Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sallen Key HPF -12dB/Oct mit Cutoff & Reso


von Shru U. (shruuti)


Lesenswert?

Hi :D

Ich möchte gerne einen Filter wie im Betreff genannt bauen.
Die Überlegung wäre ein SK mit 2 fixen Kondensatoren.
Mit einem 4-Pol potentiometer wäre es kein Problem den Filter mit einem 
cutoff poti auszustatten, dass die Grenzfrequenz bei gleichbleibenden Q 
verschiebt. Ich hätte allerdings auch gerne einen Resonanzregler, 
welcher sozusagen bei vorgegebener fg nur das Q ändert.
Ich komme bisher nur auf digitalpotis und digitales Interface für diese. 
Das erscheint mir aber ziemlich overkill bzw. frage ich mich, ob es denn 
dafür nicht eine rein analoge Lösung gibt bzw eine „einfachere“, 
„elegantere“.

Vielleicht hat sich der eine oder andere ja mal die selbe Frage gestellt 
:)

Lg Shru Uti

von Dergute W. (derguteweka)


Lesenswert?

Moin,

Nimm kein Sallen/Key sondern ein State variable filter.

Gruss
WK

von Shru U. (shruuti)


Lesenswert?

Danke Bratan!
Das klingt nach dem was ich gesucht habe 😳

von Lutz V. (lvw)


Lesenswert?

Shru U. schrieb:
> Danke Bratan!
> Das klingt nach dem was ich gesucht habe 😳

Klingt so? Dann musst Du Dir aber mal die Dimensionierungs-Formeln 
ansehen.
Sooo selbstverständlich ist die simple Ein-Element-Steuerung dabei 
nämlich nicht.
Es gibt mehrere Varianten für diese auf Integratoren basierenden 
Zustands-Variablen-Strukturen. An welche denkst Du denn?

von Lutz V. (lvw)


Lesenswert?

Ich hab mal etwas nachgedacht und in relevanten Büchern gesucht:
Also, mit den Zustands-Variablen-Strukturen wirst Du keinen Erfolg 
haben.
Es gibt aber spezielle HP-Strukturen (mit 2 OPVs), bei den die 
Polfrequenz mit einem Widerstand durchgestimmt werden kann - bei 
unveränderter Polgüte (Dämpfung), also ohne die Form der Durchlasskurve 
zu ändern.

von Shru U. (shruuti)


Lesenswert?

Ich lese mich zu den SVFs gerade selbst noch ein :)
Deine Recherche macht mich neugierig, hast du da mehr Infos zu deiner 
entdeckten Schaltung ?

Lg Shru

von Lutz V. (lvw)


Lesenswert?

Shru U. schrieb:
> Ich lese mich zu den SVFs gerade selbst noch ein :)
> Deine Recherche macht mich neugierig, hast du da mehr Infos zu deiner
> entdeckten Schaltung ?
>
> Lg Shru

Generell ist es nicht einfach, Schaltungen für Filter (und auch 
Oszillatoren) zu finden, bei denen man die interessierende Frequenz 
(Polfrequenz) variieren kann, ohne die anderen Eigenschaften 
(Filter-Charakteristik, Polgüte, Schwingbedingung) zu beeinflussen. Ich 
will mal versuchen, die Schaltung abzufotografieren der neu zu 
skizzieren.
PS: Bei den klassischen SVFs muss man immer (wie auch bei allen anderen 
klassischen Aktiv-Filtern) zwei Parameter zugleich durchstimmen, um die 
oben angesprochene Unabhängigkeit zu ermöglichen. Mir ist nicht ganz 
klar - war das Dein Hauptanliegen?

PS: Ich kann die Schaltung auch ganz gut in Worten beschreiben.
* Du kennst wahrscheinlich die klassische Sallen-Key-Struktur für den 
Hochpass mit zwei seriellen Kapazitäten und einem geerdeten R (vor dem 
positiven OPV-Eingang) und einem Rückkoppulngs-Widerstand. Der dabei 
eingesetzte OPV hat den positiven Verstärkungswert +V1 (manchmal V1=+1).

* Schaltungserweiterung: An den Ausgang des OPV wird eine invertierende 
OPV-Schaltung (-V2) angeschlossen, deren Ausgang über einen dritten 
Kondensator auf den gleichen Knoten zurückgeführt wird, an dem schon der 
Rückkopplungswiderstand der Original-Sallen-Key-Stufe angeschlossen ist. 
Man kann sicher erwarten, dass die 3 Kondensatoren und die beiden 
endlichen Verstärkungswerte bestimmte Abstimmumgsbedingungen erfüllen 
müssen, um die Tuning-Bedingungen zu erfüllen. Das müsste man der 
Übertragungsfunktion entnehmen können.

* Das ist alles. Die Übertragungsfunktion ist in dem Buch nicht 
angegeben ("Active Network Design with Signal Filtering Applications", 
Chap. "Tunable Highpass Filters", von Claude S. Lndquist).

