Bandpassfilterschaltung

[Luka (Gast)]

Servus Zusammen,

ich habe eine ganz normale passive Bandpassfilterschaltung (s.Anhang) 
gebaut mit den Widerständen R1=10kOhm und R2=10kOh für den Bereich 
37-43kHz. Somit bekomme ich für C1=43nF und C2=37nF rausbekomme. Die 
Filterschaltung brauche ich für meine Ultraschallmessung mit 
MEMS-Mikrofonen (Sendesignal 40kHz von Piezo). Zuerst will ich die 
Schaltung mit dem Frequenzgenerator und habe 10V rein gegeben und 
bekomme nur ein sehr schwaches Signal mit 400mV Peak to Peak raus. Liegt 
das nur an der Dämpfung der Filterschaltung oder muss ich zb andere 
Größen für die Widerstände nehmen?
Vielen Dank für jede Hilfe.

LG

[Michael M. (michaelm)]

Wie hast du die Grenzfrequenzen berechnet? Ich fürchte, dass du eine 
falsche Formel genommen hast... :-(

[Mario M. (thelonging)]

Dafür dass die Mittenfrequenz bei 400Hz liegt, kommt noch genug heraus. 
😂

[Luka (Gast)]

Mit der Formel
f=1/(2pi*R*C)
bzw.
C=1/(2pi*R*f)

für f dann jeweils die 37kHz und 43kHz eingesetzt.

[Michael M. (michaelm)]

OK, richtige Formel. Dann rechne nochmals... ;-)

[WS (Gast)]

https://www.elektroniktutor.de/analogtechnik/rc_pass.html

[Anselm (Gast)]

37kHz = 430nF
43kHz = 370nF
Demnach hast du einen Potenzfehler ^^

[Michael M. (michaelm)]

Anselm schrieb:
> Demnach hast du einen Potenzfehler ^^
..und du erst recht...:-D

[WS (Gast)]

37kHz -> 430pF
43kHz -> 370pF

[WS (Gast)]

1e-9  -> nano
1e-12 -> pico

[Luka (Gast)]

ja hab die falschen Werte durch die ''richtigen'' ersetzt und jetzt 
funktioniert nichts mehr xD
Hat jemand vllt ne fertige Schaltung passend zu den Anforderungen?

[Michael M. (michaelm)]

Welches sind nun deine "richtigen" Werte, nachdem du noch einmal 
gerechnet hast? Ich meine dami:, Du sollst verstehen, wo der Fehler 
lag, nicht wir. ;-)

"WS" hat oben einen Link gesetzt; es könnte sein, dass es lohnenswert 
ist, da mal reinzuschauen und ein wenig zu lesen...

[HST (Gast)]

So einfach ist das Ganze sowieso nicht, da der Frequenzgang stark von 
den Abschlusswiderständen abhängig ist (oben gar nicht definiert). Hab's 
mal mit den "richtigen" Werten simuliert. Nur bei RQ=RL=10kOhm sieht's 
ok aus.

[Michael M. (michaelm)]

OT: Moin Horst; ich hoffe Alles OK und gesund? OT off

[HST (Gast)]

Moin Michael,
jupp, das alte Gebälk ist noch gut in Schuss...

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Wenn das alles eher theoretisch gestaltet ist, dann wuerd' ich ein 
Wienglied hernehmen, da kann man dann den Parallelwiderstand z.b. durch 
den Eingangswiderstand der naechsten Stufe bilden lassen. Macht aber 
fast 10dB Daempfung im Durchlass.
Daher wuerd' ich, sollte ich das praktisch aufbauen wollen, mit aktiven 
Bandpaessen arbeiten.

Gruss
WK

[Benj (Gast)]

Luka schrieb:
> Hat jemand vllt ne fertige Schaltung passend zu den Anforderungen?

https://rf-tools.com/lc-filter/


Was sind denn konkret die Anforderungen?
Obere/Untere Frequenzgrenze?
Wieviel Sperrdämpfung ist wo erforderlich?
Wieviel Durchlassdämpfung ist erlaubt? Wieviel Welligkeit?
Impedanzen?

