Dual Passive Low Pass Filter 100Hz -1KHz


blackdog

Golden Member

Hi flash2b,

De waarde is goed maar kan beter, je zit dan nu rond de -50dB demping.
Uiteindelijk moest ik naar waarden boven de 1M om die hel diepe notch te halen.
Je kan het ook zo laten als je -40dB haalt van 49 tot 51Hz dan is dat mooi zat.

Je kan dit filter zoals ik al een beetje heb aangegeven ook als vervormings meter zien.
Hou er wel rekining mee dat dit geen actief filter is en dat als je de frequentie karakteristiek uittekend
je kan zien dat vooral de 2e harmonische ook wat gedempt wordt.

Wil je van de demping van de 2e en derde harmonische af, dan kan je de active versie van mijn 50Hz notch filter bouwen met een dual fet opamp.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

@ blackdog

misschien een domme vraag van me, maar waarom gebruik je voor de verbinding van de print naar massa twee (zwarte) draden en niet gewoon één draad.

Is dit om een beter EMC afscherming te bekomen ?

Hetzelfde bij onderstaande filter, ook daar werden de aansluitdraadjes naar verschillende aansluitpunten gebracht. Was dit omdat het organisatorisch / praktisch gemakkelijker was om aan te sluiten bij het dichts bijzijnde punt of zit er een andere reden achter ?

RAAF12

Golden Member

Op 17 november 2019 14:49:50 schreef blackdog:
Je kan dit filter zoals ik al een beetje heb aangegeven ook als vervormings meter zien.

Zo deed ik dat ook long time ago maar dan bij 1000Hz om het residue te meten om daarna de vervorming te bepalen. De vervorming van de sinusgen was volgens het zelfbouwboekje beter dan 0.001% Was allemaal low cost, geen cent te makken! Maar er waren toen minder nauwkeurige reeksen R en C's en meetapparatuur dus erg tijdrovend om een goed dubbel T filter op te zetten.
https://www.changpuak.ch/electronics/Active_Notch_Filter.php laatste plaatje
-109dB

Moet aan de meter kant trouwens nog een belasting worden aangebracht om de uitgang spanning te bepalen ?

blackdog

Golden Member

Hi pamwikkeling, :-)

Dat is omdat het een kleine moeite is om het op deze manier te doen.

De meeste filters zijn bedoeld voor onder de 100KHz en dat is heel anders dan de filters die ik hier heb voor zeg boven de 1MHz.
Die filters zijn volgens de HF kunst opgebouwd.

Het 20KHz/100KHz filter kan net volgens mijn normen wat de opbouw betreft :-)
Het is bedoeld om te meten aan voedingen en referentie circuits om de HF die er soms optreed een beetje buiten de metingen te houden.

Het filter is nu mooi genoeg, maar als het doosje of connectoren iets anders van model waren geweest, dan waren de zwarte draden nog korter aangesloten geweest.

Bij de eerste filters in dit topic zijn die massa aansluitingen natuurlijk wel nodig, maar daar speeld inductie van de verbindingen nog geen rol.
Kijk bovenaan eens naar de filter karakteristiek van deze passieve filters, in de 1KHz stand haalt het filter -55dB bij 40KHZ,
dit geeft aan dat de wat lange massa bedrading bij deze frequenties niet zo van belang zijn.

Al mijn LC filters die natuurlijk niet in dit topic te vinden zijn, zijn wat HF betreft netjes opgebouwd met korte massa verbindingen voor de beste filter werking.

Verder zijn deze passieve filters bedoeld om aan kleine signalen te meten, dus weerstands verliezen van de massa verbindingen spelen hier geen rol.
Het 20KHz/100KHz filter is niet bedoeld om aande uitgang van een 100-Watt audio versterker te plaatsen onder vol vermogen!

