Nichtidealitäten im RC Tiefpass 2ter Ordnung

[memristor (Gast)]

Hallo miteinander

Ich möchte ein analoges Signal bei 20kHz verarbeiten habe aber 
festgestellt, dass ich am Eingang meines Sensors ca. 2mVpeak bis 5mVpeak 
Spannungspulse von einem Tiefsetzsteller auflese. Die Pulse schwingen 
mit ca. 4MHz und ich wollte Sie daher mit einem Tiefpass um ca. 60dB 
reduzieren.

Ich habe daher zweimal die Schaltung in "passive_filter_2.asc" 
zusammengelötet und an den Eingang meines Verstärkers geschaltet, dies 
hat die Schwingungen am Ausgang aber nicht um 60dB reduziert.

Mit einem billigen Netzwerkanalyzer stellte ich fest, dass die Dämpfung 
bei der Stripboardschaltung (measurement_1.png) bei ca. 100kHz aufhöhrt 
und bei der punkt-zu-punkt-gelöteten Schaltung bei etwa über 300kHz. 
Meine Vermutung ist daher, dass der Effekt vor allem von den 
Teilkapazitäten herrührt, die bei der Punkt-Zu-Punkt-Schaltung etwas 
geringer ausfallen?

Zuletzt wollte ich noch fragen, ob ihr denkt, dass das Layout des RC 
Filters in "pcb_layout.png" für diesen Fall ok ist. Der doppelte RC 
Filter wird von R1, R2, C2 und C12 gebildet. Das Nutzsignal (eigtl. sind 
es zwei Sensoren in Serie geschaltet) kommt via BNC Buchse in eine 
Aluminium Box und dann via verdrilltes Litzenpaar auf die Pinstecker so 
ähnlich wie in diesem Bild hier:

https://physicsopenlab.org/wp-content/uploads/2016/10/JCan-Top.jpg

[Gerald K. (geku)]

memristor schrieb:
> Zuletzt wollte ich noch fragen, ob ihr denkt, dass das Layout des RC
> Filters in "pcb_layout.png" für diesen Fall ok ist.

Ich würde C2 und C12 im Uhrzeigersinn drehen, sodass C2 // zu R1 und C12 
// zu R2 ist. So würde die Schaltung kompakter werden.

[memristor (Gast)]

Gerald K. schrieb:
> memristor schrieb:
>> Zuletzt wollte ich noch fragen, ob ihr denkt, dass das Layout des RC
>> Filters in "pcb_layout.png" für diesen Fall ok ist.
>
> Ich würde C2 und C12 im Uhrzeigersinn drehen, sodass C2 // zu R1 und C12
> // zu R2 ist. So würden die Schaltung kompakter werden.

Vielen Dank für die Antwort. Die Dämpfung des Filters sollte aber schon 
bis ca. 10MHz "funktionieren", e.g. die Verstärkung sollte um 
-40dB/Dekade bis ca. 10MHz fallen so dass ich die -60dB bei über einem 
Megaherz bekomme?

Ich frage mich im Moment nur ob ein ähnlicher Effekt wie in den 
Testschaltungen auftauchen könnte und die Dämpfung irgendwo im 100kHz 
Bereich aufhöhrt?

[Gerald K. (geku)]

Welche Grenzfrequenz haben beide RC Filter?

[memristor (Gast)]

Gerald K. schrieb:
> Welche Grenzfrequenz haben beide RC Filter?

Die Komponentenwerte sind so gewählt dass beide Pole des Filters bei ca. 
25kHz liegen, d.h. bei 25kHz beträgt die Dämpfung -6dB.

[Gerald K. (geku)]

Bei einem RC Tiefpass nimmt die Dämpfung ab der Grenzfrequenz um 20dB je 
Verzehnfachung der Frquenz zu. Bei 25kHz Grenzfrequenz sind es bei 
250kHz 20dB, beim 2,5MHz 40dB ...

Die Grenzfrequenz liegt üblicherweise bei 3dB.

Achtung: die Dämpfung in der Schaltung hängt natürlich auch von Quell 
und Lastimpedanz ab.

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

memristor schrieb:
> Mit einem billigen Netzwerkanalyzer stellte ich fest, dass die Dämpfung
> bei der Stripboardschaltung (measurement_1.png) bei ca. 100kHz aufhöhrt
> und bei der punkt-zu-punkt-gelöteten Schaltung bei etwa über 300kHz.
> Meine Vermutung ist daher, dass der Effekt vor allem von den
> Teilkapazitäten herrührt
Der Effekt kommt vermutlich von der durchgehenden Massefläche.
Denn der Eingang koppelt da einfach drauf und dann irgendwo irgendwie 
wieder zurück in die Schaltung. Es ist nie eine gute Idee, bei einer 
kritischen Schaltung die Masse einfach gedankenlos zu fluten.

memristor schrieb:
> habe aber festgestellt, dass ich am Eingang meines Sensors ca. 2mVpeak
> bis 5mVpeak Spannungspulse von einem Tiefsetzsteller auflese.
Wie hast du das festgestellt? Mit dem Oszi? Wie hast du da die 
Messklemme angeschlossen? Ist dir das Hilfsmittel "Massefeder" bekannt? 
Siehe z.B. bei Oszilloskop unter "Tastköpfe richtig benutzen".

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Hallo,

nützlich ist bei solcher Analogtechnik immer eine eindeutige und am 
besten sternförmige Masseführung. Zusätzlich kann man noch die einzelnen 
Stufen der Signalverarbeitung mittels blecherner Kammern voneinander 
trennen, wenn es auf hohe Übersprechdämpfung ankommt. Sollten die 
Kapazitäten zu niedrige Resonanzfrequenzen aufgrund ihrer parasitären 
Induktivität aufweisen, kann man noch zusätzlich kleinere keramische 
Kondensatoren parallel schalten, wenn auch die Verluste ertwas 
ansteigen.


mfG