Ich habe ein Filterkonzept entworfen und finde nur sehr wenig
Informationen zur Dimensionierung eines solchen Filters.
Der Hintergrund ist: Mit einem OPV soll eine größere kapazitive Last
"C1" getrieben werden. Ohne R3 C2 schwingt diese Schaltung. R3 bestimmt
die Güte des Filters.
Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum
Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann?
Etwas habe ich schon gefunden:
https://www.ti.com/lit/an/sboa244/sboa244.pdf
Jens G. schrieb:> Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich> mehr Information zum Entwurf eines solchen Aufbaus> finden kann?
Nein.
Es ist nämlich nicht klar, was Du erreichen möchtest:
Willst Du die Wirkung von C1 und R2 KOMPENSIEREN oder
möchtest Du sie gezielt als Filter AUSNUTZEN?
Jens G. schrieb:> Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum> Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann?
Stelle die Übertragungsfunktion auf und bestimme durch
Koeffizientenvergleich die Bauteilwerte. Das sind Grundlagen.
Alternativ bau das Ding in LTSpice nach und lass dir das Bode-Diagramm
ausrechnen. Dann kannst du an den Wert drehen.
Jens G. schrieb:> Etwas habe ich schon gefunden:> https://www.ti.com/lit/an/sboa244/sboa244.pdf
Von den wesentlichen Dioden ist in deiner Schaltung nichts zu sehen.
Ähnlichkeite rein zufällig?
Wolfgang schrieb:> Von den wesentlichen Dioden ist in deiner Schaltung nichts zu sehen.> Ähnlichkeite rein zufällig?
Lässt man die "wesentlichen Dioden" weg so kommt man auf meinen Aufbau.
Egon D. schrieb:> Nein.> Es ist nämlich nicht klar, was Du erreichen möchtest:> Willst Du die Wirkung von C1 und R2 KOMPENSIEREN oder> möchtest Du sie gezielt als Filter AUSNUTZEN?
Ein Filter soll es sein. Ich suche nach ähnlichen Designs um sicher zu
gehen das der Entwurf zuverlässig funktionieren wird.
Christian S. schrieb:> diesen Spezialfall dieser komischen Schaltung brauchst Du doch gar> nicht:
Ja, es ist mir bekannt. Es gibt spezielle OPV die kapazitive Lasten
treiben können. Diese sind dann schwieriger zu beschaffen, etwas teurer
und vielleicht nicht lange Zeit verfügbar. Ein Standard OPV ist mir da
lieber.
Jens G. schrieb:> Ein Filter soll es sein. Ich suche nach ähnlichen Designs um sicher zu> gehen das der Entwurf zuverlässig funktionieren wird.
Dafür musst du dir klar werden, wieviel Phasenreserve du brauchst.
Der direkt über R3 gegengekoppelte Signalanteil wird über R2, C1 in der
Phase verschoben. Zeichne einfach mal das Bode-Diagramm und guck dir die
Phasenverschiebung dort an, wo die Verstärkung unter 1 sinkt.
Lade doch mal deinen ASC-File hier hoch.
Das Rückkopplungs-Netzwerk Deines Filters gleicht dem für die bekannte
MFB-Tiefpass-Struktur (multi-feedback). Du kannst also die dafür in der
Literatur zu findenden Dimensionierungs-Hinweise nutzen.
Allerdings: Wie soll die Übertragungsfunktion (Filterfunktion) Deiner
Schaltung aussehen?
Die Schaltung hat - wie gesagt - Ähnlichkeit mit dem MFB-Tiefpass, der
aber normalerweise über (Deinen) Widerstand R1 angesteuert wird.
Dazu kommt bei Dir natürlich der Tiefpass 1. Ordnung vor dem
"+"Eingang...
Also noch mal: Wie soll die Filterfunktion aussehen?
Jens G. schrieb:> Offenbar handelt es sich um eine solche Schaltung:> https://www.aktivfilter.de/tiefpass-mit-mehrfachgegenkopplung.php
Es gibt eine gewisse ÄHNLICHKEIT -mehr aber auch nicht. Erstens ist Dein
Ausgang nicht am OPV-Ausgang und zweitens steuerst Du ja den nicht-inv.
Eingang (und zudem noch über einen Tiefpass) an.
Willst Du denn eine TP-Filerung oder eher einen Bandpass-verlauf?
Lutz V. schrieb:> Willst Du denn eine TP-Filterung oder eher einen Bandpass-verlauf?
Dieser Entwurf ist ein TP-Filter 3-er Ordnung. Am Ausgang muss es einen
Kondensator geben.
Jens G. schrieb:> Dieser Entwurf ist ein TP-Filter 3-er Ordnung. Am Ausgang muss es einen> Kondensator geben.
