Prośba o sprawdzenie poprawności obliczeń

[FlyingDutch]

Cześć,

czy mógłby ktoś zweryfikować poprawność obliczeń filtru dolno-przepustowego drugiego rzędu na jednym wzmacniaczu operacyjnym (TL072).

Założenia:

1) czetotliwość odcięcia fc =600 Hz (spadek wzmocnienia o -3 dB)

2) optymalna charakterystyka wzmocnienia w funkcji częstotliwości. Tak zwana zeta (u mnie oznaczona T=0,7071)

3) stromość opadania krzywej wzmocnienia powyżej fc = -40 dB/Decade

4) w miarę wysoka impedancja wejściowa

Obliczenia robiłem według tego tutoriala:

https://www.electronics-tutorials.ws/filter/second-order-filters.html

A tutaj zdjęcie z moimi obliczeniami i końcowy schemat z wartościami elementów:

Mam nadzieję, że jest dobrze widoczne? Może jakieś uwagi dot ulepszenia układu?

Pozdrawiam

Edytowano Maj 12, 2019 przez FlyingDutch

[Anonim]

Na pierwszy rzut oka ok. trzeba by to wrzucić w kalkulator dla pewności. Tego chyba nie da się "ulepszyć" bardziej niż dodać kolejną sekcję dla większej stromości charakterystyki. Pamiętać należy przy tym, że częstotliwość graniczna całości może się wtedy przesunąć nieznacznie więc w razie potrzeby kompensować dobierając odpowiednie wartości elementów jeśli częstotliwość musi być dokładnie zachowana, jeśli jednak tolerancja na to pozwala można w obu sekcjach zastosować te same wartości.

[FlyingDutch]

Cześć,

zbudowałem filtr według podanego schematu na płytce stykowej (OP TL072) i sprawdziłem działanie korzystając z generatora sygnału sinusoidalnego (zakres częstotliwości od 20 Hz do 2KHz).Podawałem sygnał z generatora sinusoidy o stałej amplitudzie równej 2V na wejście układu filtru i następnie zmieniałem częstotliwość w podanym zakresie. Ogólnie teoria dość dobrze sprawdziła się z praktyką. Istniejące odchyłki wynikają z małej dokładności użytych podzespołów RC (rezystory 5% a kondensatory chińskie o bliżej nieznanej dokładności).

Wzmocnienie (lub tłumienie) filtru zmienia się od około 1,5 dla niskich częstotliwości, poprzez 1 dla f=667 Hz i maleje do dużo mniejszej niż 1 wartości wraz ze wzrostem częstotliwości.

Zamieszczam przykładowe zrzuty ekranu z oscyloskopu dla trzech częstotliwości (żółty przebieg sygnał z generatora - o stałej amplitudzie 2 V, zielony przebieg to wyjście z filtru).

1) częstotliwość przebiegu 83Hz - wzmocnienie wynosi około 1,5:

2) częstotliwość przebiegu 667Hz - wzmocnienie spada do 1

3) częstotliwość przebiegu 2KHz - wzmocnienie spada dużo poniżej 1

Mam jeszcze jedno pytanie: czy warto w praktycznych układach stosować filtry o rzędzie wyższym niż 2 (np. 3 lub 4) - myślę tu głównie o filtrach Butterworth'a jak w powyższej części tutoriala:

https://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_8.html

Pytanie w kontekście wzmacniaczy pomiarowych dla czujników analogowych (filtr dolno-przepustowy dodany w celu ograniczenia pasma od góry, aby zminejszyć szumy w torze pomiarowym).

Drugie pytanie, czy korzystał ktoś z Was z aplikacji on-line firmy "Analog Devices" do projektowania filtrów? Jeśli tak to jak oceniacie tą aplikację?

Tutaj link do tego narzędzia:

https://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/

Trzecie pytanie: czym są "Instrumentation Amplifiers" i jakie są zalety ich stosowania?

Pozdrawiam

BTW: na zrzutach ekranu widać też dobrze jak ze wzrostem częstotliwości rośnie przesunięcie w fazie sygnału wyjściowego w stosunku do wejściowego 😉

Edytowano Maj 12, 2019 przez FlyingDutch

[Anonim]

Podejście do filtrów może być tak różne jak wiele jest koncepcji ich stosowania. Wszystko zależy od aktualnej potrzeby i sam musisz tę potrzebę określić we własnym projekcie. Najlepszą zasadą wyjściową są słowa Einsteina "wszystko należy upraszczać jak tylko się da ale nie bardziej" czy jakoś tak Czyli jeśli filtr spełnia oczekiwania to nie ma sensu tworzyć przerostu formy nad treścią. Wyjdzie taniej, prościej i ekologiczniej. Programy do projektowania filtrów są dość pomocne, jedyną wadą mogą być obliczane wartości elementów trudne do zestawienia realnie.

Co do samego projektowania jest kilka prostych uogólnionych metod ułatwiających i przyśpieszających projektowanie np. w przypadku twojego filtra można do sprawy podejść od razu z praktycznego punktu widzenia czyli realnych wartości elementów szczególnie kondensatorów. Łatwiej jest dobrać rezystory niż kondensatory które do tego potrafią mieć nawet 20% tolerancję.

taki przykład:

Q = 0.707 (butterworth);  wzór ogólny: f = 1/(2*PI*R*C*sqrt(2)); R = R1 = R2 = Xc;  R3 = 0.59*R4 i R4 = przyjmujemy jakąś wartość np. 7k, ważny stosunek rezystancji, wartość mniej ważna;  C1 = C2 = C;

- dobieramy sensowną wartość C. Kombinujemy ze wzorem ogólnym lub pomagamy sobie takim równaniem:

C[nF] = 10000/fg[Hz]  i wybieramy najbliższą wartość z szeregu

- obliczamy impedancje

Xc = 160000/(fg[Hz]*C[nF])

- aby poprawić stromość można dodać kolejną taką samą sekcję pamiętając, że fg się przesunie nieco. Można to skompensować zwiększając rezystancję w każdej kolejnej sekcji: Rn = Rn-1*1.16

 

To chyba najprostszy sposób żeby sobie na szybko filtr "machnąć", ma szerokie zastosowanie dla mniej wymagających zastosowań.

Odnośnie trzeciego pytania odsyłam do literatury. Na stronach TI znajdziesz masę materiałów w tym temacie np. te Babci_ciastka

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay