Frage zu ungewolltem Schwingen bei Bandpass mit Mehrfachgegenkopplung

[Jonas A. (Firma: GreenWire-Elektronik) (padrejohn)]

Hallo Leute,

ich bastel gerade an ner Analog-Schaltung im Audiobereich und habe da 
mich an einer Schaltung probiert, die zum Quasi-Filtern von Tiefen, 
Mitten, Höhen Bandpassfilter mit Mehrfachgegenkopplung verwenden. Ich 
hab mich bisl darüber im Tietze eingelesen, habe einen Teil bereits 
abgeändert (die Dioden D1-D3 sind entfernt für die Betrachtung - aktuell 
hängt da ein Spannungsfolger dran (also jeweils)) und bin fast soweit, 
dass es funktioniert :/

Allgemein:
Die Schaltung soll ein Audiosignal auftrennen in Höhen, Mitten, Tiefen 
und anschließend jeweils per VU-Meter anzeigen, wie stark die jeweiligen 
Kanäle im Audiosignal enthalten sind - damit wird dann eine 
Raumbeleuchtung gesteuert. Am Ende der jeweiligen "Kanalpfade" wird dann 
ein LM3915 Platz nehmen. Dazu ist auch der Spannungsfolger gedacht - er 
arbeitet in Wirklichkeit als nichtinvertierender Verstärker mit 
Verstärkung 2 (R1 = R2 = 100k).

Aktuell hab ich noch Problem betreffend Mittel- und Hochpass - Bei 
bestimmten Frequenzen schwingt sich das Eingangssignal hinter den 
20k-Potis auf - ab dem Eingangspin des 1k-Widerstands gibt es dann eine 
kleine Überlagerung auf dem Signal (bei dem Hochpass sinds Störungen um 
die 3,4 KHz bei 800 Hz Eingangsfrequenz), die je weiter hinten man misst 
logischerweise verstärkt wird und dann zu einer falschen Anzeige am Ende 
des Filters führt.

Diese Störung tritt bei beiden Filtern nur auf, wenn fsignal < fgrenz 
ist - quasi auf der frequenzhöheren Seite des Filters ist alles ok.

Beim Bassfilter ist das nicht zu sehen - ich vermute jedoch einfach weil 
der mit fgrenz = 224 Hz ziemlich niedrig getrimmt ist und ich nicht im 
einstelligen Hz-Bereich gesweaped habe.

Alle Festwiderstände sind 1%.

Ich hoffe ich konnte erklären, wo mein Problem liegt. Ich finde die 
Analogtechnik sehr interessant und bin daher gespannt, wo ich den Bock 
geschossen habe.

Danke und Gruß

Jonas

[Kai K. (klaas)]

>ich bastel gerade an ner Analog-Schaltung im Audiobereich und habe da
>mich an einer Schaltung probiert, die zum Quasi-Filtern von Tiefen,
>Mitten, Höhen Bandpassfilter mit Mehrfachgegenkopplung verwenden.

Wieso "Quasi-Filtern"? Die Schaltung filtert ganz real.

Dennoch unterliegst du einem Denkfehler, wenn du dazu schmalbandige 
Bandpaßfilter verwendest. Damit detektierst du lediglich die 
Resonanzfrequenzen der jeweiligen Bandpaßfilter, aber nicht die 
ausgedehnten Bänder "Tiefen", "Mitten" und "Höhen".

>Aktuell hab ich noch Problem betreffend Mittel- und Hochpass - Bei
>bestimmten Frequenzen schwingt sich das Eingangssignal hinter den
>20k-Potis auf

Weil du extrem schmalbandige Bandpässe mit einer Güte von rund 20 
verwendest. Eine solche Schaltung ist für deine Zwecke völlig 
ungeeignet. Suche im Internet mal nach Lichtorgelschaltungen.

Und bitte verwende das korrekte und etablierte Symbol für 
Operationsverstärker, wenn du das nächste Mal einen Schaltplan 
zeichnest. Dein Schaltplan ist hochgradig unleserlich.

[Jonas A. (Firma: GreenWire-Elektronik) (padrejohn)]

Kai Klaas schrieb:
>>ich bastel gerade an ner Analog-Schaltung im Audiobereich und habe da
>>mich an einer Schaltung probiert, die zum Quasi-Filtern von Tiefen,
>>Mitten, Höhen Bandpassfilter mit Mehrfachgegenkopplung verwenden.
>
> Wieso "Quasi-Filtern"? Die Schaltung filtert ganz real.

Naja, eben weil wie von dir unten schon beschrieben nicht wirklich die 
Tiefen, Mitten und Höhen gefiltert werden sondern das mehr oder minder 
Peakdetektoren für bestimmte Frequenzen sind.

