Frage zu einem Tiefpass

[Ingo D. (Gast)]

Es gibt Tiefpasse aus Kondensator und Widerstand, ein RC-Tiefpass oder 
Tiefpass 1. Ordnung. Dieser Tiefpass lässt laut seiner Beschreibung auf 
wikipedia nur Signale bis zu einer Grenzfrequenz durch und schwächt 
stärkere Signale ab.

Ein nicht so gutes Mess-Signal kann Oberwellen haben, die auf der 
Grundwelle mit vorhanden sind. Diese Oberwellen soll der Tiefpass 
wegfiltern.

Mir stellt sich nun die Frage, wie man die Grenzfrequenz ermittelt, die 
man braucht bzw. wie komme ich auf die Grundfrequenz meines 
Mess-Signals?

Folgendes Beispiel dazu:  An einem Elektromotor hängt eine 
Schlitzscheibe mit 1024 Schlitzen. Ein Laserstrahl tastet diese runde 
Schlitzscheibe ab, trifft auf einen Fototransistor, der einen Pegel von 
15V erzeugt. Die Maschine kann mit 15000 U/min drehen.

1024 1024*I/U * 15000 U/min * 1/60 min/s = 256.000 Impulse/s

Die Auswerteeinheit zählt nur steigende Flanken, keine fallenden 
Flanken.

Die Periodendauer eines Signales beträgt 1/256.000 Sekunden.

f = 1/T = 256.000 Hz = 256 kHz.

Könnte ich so nun sagen, dass z.B. meine Grenzfrequenz etwas mehr als 
256 kHz betragen muss, damit Oberwellen auf dem Signal z.B. durch EMV 
weggefiltert werden?

[Wühlhase (Gast)]

Ingo D. schrieb:
> Folgendes Beispiel dazu:  An einem Elektromotor hängt eine
> Schlitzscheibe mit 1024 Schlitzen. Ein Laserstrahl tastet diese runde
> Schlitzscheibe ab, trifft auf einen Fototransistor, der einen Pegel von
> 15V erzeugt. Die Maschine kann mit 15000 U/min drehen.

Tja...damit hast du ein Rechtecksignal erzeugt, das neben seiner 
Grundwelle selbstverständlich jede Menge Oberwellen hat.
Alles, was nicht sinusförmig ist, kommt durch die Fouriertransformation 
hinten mit Oberwellen wieder raus.

Und da würde ich erstmal darüber nachdenken ob es überhaupt so klug ist, 
diese herauszufiltern. Hilft dir ein Sinus mit zwar gleicher Frequenz, 
aber deutlich niedrigerer Amplitude und geringerer Flankensteilheit denn 
weiter?

[Rudi Ratlos (Gast)]

Ingo D. schrieb:
> Es gibt Tiefpasse
Ein Tiefpass, egal welcher Ordnung, hat immer eine bestimmte Kennlinie, 
die durch die Bauteile determiniert wird und damit von deren Werten 
abhängig ist. Und dieser Tiefpass muß dann noch irgendwo an einen 
Widerstand (Impedanz) angeschlossen werden, was den Filter verändert.. 
zur Berechnung eines Filters muß also beides bekannt sein: Impedanz und 
Einsatzfrequenz. Daraus berechnet man dann je nach gewünschter Kennlinie 
die Bauteilwerte.


> An einem Elektromotor hängt eine
> Schlitzscheibe mit 1024 Schlitzen. Ein Laserstrahl tastet diese runde
> Schlitzscheibe ab, trifft auf einen Fototransistor, der einen Pegel von
> 15V erzeugt.

> Mir stellt sich nun die Frage, wie man die Grenzfrequenz ermittelt
> damit Oberwellen auf dem Signal z.B. durch EMV weggefiltert werden?

Welche Oberwellen ?
Das ist ein Gleichstromsignal. Also DC-Rechteck.

Falls du EMV-Einstreuungen aus dem Motor meinst, der selbst dreht aber 
mit 15 und nicht 256 kHz. Also wieso Elektromagnetismus eine 
'Wechselstromfrequenz' in deine Leitungen einstreuen können soll, die 
dann das Umdrehungszahl-Meßergebnis verfälschen sollen -  weiß ich 
nicht.