[Josef L. (Gast)]

Was soll das für ein MEMS-Mikrofon zum Empfang sein? Doch wohl ein 
analoges wie
https://www.reichelt.de/de/de/mems-mikrofon-64db-80-khz-1-52-3-6-v-rhlga-5-imp23absu-p312510.html
wenn da schon ein Analogfilter dahinter angehängt werden soll. Im 
Datenblatt bei Reichelt ist eine Testschaltung mit Opamp angegeben - da 
würde ich sowieso gleich ein Aktivfilter einplanen.
Das Mikro bei Reichelt benötigt 15 kOhm Abschlusswiderstand, da 
erscheinen die 10 kOhm nicht verkehrt, wenn die nicht vom Himmel 
gefallen sind.

[Klaus R. (klara)]

Luka schrieb:
> Servus Zusammen,
>
> Zuerst will ich die
> Schaltung mit dem Frequenzgenerator und habe 10V rein gegeben und
> bekomme nur ein sehr schwaches Signal mit 400mV Peak to Peak raus. Liegt
> das nur an der Dämpfung der Filterschaltung oder muss ich zb andere
> Größen für die Widerstände nehmen?
> Vielen Dank für jede Hilfe.
>
> LG

Was sagt denn LTspice dazu?
mfg Klaus

[J. S. (engineer)]

Josef L. schrieb:
> Doch wohl ein analoges
Ohne Zweifel wird das ein Analoges sein, weil die Digitalen meistens im 
Spektralbereich auf Musik abgestimmt sind, d.h. die Dynamik des 
Modulators muss den kompletten Spektralbereich abdecken.

Schon für Sprache wird das leicht ungünstig. Da hier nur das 
Fledermausspektrum benötigt wird, empfiehlt sich um so mehr ein 
passendes Mikro mit einem angepassten Verstärker. Wenn man das dann 
AD-wandeln will, sollte man überlegen, das Tiefpassverhalten und lieber 
einen Hochpass allein und/oder zusätzlich verwenden. Der 
Delta-Sigma-Algorithmus der PDM-Wandler hat naturgemäß wachsende 
Probleme bei hohen Frequenzen, daher wäre eine Idee, diesen Bereich 
überzubetonen, um eine höhere digitale Dynamik zu bekommen und es dann 
per SV zurechtzubiegen.

[Josef L. (Gast)]

Mit 15k Abschlusswiderstand ist das natürlich ein Problem. Ich habe 
grade mal ein LC-Filter ausprobiert, mit realistischen Bauteilewerten 
(E24 / 5%), da lässt sich ein Bandfilter mit ca. 10% Bandbreite ganz gut 
dimensionieren. Nur die nötigen Werte wie 0,68 H schreien geradezu nach 
einem Aktivfilter! Alternative wäre eine Impedanztransformation um z.B. 
auf 15 Ohm zu kommen, 680 µH ist ja machbar, allerdings bekommt man dann 
für die Induktivität im T-Zweig 27 nH, das ist bereits der Wert der 
bloßen Leiterbahn.

Ach so, die Widerstände sind eingefügt, um einigermaßen realistische 
Gütewerte bei 40kHz zu erhalten, da die verwendeten Induktivitäten 
ideale Bauteile darstellen.

[Josef L. (Gast)]

Die Bandfilterschaltung mit Opamp wollte ich noch nachliefern, aus 
wenn's keinen mehr zu interessieren scheint...

[Luka (Gast)]

Josef L. schrieb:
> Die Bandfilterschaltung mit Opamp wollte ich noch nachliefern, aus
> wenn's keinen mehr zu interessieren scheint...

Moin Josef, die Schaltung müsste auf dem ersten Blick passen.
Welche OPS nimmt man hierfür? zb. TL072?

[Luka (Gast)]

Josef L. schrieb:
> Was soll das für ein MEMS-Mikrofon zum Empfang sein? Doch wohl ein

Die beiden MEMS-Mikrofone von Knowles (Anhang)

[Luka (Gast)]

Bis jetzt habe ich nur mit einer Verstärkerschaltung gearbeitet. Nun 
will ich einen Bandpassfilter dazuschalten (Bereich 37-43kHz). Sollte 
ich direkt auf einen aktiven Bandpass umsteigen oder kann man es auch 
wie erklärt realisieren also Verstärkerschaltung danach passiver 
Bandpass?
Ich will lediglich ein klares Signal bekommen bei einer Distanz von ca 
1,50m und anschließend die Mikrofone auf Störsignale im ähnlichen 
Frequenzbereich untersuchen.