: Bearbeitet durch User
von Rainer V. (a_zip)


Lesenswert?

Lutz V. schrieb:
> Also, mit den Zustands-Variablen-Strukturen wirst Du keinen Erfolg
> haben.

Das ist Blödsinn. Wenn, dann gerade State-Variable-Filter...man muß die 
natürlich verstehen...Mit einem State-Variable-Filter kannst du alle 
Filterparameter separat einstellen und hast außerdem HP, TP und BP 
zugleich. Mit einem weitern OP kannst du auch noch ein hochwertiges 
T-Filter realisieren. Ich gebe zu, dass Literatur dazu nicht einfach zu 
finden ist und State-Variable-Filter höherer Ordnung sind noch mal eine 
Liga. Aber warum versteifst du dich auf SK-Filter?? Bei TI gibts 
Online-Filter-Tools, wo du erst mal schauen kannst, was es gibt und was 
du wirklich brauchst! Viel Spass...
Gruß Rainer

von Lutz V. (lvw)


Lesenswert?

Rainer V. schrieb:
> Lutz V. schrieb:
>> Also, mit den Zustands-Variablen-Strukturen wirst Du keinen Erfolg
>> haben.
>
> Das ist Blödsinn. Wenn, dann gerade State-Variable-Filter...man muß die
> natürlich verstehen...Mit einem State-Variable-Filter kannst du alle
> Filterparameter separat einstellen und hast außerdem HP, TP und BP
> zugleich.

Mein Gott - kannst Du nicht mal sachlich werden bzw. bleiben? Wenn Du 
mit etwas nicht einverstanden bist oder es nicht verstehst, musst Du 
doch nicht gleich schon wieder von "Blödsinn" reden..
Ich kenn mich schon mit den SVFs aus - sogar mit Varianten, von denen Du 
noch nie was gehört hast....der Fragesteller hat doch nichts davon, wenn 
er HP, TP und BP zugleich zur Verfügung hat. Das war doch gar nicht sein 
Problem - lies Dir doch noch mal seinen ersten Beitrag durch.
Er sucht - soweit ich sein Problem verstanden habe - ein 
Hochpass-Filter, bei dem er die Grenzfrequenz durch Tuning eines Wertes 
verändern kann, ohne die Polgüte zu beeinflussen.
Und Du meinst also, das ginge mit SVF? Dann zeig uns das mal!
Ach ja - was Du mit "State-Variable-Filter" höherer Ordnung meinst, wird 
wohl ewig Dein Geheimnis bleiben....kannst Du mir mal eines zeigen?

: Bearbeitet durch User
von Rainer V. (a_zip)


Lesenswert?

Shru U. schrieb:
> Ich lese mich zu den SVFs gerade selbst noch ein :)
> Deine Recherche macht mich neugierig, hast du da mehr Infos zu deiner
> entdeckten Schaltung ?
>
> Lg Shru

Ja, dann mach mal...gutes Werk ist Williams/Taylor 'Electronic Filter 
Design Handbook'. Ich will damit nicht angeben...aber Kunst kommt von 
Können...if you see what I mean!

Lutz V. schrieb:
> Ich kenn mich schon mit den SVFs aus - sogar mit Varianten, von denen Du
> noch nie was gehört hast...

Weist du, ich kenne das vom Kickern! (Ist aber sonst sicher auch Usus) 
große Klappe und dann trübe Verzweiflung. Wenn du nicht "ziehen oder 
drücken oder beides beliebig" kannst, dann sitzt du auf dem Klo!! Sorry, 
regt mich manchmal doch auf..."Varianten, von denen ich noch nichts 
gehört habe"
Gruß Rainer

von Rainer V. (a_zip)


Lesenswert?

Rainer V. schrieb:
> "Varianten, von denen ich noch nichts
> gehört habe"

Ja, kann mich wirklich auf den Baum bringen...Sorry

von Dergute W. (derguteweka)


Lesenswert?

Moin,

Neben der natuerlich immer wichtigen Frage, ob Seattle Karate besser ist 
als L.A. Karate oder nicht, waere vielleicht noch interressant, worauf 
es denn dem Filtererbauer tatsaechlich ankommt:
a.) Die Filtergrenzfrequenz mit nur einem 2 poligen Bauteil (einfaches 
Poti) durchstimmen zu koennen.
b.) Unabhaengig voneinander Filtergrenzfrequenz (z.b. mittels eines 
Stereopotis) und Guete (mit einem anderen Poti) einstellen zu koennen.
c.) irgendwas ganz anderes...

Gruss
WK

: Bearbeitet durch User
von Lutz V. (lvw)


Lesenswert?