>
> Dennoch unterliegst du einem Denkfehler, wenn du dazu schmalbandige
> Bandpaßfilter verwendest. Damit detektierst du lediglich die
> Resonanzfrequenzen der jeweiligen Bandpaßfilter, aber nicht die
> ausgedehnten Bänder "Tiefen", "Mitten" und "Höhen".
>
>>Aktuell hab ich noch Problem betreffend Mittel- und Hochpass - Bei
>>bestimmten Frequenzen schwingt sich das Eingangssignal hinter den
>>20k-Potis auf
>
> Weil du extrem schmalbandige Bandpässe mit einer Güte von rund 20
> verwendest. Eine solche Schaltung ist für deine Zwecke völlig
> ungeeignet. Suche im Internet mal nach Lichtorgelschaltungen.
>
> Und bitte verwende das korrekte und etablierte Symbol für
> Operationsverstärker, wenn du das nächste Mal einen Schaltplan
> zeichnest. Dein Schaltplan ist hochgradig unleserlich.

Hallo,

danke für die Infos - bzgl. dem Symbol - das ist aus Eagle entnommen - 
werds beim nächsten Mal in Spice bauen, vl. hilft das der 
Übersichtlichkeit.

Wenn ich jedoch das Gelesene aus dem Tietze nehme, versteh ich das 
"extrem schmalbändige" nicht - Butterworth hätte ich jetzt eher damit 
bedacht ...

Dürfte ich trotzdem fragen woran das Schwingen nun liegt? Ich hab die 
Schaltung leider schon auf dem Tisch liegen - das war nur eine Bitte 
eines Kollegen das Aufzubauen - aus Zeitgründen kann ich leider nicht 
einfach was neues bauen. Außerdem möchte ich das gern als Erfahrung 
bzgl. Analogschaltungen verbuchen.

[Helmut S. (helmuts)]

Hänge mal zum Testen C9, C11 und C13 ab damit die Ausgänge nicht mehr 
belastet werden.

[Kai K. (klaas)]

>Wenn ich jedoch das Gelesene aus dem Tietze nehme, versteh ich das
>"extrem schmalbändige" nicht - Butterworth hätte ich jetzt eher damit
>bedacht ...

Im Anhang siehst du den Frequenzgang eines deiner Bandpaßfilter. Ist das 
nun schmalbandig, oder nicht?

>Dürfte ich trotzdem fragen woran das Schwingen nun liegt?

Bandpaßfilter hoher Güte neigen zum Klingeln. Dieses Klingeln wird 
hörbar, wenn auf den Eingang eine etwas steilere Flanke gelangt. Dies 
ist im zweiten Bild gezeigt. Das Eingangssignal springt hier von 0V auf 
100mV.

[ben (Gast)]

schau dir doch mal den amplitudenplot links an. Ja, das Filter ist zu 
schmalbandig, es werden ja nur Frequenzen um ca. 1kHz verstärkt.
Zudem ist die Verstärkung > 1 das erklärt auch das schwingen. die 
Impulsantwort eines solchen Filters ist ein abklingender Sinus.

[Jonas A. (Firma: GreenWire-Elektronik) (padrejohn)]

Hallo,

danke erstmal an die tollen Antworten - mir wird klar was passiert.
Nichtsdestotrotz muss ich die vorliegende Schaltung iwie halbwegs 
sanieren.
So wie ich das sehe, habe ich entweder die Möglichkeit

- die Güte zu reduzieren, wodurch ich jedoch eine höhere Bandbreite in 
Kauf nehmen müsste (z.B. 82k und 6n8)

oder aber

- die Flankensteilheit des Eingangsverstärkers zu reduzieren

Ist das so richtig?
Ich nehme an, dass ich bei höheren Frequenzen f > fgrenz dieses Klingeln 
nicht sehe, weil die Flankensteilheit abnimmt?
Warum jedoch nimmt das Klingeln kurz vor dem erwartungsgemäßen 
Spannungsanstieg bei f->fgrenz wieder ab?

Gruß und Dank

Jonas

[Kai K. (klaas)]

>- die Güte zu reduzieren, wodurch ich jedoch eine höhere Bandbreite in
>Kauf nehmen müsste (z.B. 82k und 6n8)

Eine Güte von Q=1...2 scheint ein akzeptabler Kompromiß zu sein, wenn du 
unbedingt an diesem ungeeigneten Bandpaßfilter festhalten willst.

>oder aber
>- die Flankensteilheit des Eingangsverstärkers zu reduzieren
>Ist das so richtig?

Nein.

[Jonas A. (Firma: GreenWire-Elektronik) (padrejohn)]

Danke nochmal an alle für die Hilfe - da sich auch mit Ändern von fgrenz 
oder der Güte kein befriedigendes Ergebnis einstellen wollte, habe ich 
den DC-Block hinter der Filterstufe (2u2, 39k) zu einem Hochpass 
umgebaut (100n, 1k bei Hochpass) - funktioniert wunderbar.