[Lutz V. (lvw)]

Luka - wenn Du einen OPV verwenden kannst, ist ein aktiver Bandpass 
natürlich immer besser, da der niedrige Ausgangswiderstand Dich (bzw. 
das Filter) von der Last unabhängig macht.
Dafür gibt es recht viele Schaltungsvarianten - und die Wahl wird sehr 
von Deinen Anforderungen bestimmt.
Bisher hast Du nur einen "Bereich" angegeben (37...43 kHz), Sollen das 
die 3-dB-Grenzen sein?
Wie ist das mit Anforderungen an die Verstärkung im Durchlassbereich?
Filter-Ordnung? Reicht zweiten Grades?

[Audiomann (Gast)]

Lutz V. schrieb:
> Bisher hast Du nur einen "Bereich" angegeben (37...43 kHz),

Dafür müsste auch ein LC-Schwingkreis taugen, wenns so schmal bandig 
sein soll ...

[Josef L. (Gast)]

Luka schrieb:
> zb. TL072?

Sorry war im Urlaub - TL072 mit 3 MHz Grenzfrequenz ist sicher OK, LM358 
ginge aber auch, da hat jeder einzelne Opamp noch knapp 30dB 
Leerlaufverstärkung bei 40 kHz.

Aber warum 6 kHz Bandbreite? Ist der Sender frequenzvariabel oder nicht 
frequenzstabil genug? Bei DCF-Empfängern auf 77,5 kHz wird hier im Forum 
über Quarzfilter mit 1 Hz (!) Bandbreite diskutiert!

[HildeK (Gast)]

Josef L. schrieb:
> TL072 mit 3 MHz Grenzfrequenz ist sicher OK, LM358
> ginge aber auch, da hat jeder einzelne Opamp noch knapp 30dB
> Leerlaufverstärkung bei 40 kHz.

Vorsicht: ein OPA muss auch im Sperrbereich noch einiges an Verstärkung 
mitbringen, denn sonst ist er nicht in der Lage dort die Dämpfung zu 
machen!
LM358 würde ich deshalb ausschließen, selbst der TL072 kann grenzwertig 
sein. Das hängt auch von der Filterstruktur ab.

Früher gab es mal das Tool FilterPro von TI zum Download, dort wurden 
die Randbedingungen genannt. Gibt es noch immer als Webtool (mit 
Anmeldung).

[HildeK (Gast)]

Josef L. schrieb:
> Bei DCF-Empfängern auf 77,5 kHz wird hier im Forum
> über Quarzfilter mit 1 Hz (!) Bandbreite diskutiert!

Ehrlich? 1Hz Bandbreite lässt ja kaum die Sekundenmarke durch. Und schon 
gar nicht die 100ms-Modulation.
Sinnvoll sind hier >20Hz und da werden die Flanken schon recht langsam 
...

[Josef L. (Gast)]

HildeK schrieb:
> lässt ja kaum die Sekundenmarke durch. Und schon
> gar nicht die 100ms-Modulation.

Ich glaube da gings nur um die Verwendung als Frequenznormal, da ist 
natürlich jede Modulation schädlich. Ansonsten hast du völlig recht.

[W.S. (Gast)]

Josef L. schrieb:
> Bei DCF-Empfängern auf 77,5 kHz wird hier im Forum
> über Quarzfilter mit 1 Hz (!) Bandbreite diskutiert!

Naja, geredet wird viel wenn der Tag lang genug ist.

W.S.

[Jens G. (jensig)]

W.S. schrieb:
> Josef L. schrieb:
>> Bei DCF-Empfängern auf 77,5 kHz wird hier im Forum
>> über Quarzfilter mit 1 Hz (!) Bandbreite diskutiert!
>
> Naja, geredet wird viel wenn der Tag lang genug ist.
>
> W.S.

Eben. Es wurde ja auch nur gesagt, daß darüber diskutiert wird, nicht, 
daß es existiert ...

[Josef L. (Gast)]

Jens G. schrieb:
> Eben. Es wurde ja auch nur gesagt, daß darüber diskutiert wird, nicht,
> daß es existiert ...

Habs gefunden:
Beitrag "Re: DCF77 Frequenznormal"

Und Ralph Berres ist kompetent, denke ich.

[Josef L. (Gast)]

Luka, vielleicht sagst du doch besser mal, was die "Ultraschallmessung" 
sein soll. Vielleicht klärt sich ja dann, ob oder warum du eine 
Bandbreite von ±3 kHz haben willst. Entfernungsmessung (in welcher 
Umgebung, also mögliche Störquellen), Fledermausdetektor, 
Ultraschallpegel-Meßgerät?

