

Nano-NVA, hurra..., und jetzt?
'nanovna' ok, aber wer, was ist GHF-D500? Bei mir spuckt Google nur 
Kameras u.ä. aus? Muss ich das jetzt wissen?

Die Sxx -> Syy -> Szz Orgie scheint ja vorbei zu sein. Geht es auch 
anders? Die tollsten Teile, und man weiss nicht damit umzugehen. So ein 
VNA muss schon her..., für das übrige Equipment 4GHz mindestens, sonst 
kann ich nachts nicht ruhig schlafen...
Ich frage mich, wie die Menschheit, nicht nur ohne dieses Teil, bis ins 
Jahr 2020 gekommen ist?
Ich bin bewusst so sarkastisch! Wo kommen wir als Amateure her? Lasst 
doch die Kirche im Dorf. Vor nicht all zu langer Zeit war es 
unvorstellbar, was uns die moderne Technik und der freundliche Mann aus 
Fernost für bezahlbares Geld bietet. 'Das Dämpfungsglied hat aber bei 
2.874523.. GHz (Scheiss Zähler) einen Einbruch um 0.25dB..' und ähnliche 
Scherze. Das sind Teile, von denen ein Amateur nicht nur vor 20 oder 25 
Jahren geträumt hätte.

@ TO
Fein, wenn man hier fragen kann, ok. Dann sollten man aber zumindest die 
Grundlagen parat haben und zeigen, dass man sich mit dem Problem 
auseinander gesetzt hat.
Es gibt auch schlaue Bücher, Tutorials (mit Sicherheit ohne Ende) und 
YouTube wird wohl auch einiges drauf haben.

Nix für ungut, wie man im Rheinland so sagt..., aber das musste ich 
jetzt loswerden. '…denn sie wissen nicht, was sie tun'

73
Wilhelm

: Bearbeitet durch User
von Tobias P. (hubertus)


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Wilhelm S. schrieb:
> Die Sxx -> Syy -> Szz Orgie scheint ja vorbei zu sein. Geht es auch
> anders?

was ist das? :-)

von R. F. (rfr)


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@Wilhelm S.:

Ein wenig Textverständnis fehlt dir noch.

Wenn du das hättest, würdest du wissen, dass ich nicht nach der 
Messmethode oder -Verfahren gefragt habe, sondern nach der Anpassung 
eines Filters an einen VNA, der eine gegebene Impedanz hat. Hier geht es 
konkret um den Messfehler, oder um dessen Beseitigung.

Ich weiss, dass es mehrere Möglichkeiten gibt, eine davon ist die 
transformatorische Anpassung. Für dies ist eine Kenntnis des 
Frequenzbereiches erforderlich, hier richtet sich die Frage nach der 
Anwendung des Filters als frequenzbestimmendes Bauelement in einer 
Oszillatorschaltung.

Ich meine, dass ich das Problem ausreichend weit analysiert habe. Dies 
wird auch durch einige reichhaltige Antworten belegt, einige 
Alternativen (Basisschaltung) sind auch dabei. Aber ich verkneife mir 
jetzt die weitere Analyse deiner Äusserung hier, das solltest du selbst 
machen.

Und teile uns das Ergebnis doch mit. Dann haben wir alle was davon.

von Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)


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Sri, nehme alles zurück und behaupte das Gegenteil ;-)

@ Tobias
Das sollte die Rechenorgie zwischen den S-Parametern darstellen.
Wenn man es kann, ist es natürlich ganz einfach.

@ TO

Du hast recht, das habe ich so nicht verstanden, es erschien mir wie ein 
Hilferuf 'jetzt habe ich so ein tolles Teil und komme nicht weiter'.

Deine Frequenzen kannst du ja nicht angeben, aber wenn es im KW-Bereich 
stattfindet, ist der empfohlene Weg über den ( u.U. einstellbaren) 
Serienwiderstand doch der sinnvollste und ich denke einfachste. Siehe 
Beispiele aus der 'Time Domain Reflectometry' Messung. Das ist ja 
genügend dokumentiert.

> aber wer, was ist GHF-D500?
Das weiss ich jetzt immer noch nicht.

Entschuldigung
73
Wilhelm

: Bearbeitet durch User
von R. F. (rfr)


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Das ist ein VNA auf der basis einer Arbeit, die im Funkamateur 
erschienben ist und von einigen Leuten auf 500 MHz erweitert wurde.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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R. F. schrieb:
> Wenn du das hättest, würdest du wissen, dass ich nicht nach der
> Messmethode oder -Verfahren gefragt habe, sondern nach der Anpassung
> eines Filters an einen VNA, der eine gegebene Impedanz hat. Hier geht es
> konkret um den Messfehler, oder um dessen Beseitigung.

