Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bandpass mit OPV - Berechnung


von Paul (Gast)


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Hallo zusammen,

ich habe vor ein paar Tagen eine Lichtschranke nachgebaut, die ich im 
Netz gefunden habe.

Der Sender war ok, der Empfänger laut der Aussage von Forenmitgliedern 
(und mittlerweile eigenen Erfahrungen) eher mäßig. In der Diskussion 
fiel dann der Begriff "aktiver Bandpass mit OPV".
Ich habe mir die letzten paar Tage dieses Thema immer wieder durch den 
Kopf gehen lassen und mich schlussendlich mal etwas eingelesen, Zahlen 
geschubst und mal etwas zusammengesteckt.

Da ich keinerlei Erfahrung mit sowas habe, kann ich leider nicht 
einschätzen ob das was ich gebaut habe Sinn macht, üblich oder totaler 
Unfug ist.

Aufgebaut und berechnet habe ich den Bandpass auf folgender Grundlage:
http://mhoerte1.equinox.eu.com/fragen/ie/IE_06.pdf

Die Bedingung lautet ja omegaHP < omegaTP

Als Mittenfrequenz habe ich 7,5Khz gewählt. Mit dieser bin ich flexibel, 
aber irgendwas zwischen 4 - 12 Khz wären gut, da mein Sender diesen 
Bereich abdeckt.

Ich habe nun folgende Werte "ausgewürfelt"


Rg = 4K3
C = 4,7nF
R1 = 1K
C1 = 22nF

V = - 4,3

Wenn ich damit die Frequenzen für HP und TP bereche, dann komme ich auch 
folgende Werte. Es ist anzumerken das ich unterm Bruchstrich noch ein "2 
x Pi" ergänzt, damit ich  direkt auf die Frequenzen komme.

f HP = 7,234 KHz
f TP = 7,875 KHz

Das sieht soweit für mich erstmal ok aus.

Ich habe das ganze dann aufgebaut und eine LED an den Ausgang des OPV 
angeschlossen. Leider passiert über den gesamten Frequenzbereich von 
4-12KHz nichts mit der LED. Sie bleibt immer aus.

Daraufhin habe ich einen BC547 an den Ausgang des OPV angeschlossen, der 
dann die LED schaltet. Nun passiert folgendes:

Bei 3 Khz leuchtet die LED sehr schwach, drehe ich die Frequenz nach 
oben, leuchtet die LED schlagartig so hell wie sie sollte, drehe ich 
noch etwas höher, dann wird sie langsam wieder dunkler.
Irgendwas scheint also zu funktionieren.

Der verwendete OPV ist ein LM358, Vcc beträgt 10V,

Nun meine Fragen:
Sind die Werte für den Bandpass so ok?
Was könnte man besser machen?
Wie erreiche ich ein hartes ein und ausschalten der LED?


Als Widerstände stehen mir die E24 Reihe zur Verfügung, bei den 
Kondensatoren leider nur 1nF, 4,7nF, 6,8nF 10nF, 22nF 33nF, 47nF 68nF 
und 100nF.

Vielen Dank für eure Hilfe!

von Paul (Gast)


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Und wieder mal einen Anhang vergessen.

Hier ein Screenshot der Berechnung.

von Rudi, der Dampfnilp (Gast)


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Ja. Der Opamp in der gezeigten Schaltung benoetigt bipolare speisung 
also zB +10V / -10V, sonst ist da nichts. Dann mueste man nachschauen, 
oder der 358 schnell genug ist.

von Rudi, der Dampfnilp (Gast)


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12 dezimale Stellen bringen nichts, wenn  die komponenten 1% haben...

von oszi40 (Gast)


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Ohne jetzt Deine Filterkurven zu sehen, würde ich vermuten, daß Du noch 
einige Steine auf dem Weg zum Erfolg hast.
1.Bevor man Filter benutzt, sollte man erst mal prüfen ob nicht schon 
optische Mittel wie Linsen und schwarzes Rohr gegen Fremdlicht den 
Erfolg bringen.
2.Eine Filterstufe allein vollbringt noch keine Wunder.
3.Selbst wenn man auf 12 Kommastellen genau rechnet, gibt es selten 
Widerstände mit dieser Genauigkeit.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Nur der Richtigkeit halber: Der Bandpass ist - entgegen den 
Informationen im PDF - nicht 1., sondern 2. Ordnung. Das ist aber nicht 
das Problem.

Die untere und die obere Grenzfrequenz liegen so dicht beieinander, dass 
in der Mitte dazwischen nicht die theoretisch berechnete Verstärkung von 
4,3 erreicht wird.

Hast du beachtet, dass der Innenwiderstand der Signalquelle (das wird 
wohl irgendeine Schaltung mit einem Fototransistor sein) sich zu R1 
addiert und damit den Frequenzgang beeinflusst?

Um ein sauberes Ausgangssignal zur Steuerung der LED zu erhalten, musst 
du in irgendeiner Form einen Demodulator (z.B. einen Gleichrichter mit 
Tiefpass) und einen Schmitt-Trigger nachschalten.

Poste doch mal deine Empfängerschaltung, dann kann dir sicher jemand bei 
der Auslegung des Filters und der nachfolgenden Schaltung helfen.

von Hannes (Gast)


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Rudi, der Dampfnilp schrieb:
> 12 dezimale Stellen bringen nichts, wenn  die komponenten 1% haben...

