Tiefpassfilter

Eigentlich müsste der Lehrer vorgeben, welche Filtersteilheit er haben möchte.
Denkbar ist eine Reihe von 12 dB-Filtern in OpAmp-Technik. Allerdings ist hierbei die Steilheit zu Beginn ungenügend. Ausserdem muss man die Filterkurve genau kennen, denn man kann nichthergehen und einfach drei auf 5 Hz berechnete Filter hinereinander schalten. Die 5 Hz bedeuten Grenzfrequenz, als Dämpfung um 3 dB. Drei solche Filter dämpfen demnach die 5 Hz mit 9 dB. Also hilft nur die Kurve, um festzustellen, wo das Filter 1 dB dämpft. Mit dieser "Erkenntnis" kann man sich dann einen Korrekturfaktor "basteln" um die Bauteile entsprechend anzupassen.
Falls die Kurve einigermassen passt, aber die Anfangssteilheit grösser sein soll, lässt sich eventuell mit dem Hinzufügen eines Notchfilters (Saugkreis) die Steilheit erhöhen.
Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz eines speziellen Filter-IC. Meines Wissens hat vor bald 20 Jahren NS (National Semiconductors) so ein Ding gebaut, das mit Steilheiten von (Irrtum vorbehalten) 60 dB aufwarten konnte. Kann sein, dass da noch was zu finden ist. Das ganze Teil funktionierte mit recht wenig Bauteilen, war aber von den übrigen technischen Daten nicht erste Sahne. Hier wieder die Frage,was verlangt oder zulässig ist.
Dritte Möglichkeit auf digitaler Ebene.

Wozu brauchst du einen Tiefpaß der Frequenzen über 5 Hz rausfiltert, für Hifitechnik wohl kaum?

Es handelt sich um ein schulabschlussprojekt wobei es sich um ein seismographen handelt. Die durch die erdbeben hervorgerufenen vibrationen induzieren eine spannung im mV bereich in den spulen und von einer frequenz aufsteigend von 0,25 Hz.
Oberhalb von 5Hz sind keine weiteren benötigten frequenzen und wir müssen sie somit filtern.

Ich versuche mittlerweile mithilfe eines tschebyscheff-tiefpassfilters 2. ordnung diese anforderung hinzubekommen,werkle seit heut mit den bauteilwerten rum. Ist dieser filter ne gute wahl? Er besitzt ja ne gute flankensteilheit,aber neigt zu schwingungen!

Ein anderer unserer gruppe versuchts dieses ziel mit dem programm "labview" zu erreichen.Die richtige einstellung um dies zu erzielen sind für laien wie uns die erst seit diesem projekt an mit diesem programm arbeiten viel zu undurchsichtig da es sehr komplex aufgebaut ist.

Tschebyschev Filter sind da nicht so geeignet, du solltest einen anderen Filter nehmen wie z.B. Butterworth, du kannst ja ein Filter höherer Ordnung bauen welches dann auch steil trennt aber nicht die Überschwinger eines Tschebychevs hat.

Genau das hab ich auch befürchtet,wegen den schwingungen.
Hast du dann einen tipp wo ich so einen plan inklusive berechnungen eines butterworthfilters finden kann?

Schau mal hier, vielleicht hilft es:
http://www.user.tu-berlin.de/thuncpca/uni/nue/filter.pdf

Viele Grüße
Andi

... ich würde einen LTC1062 verwenden - ein günstiger switched capacitor Filterbaustein - externe Beschaltung nur ein paar C´s - hat hohe Filtersteilheiten - z.B. 16Hz/-48dB

... google mal nach Linear Technologie

Gruß - Detlef

Hallo zzlash,

für diese Meßtechnische Aufgabe würde ich wenigstens einen Filter achter Ordnung wählen.

Den Filter würde ich hinsichtlich der Grenzfrequenz eigentlich Digital aufbauen.