Eine "Oberwelle" braucht eine Grundwelle. Hierbei handelt es sich aber 
um keine Welle . Sondern nur um ein ON-OFF-Signal (0V/15V)eines 
Fototransistors!. Oder wo soll die sein ?


Aber jetzt kommen sicher gleich bekannte  Rudi-Ratlos-Jäger
und werden dir erklären, was Sache ist .

[Michael M. (michaelm)]

Rudi Ratlos schrieb:
> ...Welche Oberwellen ? Das ist ein Gleichstromsignal. Also DC-Rechteck....

Was denn nun? DC oder Rechteck?

Natürlich ist es ein Rechteck-Signal. Und bist du sicher, dass ein 
solches keine Oberwellen hat?
Es besteht nämlich aus der Grundfrequenz und zahlreichen 
ungradzahligen Oberwellen, sonst wäre es kein Rechteck-Signal. ;-)

Und nun erzeugen 1024 Schlitze jeweils einen Lichtblitz, mit maximaler 
Drehzahl des Motors von 15.000 U/m. = 250 U/s ;-O
Das ergibt mal eben 256.000 Impulse...
___

@ Ingo:
Ja, ein TP mit einer Grenz-f von gut 256 kHz ist OK, je nach dem, was 
die Auswertung des Fototransistors noch zulässt. Soll hei0en, f-grenz 
etwas höher (270 kHz?), damit die 256 kHz noch relativ ungeschwächt 
durchkommen.
Hast du dir das Signal schon mal auf dem Oszi angesehen? Es wird wohl 
kein Rechteck aus dem Bilderbuch sein... ;-)

[Experte (Gast)]

Rudi Ratlos schrieb:
> Eine "Oberwelle" braucht eine Grundwelle. Hierbei handelt es sich aber
> um keine Welle . Sondern nur um ein ON-OFF-Signal (0V/15V)eines
> Fototransistors!. Oder wo soll die sein ?

ACHTUNG!

Alles von "Rudi Ratlos" am aller besten sofort ignorieren. Besonders 
seine eigentümlichen Vorstellungen über Grundwellen oder so.

Er blickt es einfach nicht und phantasiert hier alle paar Wochen aus 
seiner Wunderwelt irgendwelchen Stuss herum. So ähnlich wie ein 
Fiebertraum.

[Gerald K. (geku)]

Grenzfrequenz eines RC Tiefpasses:

$$f_g = \frac{1}{2\pi RC}$$

Ab der Grenzfrequenz sinkt die Ausgangsspannung um 20dB pro Dekade.

[Rudi Ratlos (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Was denn nun? DC oder Rechteck?

Meinem Verständnis nach besteht eine Welle aus Wechselstrom.
Und der Fototransistor liefert +/-15V ?

Ich versteh nicht, was er da mit diesem "Foto-Signal" will
oder was diese angeblichen EMV-"Oberwellen" Schädliches bewirken sollen. 
Ist aber gut möglich, aufgrund der Ausführungen, daß er mit Oszi 
Motor-Umdrehungszahlen präzise messen  will.

Oder bloß die Welt mit seiner Flacker-Laser-Show beglücken will .

[Rudi Ratlos (Gast)]

Gerald K. schrieb:
> Grenzfrequenz eines RC Tiefpasses:

Er sucht aber die Grenzfrequenz seines Signals
Und nicht die Grenzfrequenz eines Filters, das das Signal im Übetragungs 
beschneidet

[malsehen (Gast)]

Rudi Ratlos schrieb:
> Falls du EMV-Einstreuungen aus dem Motor meinst, der selbst dreht aber
> mit 15 und nicht 256 kHz. Also wieso Elektromagnetismus eine
> 'Wechselstromfrequenz' in deine Leitungen einstreuen können soll, die
> dann das Umdrehungszahl-Meßergebnis verfälschen sollen -  weiß ich
> nicht.
>
> Eine "Oberwelle" braucht eine Grundwelle. Hierbei handelt es sich aber
> um keine Welle . Sondern nur um ein ON-OFF-Signal (0V/15V)eines
> Fototransistors!. Oder wo soll die sein ?
>
> Aber jetzt kommen sicher gleich bekannte  Rudi-Ratlos-Jäger
> und werden dir erklären, was Sache ist .