Deswegen habe ich im Text ja auch die meisten Dezimalstellen 
weggelassen, aber auf dem Screenshot meines GTR hab ich einfach alles 
mitgenommen was dastand.

Yalu X. schrieb:
> Poste doch mal deine Empfängerschaltung, dann kann dir sicher jemand bei
> der Auslegung des Filters und der nachfolgenden Schaltung helfen.

Wird gemacht!

Das R1 noch mit reinspielt stimmt schon, dass habe ich noch gar nicht so 
recht bedacht.

von Paul (Gast)


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Hallo zusammen,

ich habe einen Schaltplan erstellt.

So sieht meine Schaltung zur Zeit aus. Getestet habe ich sie noch nicht, 
dazu brauche ich erst einmal zwei 9V Block Batterien, damit ich eine 
symmetrische Versorgung hinbekomme.

Ich besorge mir dann die Batterien, dann teste ich, bis dahin kommen 
eventuell noch Verbesserungsvorschläge und Fehlerbehebungen.

Danke für eure Hilfe!

von Rudi, der Dampfnilp (Gast)


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Dir ist aber schon klar, dass die LED im besten Fall mit der 
durchgelassenen Frequenz flimmert? Sofern denn die Basisspannung 
ueberschritten wird. Ich wuerd noch einen Basiswiderstand spendieren.

von Paul (Gast)


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So ganz klar war mir das nicht, aber jetzt ist es das.

Also könnte ein Kondensator am Ausgang das ganze geflimmer glätten? Wäre 
es sinnvoll diesen VOR oder NACH den Basisvorwiderstand zu setzen?
Wären 10K ok?


Ich habe das ganze gerade mal aufgebaut. Zwei 9V Block in Reihe, in der 
Mitte GND abgegriffen.

Die Helligkeit der LED steigt linear mit der Erhöhung der Frequenz. 
Scheint eher ein Dimmer zu sein als ein Bandpass ;)

Schaltplan ist mit im Anhang, eventuell weiß ja jemand rat.

von Paul (Gast)


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Wieder vergessen

von Rudi, der Dampfnilp (Gast)


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Nach einem Bandpass kommt Wechselspannung raus. Also waere ein 
Gleichrichter angesagt. Resp eine Diode und ein widerstand vor dem Gate. 
So etwa.

von Paul (Gast)


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Also quasi so?

Habs mal aufgebaut, mit uns ohne Kondensator, keinerlei Verbesserungen. 
Das gleiche Verhalten wie oben.

von oszi40 (Gast)


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von Paul (Gast)


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oszi40 schrieb:
> http://www.elektronik-kompendium.de/sites/sic/0304101.htm
> ~~~~ Gleichrichten und geeigneter Schwellwertschalter...
> http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_en...

Danke für die Links! Das sieht vielversprechend aus.

Ich habe das ganze jetzt mal nachgezeichnet.

Ein paar Fragen bleiben aber offen:

1. Was ist mit der Gruppe aus C1 und R3, wo muss die nun hin. Im 
Ursprungsthread gabs darauf leider keine Antwort.

http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=161034&page=0&category=all&order=time

2. Gehen statt der da gezeigten Dioden auch 1N4004? Es geht ja nur um 
eine Gleichrichtung, oder? Die sollten doch gehen?

3. Eine symmetrische Versorgung ist damit ja dann überfällig, oder?

4. Leider habe ich keinen 2,2µF Elko da, aber 4,7µF hätte ich. Ist das 
eine zu große kapazitive Last oder könnte das noch funktionieren?

Danke für eure Hilfe!

von HildeK (Gast)


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Paul schrieb:
> 1. Was ist mit der Gruppe aus C1 und R3, wo muss die nun hin. Im
> Ursprungsthread gabs darauf leider keine Antwort.

So, wie sie in deiner Zeichnung sind, ist das korrekt. C1/R3 führen zu 
einem Hochpassverhalten der Schaltung, d.h. keine Verstärkung des 
Gleichanteils.

> 2. Gehen statt der da gezeigten Dioden auch 1N4004? Es geht ja nur um
> eine Gleichrichtung, oder? Die sollten doch gehen?

Wenn die 1N4001 gehen, dann gehen auch die 1N4004. Die halten statt der 
50V eben 400V Sperrspannung aus - beide Werte sind deutlich über dem, 
was du benötigst. Wenn ich welche kaufe, dann nur 1N4007, die decken die 
andern mit ab :-).
Ich hätte aber eher die 1N4148 o.ä. genommen. Die 1N400x sind eher für 
die 50Hz-Welt vorgesehen.

> 3. Eine symmetrische Versorgung ist damit ja dann überfällig, oder?

Ja, durch C2, R3, R6 wird eine künstliche Mitte hergestellt. Damit geht 
die Schaltung natürlich genauso wie mit einer symmetrischen Versorgung.

> 4. Leider habe ich keinen 2,2µF Elko da, aber 4,7µF hätte ich. Ist das
> eine zu große kapazitive Last oder könnte das noch funktionieren?
Den kannst du auch nehmen. Aber auch weniger (1uF) sollten noch genauso 
funktionieren.

Etwas mehr Bedenken habe ich bei der Wahl des OPA. Ein LM358 bei 7kHz 
mit Verstärkung >2000 zu betreiben geht schlicht und einfach nicht. Da 
muss einer her mit einem Gain-BW-Produkt von mindestens 20MHz. Der 358 
hat gerade mal 1MHz.

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