Das wird wohl nicht gehen, also ist die nächte Wahl ein Aktiver Filter. Dazu brauchst Du 4 Operationsverstärker. Die gibts in einem einzigen Gehäuse für wenig Geld. Als Filterart würde ich Kritisch bedämpft oder Butterworth wählen. Die erzeugen keine Überhöhung im Amplitudenfrequenzgang. Auf Rauscharme Operationsverstärker würde ich achten.

Keinesfalls würde ich den Filter passiv aufbauen, da werden die Bauteile massiv groß.

SC-Filter würde ich kritisch untersuchen, sie haben prinzipbedingte Nachteile.

@frickel

... wenn Du schon mal ´ne aktive Entzerrung für LS im Bereich 20...30Hz mit OPAs gebaut hast, weisst Du ob der auftretenden Probleme (Offsets, Rauschen, etc.). Überschlage mal die benötigten RC-Werte. Die gewünschten 5Hz f3 liegen ca. 3Oct. tiefer - fast schon DC.

Wir machen das industriell mit SC-F (-48dB = 8.Ord.) - funzt hervorragend, ist preisgünstig und erfordert keine Abgleicharbeit.

Gruß - Detlef

Gucke mal bei www.analog.com Da mußt Du dich dann weiter durchsuchen. Da habe ich schon mal Spezialschaltungen unter den Applikationen (Seismograph, Earthquake, Lowpass...)gesehen. Das ist eine der weltweit führenden Firmen und ihre Seiten und Datenblätter sind die besten [und dann noch kostenlos!]Lehrbücher die ich je gesehen habe - allerdings auf Englisch, aber damit kommst Du klar?

Du wirst schon ein Problem haben, sowas "Gut" zu Bauen (Große Kapazitäten und große Widerstände für 5 Herz und die Widerstände rauschen) , aber Physiklehrer und ähnliche haben meist auch nicht Elektronik studiert und kommen kaum auf die Schwachstellen. Also Kopf hoch, wird schon für den Lehrer reichen.
Außerdem klären:
welche Steilheit,
welche Welligkeit im Durchlaßbereich,
welche maximale Phasenabweichung im Durchlaßbereich,
welche Verstärkung,
wieviel maximale Rauschspannung am Ausgang?
Eingangs-/Ausgangswiderstände ?
Verstärkung/Durchlass auch von Gleichspannungen -/wenn nein welche untere Grenzfrequenz/wenn ja welche maximale Offsetspannung?
Über mindestens drei Probleme hat dein Lehrer noch nie nachgedacht. Und dann mal ein Buch über Filter ausleihen und LESEN ! Dann geeigneten Filtertyp auswählen und rechnen.
Und dann eventuell weiter fragen.

@detegg was sind den SC-F ? (Immer diese Abkürzungen.)

... analog.com ist wirklich eine gute Adresse!

SC-F habe ich als Abkürzung für Switched Capacitor Filter benutzt - der "Vergleich" analog/SC-F mit Standard/Schaltnetzteil hinkt etwas - trotzdem bringe ich den hier.

Messtechnisch Spannungen im mV-Bereich und im (fast) DC-Bereich zu messen, erfordert z.B. minimalste DC-Offsets und Widerstandsrauschen. Hier bleibt nur die Wahl von Spezial-OPAs (Instrumentenverstärker o.ä) mit entsprechenden Kosten und Abgleichaufwand.

Verstehe die Anwendung "Seismograph" als Messung kleinster Spannungen an induktiven Weggebern unter Wegfiltern von Störfrequenzen >5Hz (Trittschall, etc.). Die Schaltfrequenzen des SC-F im kHz-Bereich bekomme ich in den Griff.

Gruß - Detlef

PS: Digitale Filter sind besser zu konfigurieren - evtl. messtechnisch besser - aber auch wesentlich aufwändiger!

Hallo zzlash,

hier einmal etwas Lektüre zur Filtertechnik:

"Das AKTIV-Filter Kochbuch" von Don Lancaster.
IWT-Verlag, ISBN 3-88322-007-8


Ansonsten "Die Bibel": Tietze-Schenk - Halbleiter-Schaltungstechnik

Gruß Wilhelm