Versteh das nicht falsch, aber viele Fragensteller haben sich schon in 
die falsche Richtung "verrannt", also einen ungünstigen Ansatz für ihr 
Problem. Du kriegst dann quasi nur ein Pflaster auf deinen Beinbruch 
statt einem Gips.

[Luka (Gast)]

Josef L. schrieb:
> Luka, vielleicht sagst du doch besser mal, was die
> "Ultraschallmessung"
> sein soll. Vielleicht klärt sich ja dann, ob oder warum du eine
> Bandbreite von ±3 kHz haben willst. Entfernungsmessung (in welcher
> Umgebung, also mögliche Störquellen), Fledermausdetektor,
> Ultraschallpegel-Meßgerät?
Die Messung soll dann Basis für die Ortsbestimmung eines Objektes in 
industrieller Umgebung sein.

[Luka (Gast)]

Josef L. schrieb:

> Aber warum 6 kHz Bandbreite? Ist der Sender frequenzvariabel oder nicht
> frequenzstabil genug?
Mein Empfänger (MEMS-Mikrofon) hat keinen integrierten Filter.
Oder worauf ist deine Frage genau bezogen?

[Luka (Gast)]

Lutz V. schrieb:

> Bisher hast Du nur einen "Bereich" angegeben (37...43 kHz), Sollen das
> die 3-dB-Grenzen sein?
Genau
> Wie ist das mit Anforderungen an die Verstärkung im Durchlassbereich?
Ist primär erst mal nicht so wichtig
> Filter-Ordnung? Reicht zweiten Grades?
Jap

[Lutz V. (lvw)]

Luka schrieb:
> Lutz V. schrieb:
>
>> Bisher hast Du nur einen "Bereich" angegeben (37...43 kHz), Sollen das
>> die 3-dB-Grenzen sein?
> Genau
>> Wie ist das mit Anforderungen an die Verstärkung im Durchlassbereich?
> Ist primär erst mal nicht so wichtig
>> Filter-Ordnung? Reicht zweiten Grades?
> Jap

OK - und wo liegt jetzt das eigentliche Problem?
Es gibt zahlreiche aktive Bandpass-Schaltungen 2. (also niedrigster) 
Ordnung (am besten mit OPV) mit zwei Kondensatoren und 2...4 
Widerständen. Dazu muss man noch nicht einmal die Fachliteratur bemühen 
- Google zeigt genug Varianten.

[Luka (Gast)]

Ich habe jetzt mal die aktive Bandpassschaltung von Josef mit dem TL072 
als OP simuliert, bekomme jedoch einen Murx raus (siehe Messung). Also 
er filtert nicht den Bereich 37-43kHz. Woran kann das liegen?

[Lutz V. (lvw)]

Du hast jetzt 2 identische Stufen hintereinander geschaltet. Warum?
Reicht Dir nicht ein Filter zweiter Ordnung (wie der passive Bandpass in 
Deiner Anfrage) ?
Dabei hab ich die Dimensionierung (noch) nicht überprüft.
Melde Dich, wenn Du dabei Hilfe brauchst.
ABER: Was sollen denn die 18 Ohm als Last am Ausgang?

[Josef L. (Gast)]

Lutz V. schrieb:
> ABER: Was sollen denn die 18 Ohm als Last am Ausgang?

Hat Luka wohl eingesetzt weil anderswo 18R vorkommt. Ich habe das Filter 
aber mit 15k Abschlusswiderstand gerechnet, weil das als Imprdanz des 
Mikros angegeben war, das ich in Ermangelung seiner Angaben als meine 
Referenz benutzt habe. Man kann das Filter natürlich auch mit 10k oder 
dem Wert rechnen, den das benutzte Mikro bei 40kHz hat.

"In industrieller Umgebung" - also entweder Teile auf einem Fließband 
oder selbstfahrende Paletten oder sowas wie im Überseehafen?

[Michael M. (michaelm)]

Luka schrieb:
> ...bekomme jedoch einen Murx raus...

1. Lastwiderstand 18 Ohm???? Da kommt der 072 gut in's Schwitzen...
2. Ist R4 mit dem Eingang der 2. Stufe wirklich wirksam verbunden? Da 
ist kein Punkt zu sehen... :(

[Josef L. (Gast)]

Die Schaltung
Beitrag "Re: Bandpassfilterschaltung"
habe ich aus dem PDF, das in
Beitrag "Re: Frage zu OP Schaltung"
angegeben ist, ebenso die Bauteilewerte.