Dat zijn speciale toepassingen, dan moet je met de impedantie en de dissipatie die optreed in de filtercomponenten rekening gaan houden.
Zoals altijd, ken je meetinstrumentarium en eerst denken en dan denken en dan pas doen :-)

flash2b
Het filter laat je in principe onbelast, alleen de ingangsimpedantie van je scoop of mV meter bij het Notch filter.
Bij het notch filter mag je een stukje coax gebruiken aan de uitgang.
Bij het 20KHz/100KHz filter is het de bedoeling dat je het filter zonder kabel aansluit zoals je op mijn foto's kan zien.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Na het door rekenen van de RC tijd contanten met de door mij gebruikte en gemeten waarden en mijn verhouding van C1 (en C3) vs C2 kwam ik erachter dat dat een extra parallel weerstand de notch diepte kon verbeteren.

Nadat ik een extra geselecteerde 1MΩ parallel aan R4 had gesoldeerd kwam ik op 12mV ipv 18mV uit, terwijl de notch nog (nagenoeg) op 50,1Hz bleef.

Volgens mij is dat iets meer dan 80dB demping nu.

blackdog

Golden Member

Hi flash2b,

Er zijn eigenlijk twee trim sessies, de eerst is bij jou net zoals bij mij dat je de condensatoren net iets groter in waarde kiest
En dan je weerstanden berekend, ik ben dus uitgegaan van uitgezochte 150nF condensatoren zodat ik maar één waarde nodig had voor deze condensatoren.
Mijn selectie was voor de condensatorenrond de 0,1% of minder boven de 0,3 en 0,6uF

Toen de 22K 1% weerstanden uitgemeten, twwe setjes van twee en één setje van 4 weerstanden dit leverde uiteindelijk 2x 11K op en 5K5.
Op het breadboard heb ik toen de componenten als het filter opgesteld en ben met extra weerstanden het filter zo dicht mogelijk bij 50Hz getrimt.

En als laatste geprobeert een zo diep mogelijke notch te krijgen, iedere verandering in een onderdeel die je aanbrengt geeft ook een notch frequentie verandering.
Maar met wat aandacht kom je uiteindelijk toch heel dich bij de optimale frequentie met een diepe dip.
Dus plaats je een trim component dat zal je in hele kleine stapjes de frequentie moeten veranderen den aan kleiner dan een duizendste Hz,
daarom heb je een moderne functie generator nodig om niet helemaal gek te worden :-)

Is dit allemaal nodig nogmaals nee! maar ik vind het nu eenmaal leuk en nuttig om uit te zoeken wat er mogelijk is en leer veel van deze instelling van mij.

Het filter voegd uiteindelijk twee signalen samen, dat is het signaal direct door de weerstanden en het signaal direct door de condensatoren aan de onderzijde.
Bij een 50Hz signaal zijn beide paden uit fase zodat daar een "0" optreed, dat is dus de rede van de onderdrukking aan de uitgang van het filter.

Alle aanstuurimpedanties en afsluit impedanties zullen het filter beinvloeden!
Zo gaat dat bij passieve filters, dit 50Hz notch filter krijgt een steeds minder diepe notch als de aanstuur impedantie hoger wordt.
Ik heb het dus getest met een 50Ω afgesloten functie generator waardoor de aanstuur impedantie van het filter dan 25Ω wordt.

Sluit ik dit filter aan op een LAB voeding om bij ruismetingen geen last te hebben van de brom, dan is de aanstuurimpedantie vaak lager dan 1Hz, wat optimaal is voor het filter.
Sommige zullen mischien denken, Bram je hebt een 400hz High Pass filter in je Audio Precision meetset, klopt dit verwijderd prachtig de brom ui het signaal.
Maar het doet nog meer... het filterd ook de 1/F ruis/prut die ik juist wel zil zien.
Door dit filter te gebruiken kan ik nog steeds een vrij goede indruk krijgen van stoorsignalen beneden de 25Hz van LAB voedingen of spannings referenties.

Als je niet zoals ik een dBr functie hebt op je meetinstrument (veel DMM's hebben ook een dB stand en een "0" mogelijheid)
dan kan je het aantal dB's demping hier even uitrekenen.

http://www.sengpielaudio.com/calculator-gainloss.htm

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik vond het ook een leuke exercitie en er gaat wel wat tijd in zitten, maar het resultaat telt.

