Während es in meinem vorigen Beitrag hauptsächlich um die auf eine fixe Frequenz bezogene AC-Analyse ging
und das Gyrator-Notchfilter nur Mittel zum Zweck war, steht diesmal das Notchfilter selbst im Rampenlicht.
Bekannterweise gibt es verschiedene Methoden, ein Notchfilter zu realisieren.
Am bekanntesten dürfte die Verwirklichung mit Doppel-T-Filter sein, wobei die genaue Abstimmung auf die Filterfrequenz
nicht unproblematisch ist, wenn man mehr als -40dB erreichen will.
Am einfachsten scheint die Realisierung mittels Biquad-Filter zu sein, auch was den Abgleich betrifft.
Allerdings braucht man dazu vier Opamps (bzw. zwei Dual-Opamps oder einen Vierfach-Opamp).
Die von mir im vorigen Beitrag vorgestellte Version mittels Gyrator scheint weniger bekannt zu sein,
aber weil ich den Gyrator mag, wollte ich das mal testen. Ganz einfach ist die Abstimmung zwar nicht,
aber auch nicht sonderlich schwer. Die Bandbreite ist mit weniger als 4Hz (-3dB) von 58Hz bis 62 Hz hervorragend.
Es gibt noch einige andere Topologien für die Realisierung eines Notchfilters, auf die ich an dieser Stelle nicht weiter eingehe.
Jedoch befindet sich eine darunter, die mich interessierte und die ich nachfolgend untersuchen möchte: Phasenauslöschung mittels Allpass.
Unter allen Methoden gilt sie als die am schwierigsten abzugleichende, nach meinem Dafürhalten ist das aber nicht schwieriger als beim
oft vorgestellten Twin-T-Notch!
Das Prinzip ist denkbar einfach. Man braucht eine Schaltung, die die Amplitude unverändert lässt
und nur die Phase des Eingangssignals verändert: das Allpass-Filter.
Ein Allpass ersten Grades verschiebt die Phase der Zielfrequenz um -90°,
zwei davon in Serie ergeben -180°. Addiert man das zum Eingangssignal, ist das Ergebnis im Idealfall Null.
Es lassen sich sehr tiefe Kerben verwirklichen, aber auch das hat seinen Preis.
Man muss nicht nur die frequenzbestimmenden Bauteile selektieren, sondern auch die Widerstände für die Amplitudenverhältnisse!
Schauen wir uns einmal den Schaltplan an.
Rund um U1 finden wir einen Allpass 1. Grades, abgestimmt auf f=50Hz.
U2 ist eine Wiederholung der vorhergehenden Stufe, beide zusammen bilden die notwendige Phasenverschiebung von -180°.
U3 summiert Eingangsspannung und Ausgangsspannung des Allpass-Filters.
Der berechnete Widerstand R0 gibt nicht ganz die maximale Abschwächung,
wahrscheinlich durch die Opamps verursacht: bei 50Hz sind es rund -75dB.
Mit der im vorigen Beitrag vorgestellten AC-Analyse zur Festfrequenz von 50Hz habe ich versucht,
einen optimalen Widerstandswert zu ermitteln, damit ergab sich eine Abschwächung von -79.18dB.
Spasseshalber habe ich auch eine Kombination verschiedener Festwiderstände eingegeben,
die resultierte in einer Abschwächung von knapp unter -79dB.
Wahrscheinlich ist aber die Kombination Festwiderstand und Multiturn-Trimmer am einfachsten zu bewerkstelligen.
Die Kerbe ist mit nahezu -80dB sehr tief, die mitgelieferten Messwerte zeigen auf,
wo der Wermutstropfen in dieser Methode liegt: die -3dB-Bandbreite beträgt ca. 100Hz, von 20Hz bis 120Hz!
Wer etwas in diesem Bereich messen möchte, wäre mit dem Gyrator-Notch besser bedient mit nur knapp 4Hz Bandbreite!
Wie schon beim Gyrator-Notch erklärt, gilt auch hier: was der eine Widerstand zu wenig hat (z.B. R1={Rf-80}),
kann man bei dem anderen hinzufügen: R2={Rf+80}. Das hilft beim Abstimmen!
Erläuterung dazu beim Gyrator-Notch, bitte dort nachlesen!
Für die Einhaltung der Filterfrequenz müssen auch die Widerstände selektiert werden,
die das Amplitudenverhältnis festlegen: R3-R9. Bei meinem Händler gibt es 10 Stk. 10kOhm MF 0.1% für 2.20 EUR.
Das kann man sich schon mal leisten. Ansonsten muss man aus 100 Stk 1% MF sich gleiche Paare heraussuchen.
Abschliessend machen wir noch eine TRAN-Simulation mit einer Sinusspannung von 50Hz
und sehen, wie viel davon noch am Ausgang herauskommt:
Von den eingegebenen 500mV sind es 10uV, in dB: -94dB!! Das ist fast zu schön, um wahr zu sein!
