Dubbel T notch filter afregelen

http://www.radio-electronics.com/info/circuits/opamp_notch_filter/opam…

Hierin wordt gesteld dat R1 en R2 gematched worden binnen een 0.5%

Ik heb gemerkt dat je eigenlijk voor vijf van de zes componenten een willekeurige waarde kunt nemen. De zesde kun je dan trimmen tot de nul 'oneindig' diep is; dat blijkt altijd mogelijk. Op welke frequentie dat is, kun je dan natuurlijk niet meer kiezen...
Deze bijvoorbeeld, daar is R1 getrimd op de andere onderdelen:
      Simetrix

Hier is een mooie analyse van het algemene geval van de twin-tee. Er wordt ook wat zinnigs gezegd over de gevoeligheid van de nul voor componentenwaarden. Misschien is dat het antwoord op je vraag.
http://www3.alcatel-lucent.com/bstj/vol49-1970/articles/bstj49-6-1105.…

[Bericht gewijzigd door Frederick E. Terman op vrijdag 9 mei 2014 22:16:58 (19%)

Ha die Aart,

Leuk projectje
Wat denk je hiervan...
Voer een klein deel van je weerstandwaarden uit als LDR die je met een groene LED belicht.

Je kan dan je Arduino de LED's laten aansturen door PWM.
Dan heb je een mooi "Auto Null" systeem.

Gegroet,
Blackdog

Dank, dat ziet er bij een snelle blik uit alsof het juist hier over gaat.
Hier ben ik wel even mee zoet

Het vermoeden dat het altijd te nullen is deel ik.
Ik ben hier al even mee bezig, stiekem zat hier nog een poging voor, met naast potmeters (te kleine) trimmertjes over condensatoren en opamps er bij.
Dat was echter te veel om in één keer naar het zin te krijgen en de print verrommelde dus vanmiddag ben ik opnieuw bij de basis begonnen.

Als ik iets met de frequentie van de generator ga doen moet ik ook inschatten over welk bereik en hoe precies die ingesteld moet kunnen worden.
Natuurlijk fantaseer ik wel over geheel automatisch nullen, maar als ik de artikelen goed begrijp past men dan liever andere, complexere filters toe omdat die daar geschikter voor zijn.

Simpel en elegant vind ik bij dit ontwerp echter belangrijk.

[edit]
Een LDR lijkt mij hier inderdaad wel een stuk aantrekkelijker dan een digipot. Hij vormt toch maar een paar procent van de hele weerstand.

Hi Aart,

Ik begrijp dat je de harmonische vervorming van een vaste frequentie welke door een niet lineaire schakeling gaat meten wil.
Je kunt dan ook zonder sper filter werken en hoef je niets af te stemmen!
Ik gebruik een feedforward versterker maar voor lage frequenties kun je denk ik ook een verschilversterker gebruiken de voorwaarde is wel dat op beide ingangen een gelijke spanning aangeboden wordt.
Een ander methode is de tweede of derde intermodulatie te meten maar dan moet je gebruik maken van een analyzer of selective voltmeter.
Ik zal eens kijken hoe diep je komt met een opamp!

Gegroet Henk

Het kan inderdaad, en ook voor audio, zie b.v. dit ontwerp uit een Linear Audio van enige tijd terug. Ik heb die uitgave hier nu niet beschikbaar, maar het sprak mij niet zo aan, je moet nullen voor fase zowel als amplitude, veel extra elektronica in de signaalweg.
Maar als je een spectrum analyser (typisch een PC + software) voor de uitlezing gebruikt in plaats van een audiovoltmeter zal het vast bruikbaar zijn.

De intermodulatie-methode is mij bekend uit het Audio Measurement Handbook van AP (alhier te downloaden in ruil voor een email adres) - Het is een fraaie methode en nuttig als het DUT een beperkte bandbreedte heeft en je geen ruis wilt meten, maar een stuk complexer.
Ik zou zoiets anno nu niet meer met analoge elektronica proberen te maken denk ik.

Voor dit ontwerp wil ik mij uit zowel educatief als haalbaarheids-oogpunt beperkten tot een analoge directe meting met het 'klassieke' notchfilter.

Ik heb gekeken naar de beschikbare informatie, maar de transferfunctie heeft een dusdanige omvang dat hij voor mij onhandelbaar wordt (plaatje van internet)

Dus zit ik nu wat te experimenteren met de online beschikbare calculators. Het lijkt er sterk op dat de correctie voor kleine afwijkingen in dezelfde orde van grootte zit als de afwijking, dus met wat extra ruimte (iets als 5% instelbereik bij 1% componenten) zal het voor het overgrote deel van de gevallen goed af te regelen zijn.