Bij het uitzoeken van de condensatoren kon ik weer de compare functie van mijn LCR gebruiken. Maar eerst moest ik uitzoeken hoe deze functie eigenlijk werkte. Moest best veel componentjes checken om de juiste eruit te kunnen samenstellen.

Kennelijk is het resultaat dus -52,4dB.

Ik rekende met 416,66 verzwakking, en elke 20dB is 100 verzwakking zodoende > 80dB. Ben geen ster met dB's.

[Bericht gewijzigd door flash2b op 17 november 2019 22:39:04 (19%)]

blackdog

Golden Member

Hi flash2b,

Leren en begrijpen kost tijd, of het nu slijpen van boren is, of het tunen van een filter! :+
Als het goed is begrijp je nu ook je RCL meter weer en beetje beter...

Het tunen heb ik dus gedaan door één weerstand van 4M7 te nemen en deze over een van de andere weerstanden te plaatsen en
dan te kijken wat het voor variatie gaf en regelde steeds de frequentie een beetje bij om te zien of de dip beter werd.

Omdat je niet de enige bent die niet altijd makelijk met dB's rekend heb ik dus een link geplaatst waar je dit makkelijk online kan doen.

Lijstje voor spannings verzwakking, voor vermogen is het anders!

2 x verzwakking = -6.020607095625629 iedereen zegt altijd -6dB, bij nauwkerige meetinstrumenten kan je beter 3 cijfer achter de comma aanhouden ;)
3,162 x verzwakking = -10dB
10 x verzwakking = -20dB
100 x verzwakking = -40dB
1000 x verzwakking = -60dB
10.000 x verzwakking = -80dB
100.000 x verzwakking = -100dB

Dit weet ik uit mijn hoofd en daardoor weet ik snel hoeveel iets versterkt of verzwakt zonder na mijn rekenmachine te grijpen.
De website calculator gebruik ik als het precies moet voor een toepassing.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ik ga trouwens ook nog jouw tip met het op null zetten van mijn meter op het dB bereik uitproberen. Dan zou ik de waarde uit kunnen lezen.

Heb al naar kastjes zitten kijken. Had natuurlijk geen kleine metalen versie "op voorraad" dus het wordt er eentje waar ik 'langer' op moet wachten van mijn vriend "Ali". :+

@edit: Behuizing besteld en netjes wat extra voor een snellere verzending betaald, schatting is nu 2-12 dit jaar nog.

[Bericht gewijzigd door flash2b op 18 november 2019 18:11:36 (16%)]

Het kastje kwam na 9 dagen binnen vanuit China. Het bestaat uit 2 gelijke delen en is van aluminium. In de voor en achterkant heb ik gaten voor de banaan en BNC chassis delen gemaakt.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/20191204_104617_resized.jpg

Het printje heb ik wat ingekort en de aansluit pennen iets dichter bij elkaar gezet. Zo kon het geheel zwevend worden vastgesoldeerd aan de chassis delen en had ik slechts een enkel stukje draad nodig bij de BNC.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/20191204_113800_resized.jpg

Toen het geheel dicht was heb ik met mijn Brother 2 labels geprint zodat ik later nog weet wat er in zit.
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/20191204_121413_resized.jpg

Ik wil blackdog bedanken voor het ontwerp en de uitleg van dit filter.

Ha flash2b,

Mooi bakkie die kan zo naar eBay Made in Holland ;)
Ik doe eigenlijk de uitgang ook vrij van de behuizing dus in/uit zweven dan kan je het kastje aarden als een guard maar de keuze en omstandigheden kunnen anders zijn.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Golden Member

Hi flash2b,

Netjes geworden!
Wat henk zegt kan ook wat de Guard betreft, ik denk aleen dat je niet snel een guard driver beschikbaar hebt en dan is zoals het nu is de beste oplossing.