Ich schmeiß mich .... aaahhh

[Christian M. (christian_m280)]

Rudi Ratlos schrieb:
> Meinem Verständnis nach besteht eine Welle aus Wechselstrom.
> Und der Fototransistor liefert +/-15V ?

Und wenn der Wechselstrom ein DC-Offset hat, ist er dann kein 
Wechselstrom mehr?

Gruss Chregu

[Lutz V. (lvw)]

Ingo D. schrieb:
>
> Ein nicht so gutes Mess-Signal kann Oberwellen haben, die auf der
> Grundwelle mit vorhanden sind. Diese Oberwellen soll der Tiefpass
> wegfiltern.
>
>
>
> Könnte ich so nun sagen, dass z.B. meine Grenzfrequenz etwas mehr als
> 256 kHz betragen muss, damit Oberwellen auf dem Signal z.B. durch EMV
> weggefiltert werden?

"Wegfiltern" - das kann kein Tiefpass!
Jeder Tiefpass kann nur Frequenzen oberhalb einer bestimmten 
"Grenzfrequenz" (die man selber definieren kann) dämpfen, also in der 
Amplitude reduzieren.
Der Grad dieser Dämpfung hängt natürlich ab (a) vom Abstand der 
jeweiligen Frequenzen von der Durchlass-Grenze und (b) vom Grad der 
Filterfunktion.
Ein simpler RC-Tiefpass (1. Grades) hat natürlich die schlechtesten 
Dämpfungseigenschaften: Faktor 1/10 bei Verzehnfachung der Frequenz 
(identisch zu 20dB/Dekade).

[Gerald K. (geku)]

Ingo D. schrieb:
> Könnte ich so nun sagen, dass z.B. meine Grenzfrequenz etwas mehr als
> 256 kHz betragen muss, damit Oberwellen auf dem Signal z.B. durch EMV
> weggefiltert werden?

Simulation der vom TO beschrieben Anordnung.
- Schlitz 1/3 der Zeit, Steg 2/3 der Zeit
- Innenwiderstand der Quelle (Fototransistor) mit 0 Ohm angenommen.
- Ausgang des Filters unbelastet.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Gerald K. schrieb:
> Simulation der vom TO beschrieben Anordung.
> Schlitz

Das sieht spannend aus. Wie stark verbessert sich das Signal bei Filter 
2, wenn für R1=1k und für C1=620pF eingesetzt werden (R2 und C2 bleiben 
unverändert)?

[Gerald K. (geku)]

Michael M. schrieb:
> Gerald K. schrieb:
>> Simulation der vom TO beschrieben Anordung.
>> Schlitz
>
> Das sieht spannend aus. Wie stark verbessert sich das Signal bei Filter
> 2, wenn für R1=1k und für C1=620pF eingesetzt werden (R2 und C2 bleiben
> unverändert)?

Cyan ist Vout2

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Gerald K. schrieb:
> Cyan ist Vout2

Danke für die Simu. Ich hatte insgeheim gehofft, dass die Kurve durch 
diese Maßnahme etwas sinusförmiger wird und somit weniger Oberwellen 
durchlässt. Naja, die Specs sehen sich relativ ähnlich und das 
Nutzsignal ist immerhin etwas größer geworden.

[Gerald K. (geku)]

Michael M. schrieb:
> Gerald K. schrieb:
>
>> Cyan ist Vout2
>
> Danke für die Simu. Ich hatte insgeheim gehofft, dass die Kurve durch
> diese Maßnahme etwas sinusförmiger wird und somit weniger Oberwellen
> durchlässt. Naja, die Specs sehen sich relativ ähnlich und das
> Nutzsignal ist immerhin etwas größer geworden.

Sinusförmiger wird es mit jeder RC-Stufe die man anhängt.