Der Unterschied zur AC-Analyse beträgt 15dB, die ich mir nicht erklären kann.
RudiS
und das Gyrator-Notchfilter nur Mittel zum Zweck war, steht diesmal das Notchfilter selbst im Rampenlicht.
Bekannterweise gibt es verschiedene Methoden, ein Notchfilter zu realisieren.
Am bekanntesten dürfte die Verwirklichung mit Doppel-T-Filter sein, wobei die genaue Abstimmung auf die Filterfrequenz
nicht unproblematisch ist, wenn man mehr als -40dB erreichen will.
Am einfachsten scheint die Realisierung mittels Biquad-Filter zu sein, auch was den Abgleich betrifft.
Allerdings braucht man dazu vier Opamps (bzw. zwei Dual-Opamps oder einen Vierfach-Opamp).
Die von mir im vorigen Beitrag vorgestellte Version mittels Gyrator scheint weniger bekannt zu sein,
aber weil ich den Gyrator mag, wollte ich das mal testen. Ganz einfach ist die Abstimmung zwar nicht,
aber auch nicht sonderlich schwer. Die Bandbreite ist mit weniger als 4Hz (-3dB) von 58Hz bis 62 Hz hervorragend.
Es gibt noch einige andere Topologien für die Realisierung eines Notchfilters, auf die ich an dieser Stelle nicht weiter eingehe.
Jedoch befindet sich eine darunter, die mich interessierte und die ich nachfolgend untersuchen möchte: Phasenauslöschung mittels Allpass.
Unter allen Methoden gilt sie als die am schwierigsten abzugleichende, nach meinem Dafürhalten ist das aber nicht schwieriger als beim
oft vorgestellten Twin-T-Notch!
Das Prinzip ist denkbar einfach. Man braucht eine Schaltung, die die Amplitude unverändert lässt
und nur die Phase des Eingangssignals verändert: das Allpass-Filter.
Ein Allpass ersten Grades verschiebt die Phase der Zielfrequenz um -90°,
zwei davon in Serie ergeben -180°. Addiert man das zum Eingangssignal, ist das Ergebnis im Idealfall Null.
Es lassen sich sehr tiefe Kerben verwirklichen, aber auch das hat seinen Preis.
Man muss nicht nur die frequenzbestimmenden Bauteile selektieren, sondern auch die Widerstände für die Amplitudenverhältnisse!
Schauen wir uns einmal den Schaltplan an.
Rund um U1 finden wir einen Allpass 1. Grades, abgestimmt auf f=50Hz.
U2 ist eine Wiederholung der vorhergehenden Stufe, beide zusammen bilden die notwendige Phasenverschiebung von -180°.
U3 summiert Eingangsspannung und Ausgangsspannung des Allpass-Filters.
Der berechnete Widerstand R0 gibt nicht ganz die maximale Abschwächung,
wahrscheinlich durch die Opamps verursacht: bei 50Hz sind es rund -75dB.
Mit der im vorigen Beitrag vorgestellten AC-Analyse zur Festfrequenz von 50Hz habe ich versucht,
einen optimalen Widerstandswert zu ermitteln, damit ergab sich eine Abschwächung von -79.18dB.
Spasseshalber habe ich auch eine Kombination verschiedener Festwiderstände eingegeben,
die resultierte in einer Abschwächung von knapp unter -79dB.
Wahrscheinlich ist aber die Kombination Festwiderstand und Multiturn-Trimmer am einfachsten zu bewerkstelligen.
Die Kerbe ist mit nahezu -80dB sehr tief, die mitgelieferten Messwerte zeigen auf,
wo der Wermutstropfen in dieser Methode liegt: die -3dB-Bandbreite beträgt ca. 100Hz, von 20Hz bis 120Hz!
Wer etwas in diesem Bereich messen möchte, wäre mit dem Gyrator-Notch besser bedient mit nur knapp 4Hz Bandbreite!
Wie schon beim Gyrator-Notch erklärt, gilt auch hier: was der eine Widerstand zu wenig hat (z.B. R1={Rf-80}),
kann man bei dem anderen hinzufügen: R2={Rf+80}. Das hilft beim Abstimmen!
Erläuterung dazu beim Gyrator-Notch, bitte dort nachlesen!
Für die Einhaltung der Filterfrequenz müssen auch die Widerstände selektiert werden,
die das Amplitudenverhältnis festlegen: R3-R9. Bei meinem Händler gibt es 10 Stk. 10kOhm MF 0.1% für 2.20 EUR.
Das kann man sich schon mal leisten. Ansonsten muss man aus 100 Stk 1% MF sich gleiche Paare heraussuchen.
Abschliessend machen wir noch eine TRAN-Simulation mit einer Sinusspannung von 50Hz
und sehen, wie viel davon noch am Ausgang herauskommt:
Von den eingegebenen 500mV sind es 10uV, in dB: -94dB!! Das ist fast zu schön, um wahr zu sein!
Der Unterschied zur AC-Analyse beträgt 15dB, die ich mir nicht erklären kann.
RudiS
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