Je moet je zelf er alleen bewust van zijn dat het kastje aa néén kant van het signaal vast zit.
Dus de vervorming aan de uitgang van een voedingstrafo van een project meten kan dan meestal niet als je scoop al aan aarde ligt.
Dus altijd nadenken voor je het een en ander aansluit voro de beste resultaten,
en niet zoals ik van de week eff snel iets doen en dan publiekelijk voor aap staat. ;)

Je je het kastje ook nog met de gesloten behuizing gemeten, en hoe diep kwam je toen?
Let verder op dat je kastje zich niet bevind binnen het magnetische veld van transformatoren in je meetomgeving.

Ik ben een aantal keren midden in de huiskamer gaan zitten met wat apparatuur, dit om er voor te zorgen dat ik toen geen last van stoorvelden zou hebben.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Dank voor het compliment.

@electron920
Dat is ook nog een optie. Ik heb nog een geïsoleerde BNC en ook een metalen banaan chassisdeel. Ik zag dat blackdog géén geïsoleerde BNC had gebruikt, vandaar dat ik hetzelfde had gedaan.

De print zweeft en wordt door mijn solderingen op de chassisdelen goed op zijn plaats gehouden.

Het filter werkt trouwens prima, kwam 1mV lager uit nu.

Ik heb het 50Hz Notch filter ook gebouwd.
Een extra uitdaging was, dat ik dit met aanwezige onderdelen wilde doen. Een mooi kastje had ik nog liggen en de connectoren ook. Een heel setje 0.15uF Ero MKT C's bleek minder dat gedacht. Erg temperatuur gevoelig.

Andere C's dus en daarmee ook andere R's. Met de rel-functie van mijn LCR meter ging dat vrij vlot. Ik kwam uit bij een kwartet 0.33uF's waarvan de min/max 0.5% verschilden.

Het vinden van passende weerstanden was veel meer werk. Ik heb de weerstanden met dezelfde LCR meter geselecteerd. Het twin-T filter bouwen op gaatjesbord ging snel.

De eerste versie dempte al 55dB en met een kleine tweak kwam ik uit op ruim 58dB. Meer is met aanpassingen mogelijk, maar veel werk. Ik mis nogal wat weerstandswaarden uit de E96 reeks.

Met verder verhogen van de demping wordt de bandbreedte van de dip nog smaller. En die is nu al -0.14/+0.1Hz.

Leuk mini-projectje!

Ha markce,

Ook jou model/uitvoering ziet er mooi uit :) en met een goed resultaat.
Ik ben alleen van mening dat MKT niet zo geschikt is voor dit soort smalle filter toepassingen.
Als ik niet anders kan ga ik voor MKP of een mix van MKT en MKP i.v.m het temperatuur coëfficiënt dit is bij MKT zo'n + 400 + / - 200 ppm / °C en bij MKT - 200 + / - 100 ppm / °C.
Maar ook de veroudering door het solderen is vrij hoog 1 a 5 %.
Ik denk dat als je het filter half volgend jaar meet je niet verder kom als 35 dB en dat is jammer ;(
Wat dan wel een mooi compromis is styroflex condensatoren.
Een andere oplossing is er een bandstopfilter van maken + / - 5 Hz dat vangt de tolerantie gedeeltelijk op :+

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Ha Henk,
Dat had ik nog niet volledig beschreven: ik heb inderdaad geen Ero maar ook geen andere MKT's gebruikt. Ik had nog MKC's liggen (Philips). Die zijn al een stuk stabieler en toch redelijk compact.

Ha markce,

Helder dat is een stuk beter MKC polycarbonaat is heel goed voor de lange tijd stabiliteit en ook een goede Tc.
Maar deze worden ook niet meer gemaakt ;( al zijn er nog genoeg maar de spoeling wordt dun.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
RAAF12

Golden Member

Waarom neem je geen zilver mica? Dat is mijn nummer 1 als het stabiel moet zijn. Ik heb nog hele grote exemplaren, gekocht bij Quakkelstein in Vlaardingen liggen. Maar de nieuwere, in kleinere maten zijn ook gewoon te koop. En parallel zetten. Dat wordt vast een dure aangelegenheid.