Kein "reiner" Tiefpass. Es ist eine Überlagerung von Tief- und Bandpass
mit einem Zähler (1+K*s) und einem Nenner 3. ordnung.
Jens G. schrieb:> Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum> Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann?
Wenn du die Stabilität des Verstärkers über das Bode-Diagramm beurteilen
willst, solltest du überflüssige Schaltungsteile raus lassen. C3 und R4
spielen dafür keine Rolle. Ohne die siehst du den reinen Frequenzgang
des Ops mit seiner Gegenkopplung und Last. Der Überschwinger bei der
Rechteckansteuerung ergibt sich dann aus der Phasenreserve bei 0dB
Verstärkung. Bei 180° schwingt's.
Jens G. schrieb:> Gibt es einen Auskenner, der mir sagen kann wo ich mehr Information zum> Entwurf eines solchen Aufbaus finden kann?
Eine konkrete Antwort auf diese Frage - ohne allgemeines Geschwafel -
ist nur dann möglich, wenn man weiß, was der Entwurf leisten soll. Also:
Welche Durchlass- bzw. Dämpfungsforderungen das Filter erfüllen soll.
Beispiel für überflüssige bzw. nichtssagende Aussagen ("Geschwafel"):
"Die Rückführung R3 C2 war notwendig, weil es ohne diese Maßnahme
geschwungen hat."
Ohne R3-C2 hättest Du gar keine Rückführung - also, was bringt diese
Aussage?
Lutz V. schrieb:> Ohne R3-C2 hättest Du gar keine Rückführung - also, was bringt diese> Aussage?
genauer gesagt - ohne R3 - lasse ich R3 weg dann nehme ich einen Draht
(0 Ohm). Der Entwurf ist grundsätzlich mal ein Spannungsfolger. Bei
kapazitiver Last hat es leider geschwungen.
Vielleicht gibt es Literatur zu diesem Entwurf?
Jens G. schrieb:> In diesem Buch von Texas Instruments kann ich meinen Schaltungsetwurf> leider nicht finden.
Das wundert mich nicht - wie ich schon sagte, das ist auch keine der
bekannten Filterschaltungen. Vor allem auch deshalb nicht, weil es kein
OPV-Ausgang hat.
Ich selber hab ein Filterbuch geschrieben - so eine Schaltung hab ich
noch nie gesehen.
Jens G. schrieb:> Das schwingt nichts.
Schwingen tut's natürlich nur, wenn der zur Erhöhung der Phasenreserve
eingebaute R2 ganz weggelassen oder kleiner als ca. 7Ω wird.
Jens, dein Filter ist kein Tiefpass 3. Ordnung, nur 2., das sieht man
doch sofort am Phasengang, der geht nur bis 180°.
Mit dem gleichen Aufwand kann man einen echten TP 3.Ordnung bauen, der
auch die 100nF am Ausgang hat. Im Anhang mal ein Vergleich dazu, grün
ist die obere Schaltung, rot deine.
Besten Dank für die Antworten. Das obere Schaltbild wird gerne
vorgeschlagen. Sie hat aber den Nachteil, das die Ausgangsspannung vom
Lastwiderstand abhängig ist.
Die Antworten zeigen mir aber. Das der verwendete Schaltungsaufbau ein
gangbarer Weg ist. Die Ausgangspannung soll unabängig vom Lastwiderstand
sein und ein Tiefpass 2, Ordnung ist ausreichend. --> also das untere
Schaltbild.
Besten Dank für die Hilfe und die guten Bilder zum Thema.
Jens G. schrieb:> Sie hat aber den Nachteil, das die Ausgangsspannung vom> Lastwiderstand abhängig ist.
Das ist sie in solchen Schaltungen meist. Für ein sauberes Design wird
man da Buffer vorsehen müssen. Natürlich kann man auch mit viel Mühe
ohne Buffer weiterkommen....einen Nachteil kann ich nicht erkennen.
Gruß Rainer
Jens G. schrieb:> Die Ausgangspannung soll unabängig vom Lastwiderstand sein
Soll die unterhalb der Grenzfrequenz auch frequenzunabhängig sein? Falls
ja, brauchst du wohl einen anderen OPV. Der TLV171 hat nur eine
lächerlich kleine SlewRate von 1,5V/µs. Der ist bei 100kHz nichtmal bis
1Veff aussteuerbar.
Elliot schrieb:> Soll die unterhalb der Grenzfrequenz auch frequenzunabhängig sein? Falls> ja, brauchst du wohl einen anderen OPV. Der TLV171 hat nur eine> lächerlich kleine SlewRate von 1,5V/µs. Der ist bei 100kHz nichtmal bis> 1Veff aussteuerbar.