Warum willst Du das machen? Für den Übergang von 50 Ohm des Ports auf 
z.B. 1 kOhm eines Filters bekommt man ca. 7,5 dB Verlust durch 
Fehlanpassung. Für zwei solcher Übergange sind es maximal 15 dB, je nach 
Phasenlage. Bei einem Dynamikumfang des Messgeräts von >100 dB juckt 
einen das nicht weiter. Sieht man auch in dem von W.S geposteten Bild.

Und die Tatsache, dass die S-Matrix standardmäßig auf 50 Ohm bezogen 
ist, nachdem sie gemessen wurde, ist bedeutungslos; man kann sie 
jederzeit auf eine andere Bezugsimpedanz transformieren.

Wilhelm S. schrieb:
> Deine Frequenzen kannst du ja nicht angeben, aber wenn es im KW-Bereich
> stattfindet, ist der empfohlene Weg über den ( u.U. einstellbaren)
> Serienwiderstand doch der sinnvollste und ich denke einfachste. Siehe
> Beispiele aus der 'Time Domain Reflectometry' Messung. Das ist ja
> genügend dokumentiert.

Wie bereits gesagt: Kennt man die S-Matrix des Filters als Funktion der 
Frequenz, beschreibt diese das lineare Verhalten des Filters 
vollständig. Also weiß man auch, wie es sich mit unterschiedlichen 
Anpassnetzwerken verhält. Diese kann man also rechnerisch mithilfe der 
Daten ermitteln. Das können auch Amateure.

Gleichwohl gilt natürlich:

W.S. schrieb:
> Nochwas: das finale Abgleichen der Filter muß man nach meiner Erfahrung
> in der fertigen Schaltung tun - aber OHNE direkt mit irgend etwas an die
> Filter selbst heranzutasten.

Deswegen sieht man am besten ein Abgleichelement vor. Auch das kann man 
mit der gemessenen S-Matrix geeignet auslegen.

W.S. schrieb:
> Dazu muß man eben ein Signal in den
> Antenneneingang speisen und das Signal am Ausgang des
> Verstärkers/Mischers hinter dem Quarzfilter abgreifen. Mit einem VNA
> stehst du da auf dem Schlauch, da ist ein normaler Wobbler die bessere
> Wahl.

Wenn der Analysator (VNA, Spektrumanalysator mit Tracking-Generator) 
frequenzumsetzende Messungen unterstützt, geht es auch damit.

von W.S. (Gast)


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Mario H. schrieb:
> Wenn der Analysator (VNA...

Also das, was man so aus den Amateurkreisen der letzten Jahre kennt, 
sieht immer so aus, daß man 2 Rechteck-Generatoren hat (ADF 4351 o.ä.), 
einer als Stimulus, der andere als Direktmischer, so um ein paar kHz 
neben dem Stimulus. Der Rest ist dann Signalverarbeitung im NF-Bereich.

Von da her glaube ich nicht falsch damit zu liegen, daß ein solcher VNA 
zum Abgleich in einem echten Empfänger untauglich ist. Das Thema 
Empfängerabgleich war damals übrigens auch nie im Gespräch beim FA, als 
deren erster Wobbler ("NWT..") herauskam. Die Leute wollten damit 
eigentlich immerzu nur ihre Antennen anschauen.

Mario H. schrieb:
> Deswegen sieht man am besten ein Abgleichelement vor.

Ja. Allerdings ist es sehr hilfreich, schon vorher wenigstens einen 
Anhaltspunkt zu haben, wo denn die E/A-Impedanzen so etwa liegen 
könnten.

Mario H. schrieb:
> Für den Übergang von 50 Ohm des Ports auf
> z.B. 1 kOhm eines Filters bekommt man ca. 7,5 dB Verlust durch
> Fehlanpassung.

Auch ja, aber das ist kein Thema für den versierten Amateur. Das Thema 
ist, daß sich die Filtercharakteristik z.T. dramatisch verschlechtert, 
wenn man zu niederohmig abschließt. Wenn man das weiter oben gezeigte 
Filter richtig abschließt, hat es eine fast rechteckige Durchlaßkurve. 
Da spielen übrigens auch Impedanzen eine Rolle und die sind fast nie 
wirklich vorherzusagen, solange man kein Datenblatt hat.

Aber mE. ist es besser, sein Zeugs in der Bastelkiste erstmal grob 
durchzumessen um zu erkennen, ob es noch was taugt, als dazusitzen und 
auf bessere Gelegenheiten zu warten.