Leuk om weer een afgebouwd exemplaar te zien van het Notch Filter. We hebben allemaal andere componenten gebruikt en de kastjes zien er ook allemaal anders uit, maar de werking is hetzelfde. :)

Waarom neem je geen zilver mica?

Zilvermica C's zijn mooi stabiel.
Maar ik wilde het filter met mijn eigen voorraad componenten bouwen. Ik heb wel wat zilver-mica C's maar in kleine waarden. Maar 1 grote, van 22nF.
Het wordt met zilver-mica C's ook erg groot qua afmeting. Die 22nF is al groter dan mijn 0.33uF Poly-Carbonaat C (10x volume dus).

Voor de volledigheid nog hier het schema van het filter dat ik op inspiratie van de Blackdog versie gebouwd heb.

Alle weerstanden zijn uitgezocht op nauwe match.
Toevoegen van het 12 ohm weerstandje gaf nog 3dB extra demping.

blackdog

Golden Member

Hi,

Ja ik ben er nog, was erg druk deze week.

markce, ziet er netjes uit!

Nog even over het afregelen van het filter, mijn doel was deze: tussen 49Hz en 50Hz minimaal 40dB demping.
Het filtertje dat ik gebouwd heb voldoet hieraan, het is ietsje meer bij de aangegeven grensen.

De door mij gekozen 49 en 51 Hz voor de -40dB grenzen houd in dat de netbrom onderdrukking voro mijn toepassing altijd voldoende is.

Kijk hier eens naar een stukje logfile van de UT van Twente betreffende de net frequentie.
https://wwwhome.ewi.utwente.nl/~ptdeboer/misc/mains.html

Wat Henk zij betreffende een low pass en een high pass (bandpass) filter is niet echt zinnig als je dit passief gaat uitvoeren.
Dat gaat veel te veel demping geven en dat kan je dan beter met opamps gaan uitvoeren.

En dan nog dit, het maken van filtertjes en juist het uitzoeken van de componenten levert veel kennis op.
De gene die al wat filters gemaakt hebben zijn vooral wat het notch filter betreft wijzer geworden wat temperatur drift betreft.
De verschillen in type condensatoren en dat je beter geen koolweerstanden moet gaan gebruiken ook weer door het temperatuur effect van deze componenten.

Of de optimale notch verschijft door verandering van je LAB temperatuur 23 naar 26C en je optimale notch gaat dan van 49.762 naar 50,0432Hz, boeie...
De netfrequentie zwabbert toch de hele dag :+

Nogmaals de hier getoonde passieve filters zijn bedoeld om via een korte kabel op een scoop of b.v. een hoog Ohmige multimeter te worden aangesloten.

Maar ik ga jullie niet tegenhouden om testen te doen met een hogere aanstuur impedantie dan zeg een voeding circuit(kleiner dan 1 Ohm) of de 50 Ohm impdantie die ik veel gebruikt heb.
Ook kan je uitzoeken of de filters die je hebt gemaakt beinvloed worden door de afsluit impedantie...
Ken je meet aparatuur, voorkomt fouten door aannames.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Een frequentie response van mijn gebouwde filter heb ik dankzij miedema nu ook beschikbaar. De notch frequentie klopt met mijn AC millivolt metingen.

https://www.uploadarchief.net:443/files/download/flash2b%2050hz%20notchfilter%20freq%20curve%20clio%201hz%2020k-sm.png

Ha flash2b,

Dat is nagenoeg het zelfde als je zelf heb gemaakt die van jou zit in een keurig doosje :D
Er is wel een type die je kunt instellen dat (kan) makkelijk zijn als je een minder diepe maar steile sper wil of juist een diepe maar helaas een brede sper als je beide wil zal je een hogere orde moeten maken :(
Jou sper is de diepste maar tja.... dan ook de breedste :o

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.