Mijn doel is betrouwbaar de -100 dB (0.001%) te halen, dan is de notch ongeveer even goed als de ingangstrap er voor, en -100 dB is ook het bereik van de meter er na. Beter heeft in dit ontwerp geen zin en je meetopstelling zo stil krijgen is naar mijn ervaring ook nog niet zo simpel.

Hiervoor denk ik nu aan een drietraps-raket:

- 1% componenten gebruiken, deze zijn goed verkrijgbaar. Zitten we in theorie op -40 dB
- Afregelen met twee 10-slagen instelpots tot op -70, -80 dB Het filter staat hier al de hele dag onder de -80, ik vermoed dat de stabiliteit bij een goede opbouw, kleine temperatuurswisselingen en een Xtal generator voldoende is om dit met één keer afregelen te halen. Ik heb nu vooral last dat de frq van de analoge generator langzaam wegloopt.
- Een autotune met LDR's zoals gesuggereerd door Blackdog om het laatste stuk tot -100 te tunen. Dit zou met 8 bits te doen moeten zijn, de PWM frq kan dan hoog (en je tuned maar 0.01 % van de R) dus het voorkomen van ongewenste modulatie moet een doenbare uitdaging zijn. Desnoods neem ik een statische DAC.

LDR's worden op internet best veel gebruikt voor audio, maar als ik snel zoek vind ik geen serieuze metingen van de eigenschappen. Ik verwacht echter dat het wel los loopt.

Ik denk dat het eerdere generator-frequentie-tune idee niet zo veel voordelen tov een tweede afregeling & LDR heeft, en dan acht ik het laatste eleganter.

LDR gegevens staan oa. hier
http://www.eeweb.com/blog/circuit_projects/light-dependent-switch-usin…

Ik ben benieuwd hoe je de sinusgen opbouwt. 0.001% 1000Hz is geen sinecure. Ik heb wel CD's met testtonen, maar daar staan geen vervormingsspecs bij.
En mijn eigenbouw betrof 20-20kHz analoge generators.
Wienbridge met stereopots, wienbridge met 2*500pF varco en fets en XR chip based spul.
Was allang blij dat de sinus er goed uitzag op de scope!

edit hieronder
Bij een notch filter je de sinus eruit en het residue meet je. Hoe minder prut des te lager is de THD.
Just my 2 cents

Hmm knoeiwerk. Weer niet ge-edit <GRRR>

[Bericht gewijzigd door RAAF12 op zaterdag 10 mei 2014 19:28:45 (16%)

Hallo Aart,

Een korte vraag is het de bedoeling om de harmonische te meten zeg tot de 5e of 7e of zit ik nu helemaal mis?

Groet Henk.

Elex gebruikt in hun spotsinusgenerator van mei 1993 een kristaloscillator met daarachter een deler welke een 1kHz blok geeft welke ze vervolgens door een steil actief 9e orde Chebyshev filter halen.
Hierna zijn de harmonischen weg en houd je de grondtoon-sinus over. Het klinkt ingewikkelder dan het is, een 4060, vier opamps en negen uitgekiende RC netwerkjes

Men noemt in het artikel een THD+N van 0.0013 %, dat zit dicht genoeg bij wat ik nodig heb om het te proberen.
Met enige optimalisaties moet het wat beter kunnen. Er zijn op internet meer routes te vinden, maar ik wil voor deze toepassing graag een kristaloscillator als clock om één vrijheidsgraad van verlopen uit te sluiten.

Er zijn ook analysers die een HPF ipv een notch gebruiken, maar je zit dan snel met de rimpel in de doorlaatband die het spectrum vervormt. En veel elektronica in de signaalweg is minder handig (het vervormt, ruist en kost geld) en elegant dan minder.
Maar je zou wel de kritische afregeling kwijt zijn, dat is zo.
Wel onderdrukt zo een filter ook de brom en dergelijke LF interferentie (buffer laadpulsen etc.), terwijl die naar mijn idee juist wel interessant is bij het meten aan audioapparaten.

Ik wil inderdaad de ongewenste harmonischen meten, waarbij de nadruk op de lagere ligt, die bevatten de meeste energie. Veel audioapparatuur heeft een beperkte bandbreedte, dus het houd vanzelf ergens op.
Deze meting is op audiogebied heel standaard, het getal dat je krijgt is de verhouding tussen (de RMS waarde van-) het gewenste signaal en de ongewenste harmonischen + ruis samen, de THD+N (total harmonic distortion + noise).