100nF am Ausgang und ein treibender Strom von 25mA erzeugt eine SlewRate
von etwa 0,25V/µs. Die 100nF (wegen EMV) und der treibende Strom
(Platzbedarf auf der Leitplatte) sind technische Vorgaben.
Am Eingang ist ein DAC (12bit bei 400kHz SPI-Bus). Mehr als eine
Eingangsfrequenz von 10kHz wird es da nicht geben.
Im Original wurde der 100nF Kondensator direkt an den Ausgang des OPV
geklemmt. 3 zusätzliche Bauelemente (R2 R3 C2) sollen nun eine
Schwingneigung (56kHz bei 250mV Vpp) verhindern.
Die Ausgangsspannung darf sich durch unterschiedliche Lastwiderstände
nicht verändern. So gesehen habe ich durch professioneller Hilfe eine
Bestätigung der Schaltungstopologie.
Lutz V. schrieb:> Ich selber hab ein Filterbuch geschrieben - so eine Schaltung hab ich> noch nie gesehen.
Genau das war der Grund, weshalb ich diesen Entwurf hier veröffentlicht
habe. Ich habe im Internet diesen Entwurf nahezu nicht gefunden.
Rainer V. schrieb:> Jens G. schrieb:>> Sie hat aber den Nachteil, das die Ausgangsspannung vom>> Lastwiderstand abhängig ist.>> Das ist sie in solchen Schaltungen meist. Für ein sauberes Design wird> man da Buffer vorsehen müssen. Natürlich kann man auch mit viel Mühe> ohne Buffer weiterkommen....einen Nachteil kann ich nicht erkennen.> Gruß Rainer
Der Entwurf oben ist ein Buffer. Am Ausgang (100nF) wird eine Leitung
von etwa 2m Länge sein.
Jens G. schrieb:> Bestätigung der Schaltungstopologie
Das ist die altbekannte Schaltung, die zur Stabilisierung der Schaltung
bei kapazitiven Lasten an OPV-Ausgängen in z.B. Konstantstromquellen
oder elektronischen Lasten mit Power-Mosfets als Leistungssteller
verwendet wird.
Bildquelle: Tietze/Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik
Jens G. schrieb:> Am Ausgang (100nF) wird eine Leitung von etwa 2m Länge sein.
Vielleicht habe ich die Antwort überlesen, aber ich frage trotzdem: Die
100 nF sind nicht die angenommen Lastkapazität durch 2 m Kabel? 2 m
Kabel wären eher 100 pF - oder 100 nF 2 km Kabel.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Vielleicht habe ich die Antwort überlesen, ...Jens G. schrieb:> Die 100nF (wegen EMV) und der treibende Strom> (Platzbedarf auf der Leitplatte) sind technische Vorgaben.
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Jens G. schrieb:>> Am Ausgang (100nF) wird eine Leitung von etwa 2m Länge sein.> Vielleicht habe ich die Antwort überlesen, aber ich frage trotzdem: Die> 100 nF sind nicht die angenommen Lastkapazität durch 2 m Kabel? 2 m> Kabel wären eher 100 pF - oder 100 nF 2 km Kabel.
Nein, Nein. Die 100nF sind Teil der Schaltung. Diese Kapazität sorgt für
einen niederohmigen Widerstand die bei einer hochfrequenten Störung auf
eine Leitung kommen "könnten". Diese Spannung, +/-10V, ist Teil eines
Regelkreises.
Elliot schrieb:> Jens G. schrieb:>> Bestätigung der Schaltungstopologie>> Das ist die altbekannte Schaltung, die zur Stabilisierung der Schaltung> bei kapazitiven Lasten an OPV-Ausgängen in z.B. Konstantstromquellen> oder elektronischen Lasten mit Power-Mosfets als Leistungssteller> verwendet wird.>> Bildquelle: Tietze/Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik
Besten Dank für dieses Bild. Es zeigt mir, das ich auf dem richtigen Weg
bin.
P.S. Bei mir liegt es schon länger zurück, das ich mich mit
Analogtechnik beschäftigen "musste". Der Tietze/Schenk
Halbleiter-Schaltungstechnik ist leider nicht mehr ein Teil in meinem
Bücherregal.
Besten Dank für eure Zeit - es hilft mir sehr weiter.
Jens G. schrieb:> Die 100nF sind Teil der Schaltung. Diese Kapazität sorgt für> einen niederohmigen Widerstand die bei einer hochfrequenten Störung auf> eine Leitung kommen "könnten".