[HildeK (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Ich hatte insgeheim gehofft, dass die Kurve durch
> diese Maßnahme etwas sinusförmiger wird und somit weniger Oberwellen
> durchlässt.

Deine vorgeschlagene Modifikation wirkt sich nur in der Nähe der 
Grenzfrequenz aus. Der 3-dB-Punkt liegt dann näher an dem von nur einem 
Glied. Bei gleicher Dimensionierung hast du am Punkt f=1/2πRC schon 6dB 
Dämpfung.
Dies wirkt fernab von der Grenzfrequenz immer weniger. Kann man sich 
auch leicht erklären: Xc von C1 ist dann der bestimmende 
Quellenwiderstand für die nächste Stufe und je höher die Frequenz, desto 
niedriger ist dieses Xc.

[Frank H. (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Was denn nun? DC oder Rechteck?

Rudi nähert sich beängstigend schnell dem Niveau von Kurt...

[HildeK (Gast)]

HildeK schrieb:
> Michael M. schrieb:
>> Ich hatte insgeheim gehofft, dass die Kurve durch
>> diese Maßnahme etwas sinusförmiger wird und somit weniger Oberwellen
>> durchlässt.
>
> Deine vorgeschlagene Modifikation wirkt sich nur in der Nähe der
> Grenzfrequenz aus.

Nachtrag dazu:
Deine vorgeschlagene Modifikation liefert sogar ein noch schlechteres 
Zeitsignal - zumindest mehr Rippel. Liegt daran, dass in der Version mit 
gleichen Rs und Cs die 3dB-Grenzfrequenz niedriger liegt.
Im Anhang der Frequenzgang der beiden Varianten.

[Elektrofan (Gast)]

> Oberwellen

By the way:
Der Ausdruck "Oberschwingungen" passt in diesem Zusammenhang
besser, UND kommt (wenigstens bisher noch) nicht in Verdacht,
zu diskriminieren...

https://www.mundmische.de/bedeutung/45451-Oberwelle

[Wolfgang (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Es besteht nämlich aus der Grundfrequenz und zahlreichen
> ungradzahligen Oberwellen, sonst wäre es kein Rechteck-Signal. ;-)

Erstmal besteht ein unipolares Rechtecksignal aus einer DC-Komponenten, 
die der Hälfte des High-Pegels entspricht. Und erst dann kommt die 
Grundwelle.

[Elektrofan (Gast)]

> Und erst dann kommt die Grundwelle.

Und wieviel später?      SCNR

[Michael M. (michaelm)]

Wolfgang schrieb:
> ...ein unipolares Rechtecksignal aus einer DC-Komponenten,
> die der Hälfte des High-Pegels entspricht...

Das (die Hälfte) möchte ich bei einem Tastgrad von z.B. 10% oder weniger 
sehen. ;-O
Ich hoffe, du merkst selbst, auf welch wackeligen Füßen deine Aussage 
steht. :-)

[Wolfgang (Gast)]

Michael M. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> ...ein unipolares Rechtecksignal aus einer DC-Komponenten,
>> die der Hälfte des High-Pegels entspricht...
>
> Das (die Hälfte) möchte ich bei einem Tastgrad von z.B. 10% oder weniger
> sehen. ;-O

Hast natürlich Recht, Ich war von einer Gleichteilung der Schlitzscheibe 
ausgegangen.
Die enthaltene DC-Komponente entspricht der Höhe des Mittelwertes,

[Michael M. (michaelm)]

Die DC-Komponente (im zeitlichen Mittel betrachtet) ist grundsätzlich 
Resultat der Rechteck-Schwingung.
Ohne ein Rechtecksignal gibt es folglich nur eine konstante 
DC-Spannung auf H- oder L-Pegel, da kann man so lange warten, wie man 
will.

Eine konstante DC-Spannung an sich lässt sich ohne Rechteckgenerator 
viel leichter erzeugen. ;-)
Das Resultat einer Rechteckschwingung erzeugt aus einer bipolaren 
Versorgungsspannung überlasse ich nun dir.

Schade, dass sich der Themenstarter Ingo noch nicht wieder gemeldet hat. 
Vielleicht passiert es ja noch...