Vraagje m.b.t. meetfilter 20MHz voor voedingen

blackdog

Honourable Member

Hi,

Ik wil een meetfilter hebben dat redelijk stijl is en zo min mogelijk verlies heeft.

Hieronder een basis 20MHz 50Ω filter dat natuurlijk 6dB signaal verlies heeft binen zijn doorlaatband.
Nu is het zo dat sommige metingen die ik doe echt low level zijn en dat ik liever niet heb dat ik 6dB van het te meten signaal kwijt ben.
Ja, ik heb een aantal meetversterkers, maar als niet nodig dan is het mooi.
Maar eerst even het standaard schema van een 50Ω in en uit LP filter.

https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-01.png

.
Nu is het zo dat Henk mij tijdens de ontwikkeling van mijn stroomtrafo project er op gewezen heeft dat er ook filters zijn die je vanuit een lage impedantie kan aansturen.
En ik vroeg mij dan ook af, of die filter configuraties dan geen 6dB verlies hebben?

Ik weet niet hoe dat soort filters heten, en ik weet ook niet of wat ik wil mogelijk is, dat hoor ik graag van de "Filter Wizzart" hier op het forum.

Dank vast en groet,
Bram

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn
Frederick E. Terman

Honourable Member

De filterhandboeken geven ontwerptabellen voor állerlei verhoudingen tussen in- en uitgangsweerstand1; ook 'oneindig' (dus bijv. Ri= 0).

Als je werkelijk vanuit een - zo goed als - spanningsbron stuurt, dan is Ri= 0 een goede keuze.

Het gemakkelijkst gebruik je tegenwoordig natuurlijk gewoon zo'n online calculator, waar je dit kunt invullen; bijvoorbeeld zo: (klik=groter)
Hier wordt het filter aangestuurd vanuit een spanningsbron.

https://rf-tools.com/lc-filter/

(De reden dat het ontwerp hier met een serie-element begint, is dat een shuntcondensator op een spanningsbron geen invloed zou hebben, zodat je dan geen vijf- maar slechts een vierpools filter zou hebben. )

--
1Voor de volledigheid, en voor de meelezers: wat hier 'ingangsweerstand', of 'input impedance' wordt genoemd is natuurlijk niét de ingangsweerstand van het filter, maar is wat het filter aan zijn ingang wil hebben qua bron. Net zo is de 'uitgangsweerstand' of 'output impedance' de gewenste belasting van het filter.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Blackdog,

Ik begrijp je niet ligt aan mij maar.......... hoe ka ik dan een 30 MHz laagdoorlaatfilter maken met 0,3 dB doorgangsdemping,
50 Ω in / uit 1 Watt en 28 dB reflectie demping :?

@Frederick E. Terman geeft opheldering en, ik las niet verder dan je tekening :+

Groet,
Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op 29 juni 2022 21:20:12 (16%)

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

Honourable Member

Hi,

Heel snel de twee grijze filterbaarden aan de lijn in dit topic! :+

Het gaat er om dat ik vanuit een relatief lage impedantie die ook weer niet perfect vast ligt, naar zeg een 50Ω belast filter wil gaan.
Kantelpunt 20MHz zie ongeveer het filter waarvan ik het plaatje toon, later wil ik ook een 1MHz filter maken voor de zelfde omstandigheden.

Ik ga er dus even vanuit dat de aanstuur impedantie laag zal zijn, maar ja, wie weet wat de uitgangs impedantie is van 10 verschillende voedingen tussen zeg 1 en 20MHZ.
Dus is er een configuratie mogelijk van een LP filter dat enigzins ongevoelig is voor de aanstuur impedantie, maar wel met 50Ω afgesloten.
Of vraag ik iets wat niet goed mogelijk is?

Groet,
Bram

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn
Frederick E. Terman

Honourable Member

Voedingen zijn, als het goed is, uitstekende voorbeelden van 'zo goed-als-spanningsbron'. Dus gewoon Ri= 0.
Theoretisch krijg je dan een andere doorlaat bij aansturen vanuit 1 ohm dan bij 0 ohm. Maar dat valt totaal in het niet vergeleken bij de filterrimpel die je toch al hebt: 0,5 dB komt ongeveer overeen met 5% spanningsverschil.
Trouwens, dit zou je leuk kunnen uitproberen in je sim. Ontwerp op 0, hang er een bron met R=1 aan, of R=10 desnoods, en kijk hoe weinig de doorlaat afwijkt. Dat zal je prima duidelijk maken hoe klein de verschillen zijn die daardoor veroorzaakt worden.

(Mocht je zeker weten dat de voedingen allemaal 10 ohm zijn, dan natuurlijk Ri= 10. Maar dat is natuurlijk maar een grapje.)

e: Voorbeeld van invloed door afwijkende bronweerstanden. Ontwerp voor Ri= 0, aangestuurd vanuit Ri= 0; dan 1, 2, 5, 10, 20 en ten slotte 50 ohm.
Zoals je ziet valt het, zéker tot 10 ohm, alles mee - de rimpel wordt alleen wat minder. Pas bij 20 en 50 ohm gaat het uit de hand lopen; daaronder verdoezelen de normale rimpel en tolerantie alles ruimschoots.