Het resultaat zegt veel over de technische kwaliteit van een audioapparaat.

I.M
vermogensbandbreedte
sprongresponse (speed na een pulse en herstel daarvan)
stabiliteit bij capacitieve belasting
noise
THD

Dat is mijn favoriete volgorde.

Ik heb nu een paartje B@W 802 staan en die zitten op 1% THD bij 1kHz
Bij electrostaten ligt het wat lager.
Tja de laatste schakel in de keten is gelijk de zwakste <G>

edit

TNX voor de info!

Luidsprekers zijn gemakkelijk de zwakste schakel, dat is zeker waar. Maar daar aan meten is weer een geheel andere tak van sport.
Het is niet mijn bedoeling hier een discussie over de zin en onzin van audiometingen te starten. Dus ik houd mij in

Hi Aart,

In een van mijn topics over sinus generatoren zie je ook het een en ander over hoe ik zelf de LDR units bouw.

Hieronder een link hoe ik de LDR units bouw.
http://www.circuitsonline.net/forum/view/104335/2

En onder aan deze pagina geef ik aan hoe ik gemeten heb aan de LDR's
http://www.circuitsonline.net/forum/view/114296/1/blackdog+sinus

Mijn testen met sinus oscilatoren hebben laten zien dat je met simpel schakelingen zeer goede resultaten kan behalen.
Zoals met een lampje die de AGC regeld en dan een moderne opamp met een buffer binnen de regellus.
Deze buffer ontlast de opamp zodat je alles uit die opamp kan halen, want die ziet geen belasting.

Het kan ook iets anders zoals hieronder met 2x de NE5532.
Dit geeft de de meest vervormingsarme sinus die ik ooit gemaakt heb.
Wordt misschien nog beter met de mooie opamps van National/TI, maar dat kan ik niet meten.
Mijn meetvloer ligt met de Audio Precision op ongeveer 0,0005%

Gegroet,
Blackdog

Ja, dat topic had ik gevolgd
Ik heb nu wat meer gelezen, wat mij een beetje onaantrekkelijk lijkt is de grote variatie tussen verschillende LDR's, zowel in (vanwegen het Cd niet meer geproduceerde-) types als individueel. Komen nog aanzienlijke geheugen- en temperatuurseffecten bij, maar die zal de loop wel wegregelen.

Ze zijn ook compleet te koop geweest te zijn onder de naam Vactrol, die zitten nog in onze niet eens zo antieke subwoofer-filters meen ik.

Ik heb maar een paar verschillende oude LDR's liggen waar geen type op staat en zal er wat meebestellen om mee te experimenteren.

Een ander idee is een verwarmde NTC of PTC te gebruiken, het wordt vanzelf mooi traag en ze zijn goed verkrijgbaar in vele waarden met precies vastgelegde parameters zonder geheugeneffect etc.
Thermische koppeling en eventueel isolatie lijkt vrij goed te doen. Om vervorming door opwarmen door het signaal maak ik mij op deze plek niet zo veel zorgen.

[Bericht gewijzigd door Aart op zondag 11 mei 2014 12:43:54 (15%)

Klopt Wim Jak had in zijn zelfbouwversterkerboek van de Muiderkring LDR's gebruikt voor de afstandsbediening (met touw)
Maar de kwaliteit was toch minder dan bij een echte potmeter.
Ik heb nog wel een lijstje uit 1971 (Kontaktgids) waar alle toen verkrijgbare LDR's met alle specificaties staan vermeld.
Fotodiodes zijn wat stabieler dan LDR's <G> wellicht een andere optie?
Heb je ook een bepaald merk versterker in gedachten die je wil gaan doorfluiten?

Bij TransTec werd vroegah een Nakamichi audio analyser gebruikt. Dat was leuk spul, vooral als Peter Walker in de zaak was. De Godfather of Quad.

Hi Aart,

Die LDR's zitten toch in een tegenkoppel loop...
Kleine verschillen maakt volgens mij niet zo veel uit.
Verder zijn ze traag zat en je regelt maar een klein deel van je totale weerstand.
Ik ga er even van uit, dat je een spot sinus wilt op b.v. 1Khz.

Gegroet,
Blackdog

Dat klopt.

Omdat het hier toch regent heb ik het zojuist maar eens getest met een van de LDR's die ik hier nog had, in een dichtgesmolten 3D geprint huisje samen met een groene led. Ik had geen handig krimpkous voorhanden.