Sorry, aber das kann ich nicht nachvollziehen. Wenn der TP diese Störung
nicht unterdrückt, wer dann? Die 100nF bestimmt nicht...in übrigen sehe
ich keinen Vorteil dieser Schaltung gegenüber anderen Topologien...ok,
wenig Bauteile, aber doch etwas kritisch in der Funktion. Aber solange
der TO nicht sagt, welches Signal er tatsächlich nach dem TP erwartet,
wird das wieder das übliche Rätselraten.
Gruß Rainer
Rainer V. schrieb:> Jens G. schrieb:>> Die 100nF sind Teil der Schaltung. Diese Kapazität sorgt für>> einen niederohmigen Widerstand die bei einer hochfrequenten Störung auf>> eine Leitung kommen "könnten".>> Sorry, aber das kann ich nicht nachvollziehen. Wenn der TP diese Störung> nicht unterdrückt, wer dann? Die 100nF bestimmt nicht...in übrigen sehe> ich keinen Vorteil dieser Schaltung gegenüber anderen Topologien...ok,> wenig Bauteile, aber doch etwas kritisch in der Funktion. Aber solange> der TO nicht sagt, welches Signal er tatsächlich nach dem TP erwartet,> wird das wieder das übliche Rätselraten.> Gruß Rainer
In welchem Kontext diese Schaltung verwendet wird war nicht Teil der
Frage vom Anfang. Ein OPV sollte eine Kapazität treiben. Was von der
Funktion her ein Tiefpass ist. Die Fragen sind ausreichend beantwortet.
Besten Dank für die Antworten -- Ende
Jens G. schrieb:> Ein OPV sollte eine Kapazität treiben. Was von der> Funktion her ein Tiefpass ist
Sorry, aber der Titel sprach von einem TP 3-ter Ordnung, an den du
diesen 100nF Kondensator drangehängt hast und (zu Recht) festgestellt
hast, dass das der OP gar nicht mag. Nun scheint es aber doch zu
gehen...good for you...
Gruß Rainer
Jens G. schrieb:> Ich habe ein Filterkonzept entworfen und finde nur sehr wenig> Informationen zur Dimensionierung eines solchen Filters.
Klar, wenn Du was Eigenes entworfen hast, dann findet man dazu auch
keine Beschreibung. Wie Du bei Deinem Entwurf auf 3. Ordnung kommst kann
ich nicht nachvollziehen. Es gibt doch Schaltungen, warum was eigenes
erfinden? Wenn man zwei 6 dB Filter hintereinander schaltet gibt das
noch lange kein optimales 12 dB Filter. Schau Dir mal die Filtertypen
Bessel, Butterworth und Tschebyscheff an. Die unterscheiden sich nur in
den Koeffizienten der RC-Komponennten und haben unterschiedliche
Eigenschaften.
Jens G. schrieb:> Der Hintergrund ist: Mit einem OPV soll eine größere kapazitive Last> "C1" getrieben werden. Ohne R3 C2 schwingt diese Schaltung.
Dafür gibt es auch ICs: Cap Load Limit Unlimited
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm8261.pdfhttps://www.reichelt.de/operationsverstaerker-1-fach-sot-23-5-lm-8261-m5-p187814.html?search=lm8261
Er kostet zwar gut 3€, dafür ist er aber richtig gut.
Aber auch der Vorschlag von Elliot, LeadKompensation, kann u.U. auch
schon helfen. Du hast ja LTspice.
mfg klaus
Den 100nF-C parallel zur Last kenne ich nur von Lautsprecherverstärkern
https://de.wikipedia.org/wiki/Snubber#Verwendung
Da steht aber, dass dieses Boucherot-Glied oder Snubber zur Kompensation
induktiver Last dient.
"dass der Verstärker an der induktiv-komplexen Last einer
Lautsprecherbox stabil arbeitet und keine sogenannten „wilden“
Schwingungen ausführt. "
Wolfgang schrieb:> Stelle die Übertragungsfunktion auf und bestimme durch> Koeffizientenvergleich die Bauteilwerte. Das sind Grundlagen.> Alternativ bau das Ding in LTSpice nach und lass dir das Bode-Diagramm> ausrechnen. Dann kannst du an den Wert drehen.
Bei der Aussage .. "Das sind Grundlagen." war ich etwas überfordert.
Weshalb ich den Thread ja hier auch gestartet habe.
Praktische Messungen am "lebenden Objekt" ersetzen da viel Theorie um
diese Dinge.
Im Original wird der MIC6211 verwendet.
Durch den Tiefpass am Eingang kann der Treiber die kapacitive Last
mühelos treiben. Bei Ue 10Vpp ergibt sich ein Ipeak von maximal +/-20mA.
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