[Lutz V. (lvw)]

Es gibt ja sehr viele unterschiedliche Bandpass-Schaltungen (aktiv).
Die hier gewählte hat den Nachteil einer sehr großen Bauteilspreizung 
(Rmax=120k und Rmin=18 Ohm!!).
Besteht denn Interesse an Alternativen ?
Etwas günstiger wäre Sallen-Key mit v=2 oder (am besten - gerade auch 
bei 40 kHz Mittenfrequenz) eine GIC-Stufe (allerdings 2 OPV`s).

[Luka (Gast)]

nach der Bandpassschaltung kommt nur mein Oszi, das heißt den 
Lastwiderstand lasse ich komplett weg oder?

Also kann ich die Schaltung mit dem TL072 nicht realisieren?

Und bei der Simulation sind alle Bauteile gemäß Schaltung verbunden, 
also keine Fehlermeldung etc. das müsste passen.

Industrieller Umfeld: Montage, Verpackung etc.

[Josef L. (Gast)]

Luka schrieb:
>> Aber warum 6 kHz Bandbreite? Ist der Sender frequenzvariabel oder nicht
>> frequenzstabil genug?
> Mein Empfänger (MEMS-Mikrofon) hat keinen integrierten Filter.
> Oder worauf ist deine Frage genau bezogen?

Du hast immer noch nicht klar beschrieben, was du eigentlich "messen" 
willst. "In industrieller Umgebung"??? Willst du den allgemeinen Lärm, 
den die verschiedenen Geräte deiner "industriellen Umgebung" (was ist 
das? In einer Produktionsanlage, oder deine Privatwohnung gegenüber 
einem Industriegebiet?) erzeugen, oder hast du irgendeine Art 
Ultraschallsender, dessen Reflexion du messen willst? Warum filtern?? 
Weil keinn Filter dran ist? Du musst doch erst wissen, welche Art 
Störsignale es gibt (falls die nicht das sind was du messen willst), 
dann kannst du eine Frequenz und Bandbreite festlegen für dein 
Meßsignal.

Wieder mal: Ohne genaue Angaben ist keine Hilfe möglich!

[Josef L. (Gast)]

Luka schrieb:
> Also kann ich die Schaltung mit dem TL072 nicht realisieren?

Wieso denn nicht?? Das Oszi hat doch auch einen Eingangswiderstand, 
normal zB 1 Megohm, aber warum soll man nicht die Spannung an einem zur 
Schaltung gehörenden Widerstand messen? Sowas ist doch Standard!

[Luka (Gast)]

Josef L. schrieb:
> Du hast immer noch nicht klar beschrieben, was du eigentlich "messen"
> willst. "In industrieller Umgebung"??? Willst du den allgemeinen Lärm,
> den die verschiedenen Geräte deiner "industriellen Umgebung" (was ist
> das? In einer Produktionsanlage, oder deine Privatwohnung gegenüber
> einem Industriegebiet?) erzeugen, oder hast du irgendeine Art
> Ultraschallsender, dessen Reflexion du messen willst? Warum filtern??
> Weil keinn Filter dran ist? Du musst doch erst wissen, welche Art
> Störsignale es gibt (falls die nicht das sind was du messen willst),
> dann kannst du eine Frequenz und Bandbreite festlegen für dein
> Meßsignal.

Mögliche Störsignale von industriellen Ultraschallanwendungen:
-Schweißen= 15-70kHz
-Löten= 20-100kHz
-Bohren= 16-50kHz
usw.
Messen will ich mein Ultraschall, und die oben genannten 
Frequenzbereiche will ich rausfiltern. Deswegen Filterschaltung und 
natrülich brauche ich dann noch ein Ansteuersginal um nur mein Signal zu 
erfassen.

[Luka (Gast)]

Josef L. schrieb:

> Wieso denn nicht?? Das Oszi hat doch auch einen Eingangswiderstand,
> normal zB 1 Megohm, aber warum soll man nicht die Spannung an einem zur
> Schaltung gehörenden Widerstand messen? Sowas ist doch Standard!

kannst du mir sagen was ich jetzt in der Schaltung verändern muss, dass 
es umsetzbar wird. Oder was wäre der nächste Schritt?

[Josef L. (Gast)]

Luka schrieb:
> Messen will ich mein Ultraschall

Was willst du mir, uns, der Gemeinde damit sagen???

"mein" - darunter verstehe ich, dass du dich damit meinst. Also - du 
bist die Ultraschallquelle? Deine Verständlichkeit lässt zu wünschen 
übrig!