W.S.

von Mario H. (rf-messkopf) Benutzerseite


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W.S. schrieb:
> Von da her glaube ich nicht falsch damit zu liegen, daß ein solcher VNA
> zum Abgleich in einem echten Empfänger untauglich ist.

Das mag sein. Beliebige Sende- und Empfangsfrequenzen gibt es bei 
professionellen VNA auch nur als relativ teure Option. Einige 
Tracking-Generator-Optionen für R&S-Spektrumanalysatoren, die ich kenne, 
können das allerdings von Haus aus.

> Auch ja, aber das ist kein Thema für den versierten Amateur. Das Thema
> ist, daß sich die Filtercharakteristik z.T. dramatisch verschlechtert,
> wenn man zu niederohmig abschließt.

Ich finde es durchaus einfacher, schlicht die S-Matrix des Filters zu 
messen und ein passendes Anpassnetzwerk, das die Durchlasskurve 
optimiert, mithilfe Messdaten am Bildschirm zu entwerfen, als per Trial 
and Error Bauteile dranzulöten und zu gucken. Für letzteres braucht man 
auch keine vektorielle Messung.

> Da spielen übrigens auch Impedanzen eine Rolle und die sind fast nie
> wirklich vorherzusagen, solange man kein Datenblatt hat.

Wie schon erwähnt kann man diese Information aus der der S-Matrix 
ableiten, die einem der VNA direkt liefert. Die optimalen Impedanzen 
bzw. Anpassentzwerke kann man daraus ermitteln.

von Larry (Gast)


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> Ich finde es durchaus einfacher, schlicht die S-Matrix des Filters zu
> messen und ein passendes Anpassnetzwerk, das die Durchlasskurve
> optimiert, mithilfe Messdaten am Bildschirm zu entwerfen, als per Trial
> and Error Bauteile dranzulöten und zu gucken.

Wenn es so einfach ist, dann bitte mal eine praktische Demonstration.
Mit 2 Einstellreglern dauert es keine Minute...

von Tobias P. (hubertus)


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Larry schrieb:
> Wenn es so einfach ist, dann bitte mal eine praktische Demonstration.

es IST einfach. Die Gleichungen habe ich in meinem Link oben gepostet. 
Du misst die kompletten S-Parameter des Filters in der 50 Ohm-Welt und 
nimmst die S-Parameter in dein Rechenprogramm rein. Mit der 
Transformationsgleichung für die Portimpedanz guckst du dann, wie das 
Filter in der 60,70,80... Ohm-Welt aussieht und kannst sogar optimieren.
Da selbst Quarzfilter in der Regel symmetrisch sind, braucht man nur 
eine einzige Variable für die beiden Portimpedanzen.

> Mit 2 Einstellreglern dauert es keine Minute...

erstens dauert es bestimmt länger, zweitens musst du an beiden Potis die 
gleiche Impedanz einstellen und drittens würde ich einem Poti bei diesen 
Frequenzen nicht trauen. Poti ist für DC oder ein paar kHz. Wenn dein 
Poti für ein 10.7MHz Quarzfilter taugt, dann ist es Zufall.

von Larry (Gast)


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> zweitens musst du an beiden Potis die
> gleiche Impedanz einstellen

Eingangs- und Ausgangsanpassung sind voneinander
unabhaengig, und regelmaessig sind auch die Werte fuer
eine optimale Anpassung mit minimalem Durchlassripple
unterschiedlich.

> Poti ist für DC oder ein paar kHz

Mein D.U.T. war ein 16 MHz Quarzfilter. Da sind kleine
Trimmpotis noch hinreichend reaktanzfrei.
Und das ist kein Zufall.

Aber jeder wie er will.

von dac (Gast)


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>Ich würde gerne für eine Anwendung ein Filter aus meiner Bastelkiste
verwenden, und weiss nicht, wie ich hier messen soll.



Dafür benutze ich eine serielle Messbrücke:


NWTout  -->  Pi-Glied -6db  -->  Messobjekt  -->  Pi-Glied -6db  --> 
NWTin


Pi-Glied -6db:
http://www.sengpielaudio.com/Rechner-pads.htm
R1, R2: 150R
R3: 37R (82R und 68R parallel)


NWT oder VNA oder ähnliche Geräte.

Dran denken, die -12dB der Dämpfungsglieder rauszurechnen oder 
wegzukalibrieren!


Mit dem Aufbau kann man auch z.B. Quarze direkt vermessen.

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