RC-Tiefpassfilter

[Filet W. (spicedrum)]

hallo,
ich weiß ein oft behandeltes Thema aber so ganz blicke ich noch nicht 
durch.

Also Ausgangssituation:
aus einem PWM Signal mit Amplitude 12V und Frequenz 20Hz mit 
einstellbarer Amplitudendauer möchte ich eine 1-10V Steuerspannung 
erzeugen.

ich dachte an einen 1 fachen oder 2 fachen RC-Tiefpassfilter.
Habe auch schon sehr viele Dokumente mit Formeln gefunden, hab aber 
nicht ganz verstanden wie ich mir aus meiner gegebenen Frequenz meine 
Grenzfrequenz bestimme, um dann die benötigten R und C zu berechnen.

Freundliche Grüße

[Helper (Gast)]

Filet Wellington schrieb:
> Frequenz 20Hz

Das ist schon sehr langsam... Die möglichkeit da schneller zu arbeiten 
hast nicht?
Wie präzise muss deine Steuerspannung denn sein?

[Filet W. (spicedrum)]

Ja leider nicht, die 20Hz PWM ist leider das einzige Signal mit dem ich 
arbeiten kann,
Wenn sich die gewünschte Spannung erst nach 1-1,5s einstellt und nen 
Ripple von 100-300mV hat dann ist das schon ok.

gerade um den Ripple raus zu bekommen dachte ich an 2 RC-Glieder.

Hab das ganze mal mit LTspice simuliert mit zwei AlCo´s aber die Werte 
entstammen dem Try and Error verfahren

[Gerhard W. (gerhard86)]

Die Zeitkonstante des RC-Gliedes ist tau=R*C, und die Grenzfrequenz 
fg=1/(2*pi*R*C). Die Zeit für das Abklingen einer Transiente an einem 
RC-Glied nimmt man mit ca 5*tau an (wenn es nicht furchtbar genau sein 
muss) dann entspricht der Wert am Kondensator zu >99% dem Endwert. Für 
1s zulässiger Abklingzeit müsstest du also auf ein tau=R*C=200ms 
zielen,wie groß der R ist hängt von der Belastbarkeit deines Ausganges 
und dem zulässigen DC-Widerstand des Filters ab. Für 1kOhm bräuchtest du 
dann etwa 200µF, für 10kOhm 20µF.

[Falk B. (falk)]

http://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation#DA-Wandlung_mit_PWM

Bei 20 Hz wird man einen SEHR niederfrequenten Tiefpass brauchen, da 
kommt man leicht auf Zeitkonstanten im Sekundenbereich! Da braucht man 
mehrere Stufen, ich sag mal 2-4, damit es halbwegs was wird. Bei 20 Hz 
bietet sich eine Pulsweitenmessung per Mikrokontroller an, das ist 
deutlich schneller.

[Filet W. (spicedrum)]

bei einem 1 fachen RC-Tiefpassfilter kommt bei meiner sehr kleinen 
Frequenz ein sehr starker Ripple raus.

würde es funktionieren 2 RC-Glieder aneinander zu Hängen, und diesen 
damit zu glätten?
Gibt es ein bestimmtes Berechnungsverfahren, bei dem ich erst meine 
erstes RC-glied bestimme und daraufhin mein Zweites?

@Falk:  leider ist ein µC keine Alternative.

[Falk B. (falk)]

@ Filet Wellington (spicedrum)

>bei einem 1 fachen RC-Tiefpassfilter kommt bei meiner sehr kleinen
>Frequenz ein sehr starker Ripple raus.

Logisch.

>würde es funktionieren 2 RC-Glieder aneinander zu Hängen, und diesen
>damit zu glätten?

Ja

>Gibt es ein bestimmtes Berechnungsverfahren, bei dem ich erst meine
>erstes RC-glied bestimme und daraufhin mein Zweites?

Jain. Entkopple in der Simulation deine Tiefpässe durch einen idealen 
Verstärker mit Verstärkung 1 (heißt im PSpice GAIN). Dann kann man 
schauen, wieviele Tiefpässe man mit welcher Grenzfrequenz braucht, um 
die gewünschte Einschwingzeit und Ripple zu erreichen. Danach kann man 
hingehen und mittels OPV passende Sallen-Key Tiefpässe aufbauen.

[Dennis K. (scarfaceno1)]

Filet Wellington schrieb:
> leider ist ein µC keine Alternative.

falscher Bereich?
Vielleicht verschieben?

[Filet W. (spicedrum)]

Tut mir leid wenn ich hier in den falschen Bereich gepostet habe, bin 
noch ziemlich neu im Forum.

zum sallen-key, eigentlich dachte ich daran zwei identische RC-Tiefpässe 
in Reihe zu schalten.
Zwar finde ich zum nicht entkoppelten noch die übertragungsfunktion, nur 
ist es mir nichtmehr klar wie ich aus dieser und meinen bestehenden 
größen auf Werte komme.

Hat da vielleicht jemand einen Algorithmus zur Hand?

Vielen Dank für eure Hilfe!

[Falk B. (falk)]

@ Filet Wellington (spicedrum)

>zum sallen-key, eigentlich dachte ich daran zwei identische RC-Tiefpässe
>in Reihe zu schalten.

geht auch, auch wenn es nicht optimal ist.

>Hat da vielleicht jemand einen Algorithmus zur Hand?

Du hast doch schon die Simulation, da muss man doch nur ein paar Werte 
variieren.

[filet wellington (Gast)]

Muss das halt meinem Professor zeigen...da schaut natürlich ne saubere 
Rechnung besser aus, auch wenn meine durch probieren gefundenen Werte in 
der Simulation sehr gut ausschauen

[Falk B. (falk)]

Es gab dazu mal einen schrecklich) langatmigen Artikel. Wenn's sowas ein 
soll . . .

http://www.mikrocontroller.net/articles/Gl%C3%A4ttungsfilter_f%C3%BCr_1-Bit_DA-Wandlung

Ob die Rechnung dort stimmt weiß ich nicht, das hab ich mir nicht 
angetan. Aber als akdemische Fingerübung durchaus brauchbar.

[filet wellington (Gast)]

Also die Sache ist die, dass die 20hz 12v pwm eine ausgangsspannung von 
einem anderen System ist, mit dem ich gerne eine 1-10v steuerspannung 
erzeugen würde.
Bei der pwm kann ich softwaretechnisch meine pulsbreite ändern und durch 
das glätten dann meine steuerspannung einstellen.
Würde auch gerne beim tiefpass bleiben, glaube ich :)

@Falk dann wohl mal danke für meine heutige gute Nacht Lektüre ;-)

[König Ripple (Gast)]

Wer die theoretischen Zsammenhänge des PWM-Filters verstanden hat, kann 
mit diesem Tool weiterarbeiten:

http://www.electronicdeveloper.de/FilterPassivTiefpassRCPWM1.aspx

[filet wellington (Gast)]

Hey !
Vielen dank mein König*verbeugung*

Also da hängt so gut wie keine Last dran. Is ne steuerspannung für ne 
einstellbare ksq , die Leistung kommt von nem anderen kabel

[Filet Wellington (Gast)]

Schonmal vielen Dank für deine Hilfe,
also anbei das gesamtkonzept und wie ich mir die Werte mit Ausprobieren 
erstellt habe.

würdest du das so absegnen :)