Butterworth Filter designen

[Magnus (magseagull)]

Hallo zusammen

Ich hab mir das Video vom Prof Danner 
https://www.youtube.com/watch?v=9rWztYL1IKQ angeschaut und seine Formeln 
in ein Python Script gepackt.

Er berechnet erst Minute 4:20 eine Tabelle mit unskalierten 
Prototyp-Werten (Z=1 Ohm, f=1Hz?? )

dann ab Minute 6:47 erklärt er wie daraus Werte für eine gegebene 
Frequenz und Impedanz zu ermitteln sind.

Ich habe den Rechenweg in ein Python-Skript gepackt und komme auf die 
selben Ergebnisse beim Beispiels (10kHz / 50 Ohm) ab 8:48.

Was mich nun wundert: Die damit ermittelten Werte passen nicht zu dem, 
was diverse Radioamateure verwenden. Wenn ich mit der Frequenz soweit 
hoch gehe, das die Induktivitäten gleich sind, habe ich immer nur etwa 
halb so große Kapazitäten. Was wird da anders gemacht?

Z. B. schlägt der VK3YE folgendes Ausgangsfilter für 40m vor:
(Minute 1:10 https://www.youtube.com/watch?v=I-_T0U9Xy9A)

---1uH---1uH---
 |     |     |
390pF 820pF 390pF

Damit mein Skript auf 1uH kommt, muss ich f_c=12 MHz setzen, dann habe 
ich bei den Kondensatoren allerdings 164pF 530pF 164pF

[Herbert Z. (herbertz)]

Bei Filter gibt es einige Variable wie Z in Z aus, Bandbreite ,Güte und 
Frequenz. Ich benutze da auch Rechner, aber verglichen und hinterfragt 
habe ich die noch nie.
Hoffe du findest eine Antwort...

[Helmut -. (dc3yc)]

Und woher weißt du, dass beide Filter vom Butterworth-Typ sind?

[Hippelhaxe (hippelhaxe)]

Magnus schrieb:

> Ich habe den Rechenweg in ein Python-Skript gepackt
> und komme auf die selben Ergebnisse beim Beispiels
> (10kHz / 50 Ohm) ab 8:48.
>
> Was mich nun wundert: Die damit ermittelten Werte
> passen nicht zu dem, was diverse Radioamateure
> verwenden.

Das ist doch Murx.

Vergleiche doch Deine Werte wenigstens mit den Resultaten,
die andere Filterberechnungstools ausspucken -- und nicht
mit realen Filtern, die Praktiker vielleicht nach der
Methode "Pi mal Fensterkreuz" dimensioniert haben...

Außerdem würde ich versuchen, Grenzfrequenz und Impedanz
immer vergleichbar zu halten und nur die Werte für L und
C zu vergleichen -- andernfalls sieht man ja überhaupt
nicht mehr durch, was eigentlich stimmt und was abweicht.


Offensichtliche Fehler sind mir in Deinem Script nicht
aufgefallen -- aber ich bin auch kein Crack...

[Magnus (magseagull)]

Helmut -. schrieb:
> Und woher weißt du, dass beide Filter vom Butterworth-Typ sind?

Selbe Anordnung der Bauteile, Symmetrie bei den gewählten Werten.

[Udo K. (udok)]

Die Werte stimmen nicht.  Für einen 50 Ohm Butterworth mit 12 MHz siehe 
Bild.

[Magnus (magseagull)]

Udo K. schrieb:
> Die Werte stimmen nicht.  Für einen 50 Ohm Butterworth mit 12 MHz siehe
> Bild.

Ah ja, danke, genau so hat mein Skript das ja auch berechnet, nur in dem 
Video vom VK3YE waren es ganz andere Werte. Ob er auf 12MHz cut-off 
abgezielt hat, weiß ich nicht, ich hatte nur solange herumprobiert, bis 
ich etwa die selben Induktivitäten hatte.

Demnach würde mein Skript ja ordentlich funktionieren? Dann werde ich 
das bald mal mit Oscilloskop und Dummyload testen.

Für 12MHz sagt mein Skript:
163.94pF
1.07μH
530.52pF
1.07μH
163.94pF

[Udo K. (udok)]

Dann ist es ja gut. Ich dachte die Werte in der Grafik sind von dir.

[Hp M. (nachtmix)]

Magnus schrieb:
> Helmut -. schrieb:
>> Und woher weißt du, dass beide Filter vom Butterworth-Typ sind?
>
> Selbe Anordnung der Bauteile, Symmetrie bei den gewählten Werten.
>

Symmetrie ist kein hinreichendes Kriterium für Butterworth. Man kann 
sogar fast jedes Filter symmetrisch aufbauen.

Und was die Funkamateure angeht, so legen die vllt mehr Wert auf steile 
Flanken (Tschebyscheff) als auf lineare Phase (Butterworth).
Als relativ schmalbandiges Ausgangsfilter ist es evtl sogar möglich, 
dass das Filter maximale Dämpfung nur für die von der Endstufe erzeugten 
Oberwellen des benutzten Bandes hat.

https://de.wikipedia.org/wiki/Butterworth-Filter
https://de.wikipedia.org/wiki/Tschebyscheff-Filter

[Rainer W. (rawi)]

Magnus schrieb:
> Selbe Anordnung der Bauteile, Symmetrie bei den gewählten Werten.

Butterworth ist über die Lage der Polstellen der Übertragungsfunktion 
definiert. Im Nennerpolynom sind alle Koeffizienten bis auf die 1 und 
den der höchste Potenz Null.
https://de.wikipedia.org/wiki/Butterworth-Filter#%C3%9Cbertragungsfunktion

[Horst S. (Firma: Chaos Ltd) (hst)]

Das TP-Filter für 7MHz von VK3YE ist durchaus sinnvoll dimensioniert, 
obwohl die Grenzfrequenz mit ca. 9MHz eigentlich verschenkte 
Oberwellenunterdrückung ist. Da ist ja auch keine Rede von Butterworth 
und fc=12MHz (die noch höhere fc wäre auch blödsinnig).
Hier die resultierende Kurven für 60db und 6db. Es ist ein angenähertes 
Tschebycheff-Filter. Ich habe auch die Güten mit realistischen QL=150 
und QC=2000 angesetzt - die bei den üblichen einfachen Formeln immer als 
unendlich angesetzt werden.
Das VSWR bei 7MHz liegt übrigens unter 1:1,2.

Berechnet mit "Elsie" - als kostenloses Programm erhältlich.
MfG, Horst
Korinthenkacker-P.S.: Butterworth hat keinen linearen Phasenverlauf - 
hier gibt es auch GLZ-Verzerrungen.

[Rainer W. (rawi)]

Horst S. schrieb:
> Korinthenkacker-P.S.: Butterworth hat keinen linearen Phasenverlauf -
> hier gibt es auch GLZ-Verzerrungen.

Richtig, für einen linearen Phasenverlauf würde man ein Bessel-Filter 
verwenden.