Het is in deze eerste poging nog niet lichtdicht genoeg, hij loopt op tot slechts een paar Mohm. Met extra verduistering gaat hij wel voorbij het 60 MOhm bereik van mijn multimeter.

Het regelt prima, bij slechts 1 mA door de LED zit hij op een paar honderd ohm. Vervorming valt mij een beetje tegen en hij heeft een onverwacht verloop tegen de frequentie: foto.
Dit is bij -20 dB met een weerstand van 10k naar gnd, dus ongeveer 100k LDR weerstand.
Maar van deze onbekende LDR heb ik er slechts één, dus heel relevant is het niet.

Hi Aart,

Klopt het dat je 0dBU gebruikt? (voor de gene die het niet weten 0dBU is 1V RMS)
Dan staat er 0,9V over de LDR dat is veel meer dan een paar procent in de eigenlijke schakeling...

Gegroet,
Blackdog

PS
Staat je Neutrik A1, in een houtzagerij?
Lang geleden dat ik daarmee gemeten heb (15 jaar geleden)

Er is een minimum bij -8 dB(V), 0.4 V, van ongeveer 0.1%. Misschien heb ik last van het lichtlek en interferentie (100 Hz), maar ik hoor ook duidelijk harmonischen.

Ik stof de A1 niet wekelijks af, maar deze foto overdrijft ook wat. Ik zal er op letten
Hij wordt wat ouder maar ik vind het nog altijd een prettig apparaat. Heel effectief, ook voor tests en reparatie van audio. Ik heb er een Neutrik RT-1M (DSP, HP-IB gestuurde 1U audio-meet doos) bij die andere kunstjes kan, maar die moet ik nog aan de praat maken. Antieke Windows software is duidelijk niet mijn liefhebberij.
Oudere AP wordt qua prijs ook steeds verleidelijker, maar het is allemaal slechts hobby en ik ontwikkel mijzelf niet zo snel.

Hi Aart,

Ik heb van die A1 heel wat keren de ingangsrelais vervangen.
Dat zal zondermeer te maken hebben gehad met het meten aan 100V eindversterkers.
Dat viel binnen de specs van dat apparaat maar de relais vonden dat toch niet leuk.

Ik heb alle geluidsinstallaties van de regering met zo'n apparaat doorgemeten, reglematig zelfs, 4x per jaar de instalatie van de 2e Kamer...
Dit vond ik een beetje overdreven, maar dat was de afspraak, ik kon die Neutik A1 toen blind bedienen

Ja lichtdicht moet het wel zijn en afgeschermt als je gaat meten.
Ik gebruik zwarte krimpkous, filtstift en een b.v. een BimBox om hem in te leggen zodat ik storingsvrij kan meten.

Gegroet,
Blackdog

Het vervolg;

Vanochtend heb ik een schets gemaakt van het filter en de weerstanden doorgerekend.

Voor het instelbereik van een potmeter met serie weerstand parralel aan een tweede weerstand blijkt na enige inleidende schermutselingen te gelden:

\frac{1}{(Rserie + Rpot)} - \frac{1}{ Rserie }= \frac{1 }{ Rmax} - \frac{1 }{ Rmin}

Deze vergelijking heb ik met de gewenste waarden, bijvoorbeeld 15915 ohm + en - 2.5% voor R_max resp. R_min en 10k voor de pot in deze online oplosser gestopt.
Het exacte antwoord dat daar uit komt laat ik uitrekenen door Google waarna je de serieweerstand hebt en met R_min of R_max de benodigde parallel weerstand uit kunt rekenen.
Omdat het wat onzinnig leek hier weerstanden samen te gaan stellen, we regelen immers af, koos ik vervolgens E96 waarden die samen het afregelgebied goed rond de gewenste waarde lieten uitkomen, dat bleek met de hand vlot te doen.

Tot slot heb ik mijn huisgeprinte Vactrols wat geperfectioneerd, ze zijn nu goed lichtdicht, gemakkelijk te monteren en voorzien van een anode-aanduiding voor de LED.

Vactrol-evolutie

Ik heb ze nu parralel met de rest geschetst, met twee 10 M weerstanden. Dit geeft een bereik van ongeveer 0.03 %, wat voldoende zou moeten zijn. Ik twijfel echter wat hier nu handig is, ze zouden ook parrallel aan een kleine shunt in serie met de rest kunnen en werken dan juist aan de onderkant van hun bereik. Ik vraag mij af op welke manier ze het meest lineair zullen zijn.

De onderdelen zijn verzameld, het bouwen komt van de week want het weer is te mooi..