Rainer V. schrieb:
>
> Weist du, ich kenne das vom Kickern! (Ist aber sonst sicher auch Usus)
> große Klappe und dann trübe Verzweiflung. Wenn du nicht "ziehen oder
> drücken oder beides beliebig" kannst, dann sitzt du auf dem Klo!! Sorry,
> regt mich manchmal doch auf..."Varianten, von denen ich noch nichts
> gehört habe"
> Gruß Rainer

Liest sich ja alles toll und unheimlich originell - nur der Fragesteller 
hat nicht sehr viel davon. Wie wäre es denn mal mit einem 
technisch-sachlichen Beitrag, der einfach begründen kann, wieso meine 
Aussage "Blödsinn" ist? Wird Dir als Filter-Fachmann doch nicht 
schwerfallen...

von Lutz V. (lvw)


Lesenswert?

Dergute W. schrieb:
> ....... waere vielleicht noch interressant, worauf
> es denn dem Filtererbauer tatsaechlich ankommt:
> a.) Die Filtergrenzfrequenz mit nur einem 2 poligen Bauteil (einfaches
> Poti) durchstimmen zu koennen.
> b.) Unabhaengig voneinander Filtergrenzfrequenz (z.b. mittels eines
> Stereopotis) und Guete (mit einem anderen Poti) einstellen zu koennen.
> c.) irgendwas ganz anderes...

Ja - genau DAS ist nämlich das Problem, welches der Fragesteller hat. 
Und es ist nun mal leider so, dass alle "klassischen" Filter-Strukturen 
(S&K, Zweifach-GK, GIC-Stufen und eben auch State-Variable /SVF) diese 
Unabhängigkeit beim Durchstimmem entweder nicht besitzen oder es müssen 
zwei Widerstände/Kapazitäten parallel durchgestimmt werden.
Man muss schon auf ganz spezielle Strukturen zurückgreifen, um mit einem 
Bauteil dieses bewerkstelligen zu können.
Eine Möglichkeit dafür hab ich zuvor ja angesprochen und beschrieben.

von Helmut L. (helmi1)


Lesenswert?

Lutz V. schrieb:
> Generell ist es nicht einfach, Schaltungen für Filter (und auch
> Oszillatoren) zu finden, bei denen man die interessierende Frequenz
> (Polfrequenz) variieren kann, ohne die anderen Eigenschaften
> (Filter-Charakteristik, Polgüte, Schwingbedingung) zu beeinflussen. Ich
> will mal versuchen, die Schaltung abzufotografieren der neu zu
> skizzieren.

Man muss nur wissen wo:

https://www.springer.com/de/book/9783540717379

Er beschreibt die ganzen Filter sehr ausfuehrlich mit herleitung der 
Formeln.

von Lutz V. (lvw)


Lesenswert?

Helmut L. schrieb:

> Man muss nur wissen wo:
>
> https://www.springer.com/de/book/9783540717379
>
> Er beschreibt die ganzen Filter sehr ausfuehrlich mit herleitung der
> Formeln.

Danke für die (ungewollte) Reklame, aber für das ganz spezielle Problem 
des Fragestellers ist darin auch nichts zu finden....

: Bearbeitet durch User
von Helmut L. (helmi1)


Lesenswert?

Lutz V. schrieb:
> Danke für die (ungewollte) Reklame, aber für das ganz spezielle Problem
> des Fragestellers ist darin auch nichts zu finden....

Habe ich doch gerne fuer dich gemacht, habe dein Buch seit einigen 
Jahren schon.

von Ralph B. (rberres)


Lesenswert?

Ich empfehle das aktive Filter Kochbuch von Don Lancaster.
ISBN 3-88322-007-8 aus dem IWT Verlag. Das Buch ist sogar in Deutsch.

Dort sind neben den Sallen&Keys Filter auch zustandsvariable Filter als 
auch biquadratische Filter beschrieben.

Undzwar sowohl die mathematische Herleitung , als auch für den nicht so 
mathematisch vorbelasteten Hobbyisten Dimensionierungsregeln, welche 
ebenso zum Ziel führen.

Weiterhin wurde in dem Buch Handbuch der Audio-Schaltungstechnik Autor 
Skritek Franzis Verlag ISBN 3-7723-8731-4 auf Seite 177 ein Filter knapp 
beschrieben, bei welche man Güte Mittenfrequenz unabhängig voneinander 
einstellen kann.

Ralph Berres

von Rainer V. (a_zip)


Lesenswert?

Lutz V. schrieb:
> aber für das ganz spezielle Problem
> des Fragestellers ist darin auch nichts zu finden....

Es ist halt insofern ein spezielles Problem, als wie schon gesagt wurde, 
normalerweise immer mehrere Komponenten eines Filters gleichzeitig 
geändert werden müssen. Auch bei Oszillatoren z.B. wird mit ganz 
speziellen Schaltungen die Frequenzeinstellung mit nur einem Poti 
realisiert. Und auch dabei muß man sehen, was für Kompromisse einzugehen 
sind. Deshalb schlage ich vor, den TO erst mal die Literatur sichten zu 
lassen. Zur Zeit wird es ihn kaum interessieren, wenn wir "Spezialisten" 
uns gegenseitig vorführen. Ich warte also auf weitere Fragen des TO...
Gruß Rainer

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.