Hi Aart

Goed bezig daar...

Ik zou met de volgende zaken rekening houden als je het regelbereik van de LDR's gaat instellen.
Drift van je oscilator, drift van je componenten.
Regel bereik tweel maal zo groot als nodig, als uitganspunt nemen...

Je kan er voor zorgen met een serie parallel schakeling van weerstanden dat er niet zo veel van het audio signaal over de LDR valt.
Het wordt hierdoor een stuk meer lineair.
Dus een hoofdweerstand die een bepaald bedrag te hoog is voor je balans.
Dan twee weerstanden in serie hier overheen met over een van die weerstanden dan de LDR.
Als je alles goed schaald, krijg je volgens mij een mooie regeling met in verhouding weinig vervorming van de LDR ondat er maar een klein deel van het te nullen signaal overheen valt.

Jammer dat ik wat weinig tijd heb, anders zou ik even met je mee spelen

Gegroet,
Blackdog

PS,
Nu kijk ik pas goed, en ik zie dat je het grotendeels al zo hebt uitgevoerd.
Gevoelsmatig zou ik niet van die hoge weerstanden kiezen.
ik zou kiezen tussen zeg de 1 en de 10K voor de LDR als hij regelt.
Ook doet jouw 20 slag instelpot flink mee in het totaal.
Ik ben niet echt gek op die potmeters in precisie schakelingen, wat dit dus ook is.

[Bericht gewijzigd door blackdog op zondag 18 mei 2014 13:38:07 (17%)

Bij deze ook een schets met de LDR in serie met de rest van de weerstanden, parralel aan een weerstand van 47 ohm geeft ruim 5 ohm regelbereik, dat is iets van 0.03% op 16k.

Ik heb inderdaad het gevoel dat dit beter zal werken, de stuurstroom door de LED is ook wat hanteerbaarder, ze zijn grofweg 1k bij 1 mA, 500 ohm bij 10 mA. Voor 1M gaat het vermoedelijk om micro-A.
Overigens verder alleen R4 iets verkleint, de andere kant ging wel met de 47 ohm er bij.

Ik hoop met de tienslags pots iets van 1% te halen, dat zou naar mijn idee moeten gaan. Dit is wel zo een beetje hun specificatie, meer zit er inderdaad niet in.
Ik vind vooral dat ze in dit soort schakelingen comfortabeler afregelen dan gewone trimpotjes. Een grof / fijn regeling zou ook kunnen, maar de stabiliteit wordt ook daar niet beter van.

Het is echt iets om in de praktijk uit te proberen

Opgebouwd zoals het tweede schema; de LDR's zitten via een jumper om ze apart te kunnen meten en evt. afregelen.

En een eerste test met alleen de gewone afregeling samen met de rest; het werkt zoals bedoeld en regelt gemakkelijk af naar < 80 dB, maar de generator in de A1 is niet stabiel genoeg om daar lang te blijven.
Dus nu eerst maar daar verder mee..

Een wat late update; niets gaat zo snel als je verwacht..

Alles zit nu op een echt houten breadboard geschroefd. Links de Uc + display, dan de 1 kHz spotsinus, daarnaast de ingang en de meetschakeling en tot slot de notch uit eerder dit topic.

Intussen is de 1 kHz spotsinus generator gebouwd, het is een 1 kHz Xtal-blokkendoosje rond een 4060 gevolgd door een 9e orde chebyshev filter rond 2x 5532. Losjes gebaseerd op het Elex 1993 ontwerp. Voeding van de 4060 is nu een gewone zener, mogelijk later een TL431 oid voor mooie stabiele amplitude.
Ik heb even snel getest met het filter aan een output van de microcontroller maar hier kwam te veel rommel uit (danwel door de gnd), ik heb maar besloten hier geen tijd in te stoppen. Het is wel interessant dat een digitaal signaal zo veel analoge troep kan overbrengen

Volgens mijn nieuwe Philips counter is de oscillator goed stabiel op bijna precies 1000 Hz.
Vervorming aand de uitgang is < 0.01 % op de A1, er is wat interferentie door de wat primitieve opbouw.

Het afregelen van de notch gaat zo inderdaad veel gemakkelijker, je zit zo op -80 dB en -90 is te halen, maar de tien graden temperatuurverloop vanmiddag maakten dat hij toch nog behoorlijk wegloopt.
Het werkt in ieder geval echter goed genoeg om het hele idee te testen, op een echte print zal het naar verwachting beter presteren.

Nu dus verder met de aansturing van de Vactrols.

Net breadboard!