(De bronspanning is zó gekozen dat er op 0 Hz steeds 1 V uit het filter komt; dat is die formule die erbij staat. In de praktijk meet je immers zelf ook de uitgangsspanning van de voeding.)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Blackdog,

Ik begrijp het @frederick gaf duidelijkheid ik denk dat je met zo iets redelijk uit de voeten kom

Het zou nog beter zijn om de eerste condensator als een Thomson transformatie uit te voeren !
De opbouw is een uitdaging dus orthodox werken het zijn kleine spoelen !
In zo'n situatie gebruik ik de draadjes van de condensatoren ( als het kan ) om de spoelen te wikkelen ;)
De 12 nH = 014080 dat wil zeggen 1 winding 4 mm diameter 0,8 mm draaddikte en de tweede 9 nH 032380,
3 windingen 2,3 mm diameter 0,8 mm Ag draaddikte...

Groet,
Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op 29 juni 2022 21:52:41 (16%)

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Frederick E. Terman

Honourable Member

@electron920: dat is geen realistisch schema. (En we gaan van 0 naar 50; niet van 1 naar 10 000 ohm.)
Nu zijn je spoeltjes idioot klein, en je condensatoren idioot groot: de parasitaire zelfinductie van de condensatoren gaat de waarde van de spoeltjes verre te boven.
En zelfs als jouw filter te construeren zou zijn, zou het gedrag ervan wél enorm afhangen van de impedantie van de te testen voeding.

Je moet dus, bij aansturing uit een spanningsbron, beslist beginnen met het serie-element.

--
@blackdog: houd je gewoon aan de resultaten van de calculator ('Series First' :)), en je dag zal goed zijn.
Natuurlijk kies je dan voor 'standard values'2 voor de onderdelenwaarden; ik had hierboven nog de 'exact values' laten staan.
NB: zie ook mijn toevoeging van de grafiek aan mijn post hierboven.

--
2Filter met 'standard values':

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ha Frederick E. Terman,

Tja ik sluit met 10 kΩ af als ik dat met 50 Ω krijg je een verschuiving in de reactantie.
Maar als je uitgaat van de spanningsbron en met 50 Ω afsluit kijk je wederom in 50 Ω belasting.....
Wat ik begrijp van @Blackdog is dat wat hij wil voorkomen !
Om aan voedingen te meten dynamisch gebruik je een ander type filter !

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Natuurlijk kijkt de voeding hier in de doorlaatband naar 50 ohm.

Maar het gaat er bij het filterontwerp niet om wat de voeding ziet, maar waarmee het filter wordt aangestuurd (0 ohm), en waarmee afgesloten (50 ohm). Dát is wat we hier aan het doen zijn.

@TS weet prima wat hij wil (spanningsbron → filter → 50 ohm), en dat is ook correct.
Het ging alleen even om de ontwerpregels voor een filter met ongelijke bron- en belastingimpedanties.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
blackdog

Honourable Member

Hi,

Frederick E. Terman, je hebt gelijk, ik heb even nagedacht aan wat Henk aangaf, maar ik kan echt geen componenten kopen denk ik die een Q factor hebben die voldoende zou zijn, dit samen met dat het een ongelofelijk gepriegel zou worden.
Ik begrijp wel wat hij wil bereiken, maar ook denk ik dat het niet nodig is een perfect filter te maken.

Zoals je al aangeeft Frederick E. Terman, heb ik voor een bepaalde ripple gekozen en dat is natuurlijk al een aardig dominant deel van het geheel.

Ik was LTSpice :-) als aan het opstarten toen ik je post las, en natuurlijk ben ik zo roestig als wat, dus jullie zullen het met een aantal losse plaatjes moeten doen i.p.v. een stuurimpedantie sweep van 0,5 tot 8Ω

Hier is de stuurimpedantie 0,5Ω
https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-02.png

.
Hier is de stuurimpedantie 1Ω
https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-03.png

.
Hier is de stuurimpedantie 2Ω
https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-04.png

.
Hier is de stuurimpedantie 4Ω
https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-05.png

.
Hier is de stuurimpedantie 8Ω
https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-06.png

.
Vanaf 2Ω zie je echt dat de output minder wordt, maar dat valt voor mij nog binnen wat ik tolereer.
Ik kan aan de ingang van het filter een goede 0,1µF condensator plaatsen, maar Spice geeft dan een hele rare filter karakteristiek.
Die natuurlijk wel klopt omdat ik een te simpel uitgangspunt heb genomen door de spanningsbron een 8Ω weerstand te geven en met 0,1 of 0,47µF waarmee ik testte is natuurlijk geen reële situatie.

Ik denk dat ik dit filter eens ga bouwen en in een BimBox plaats, coax uit en 19mm banaan bussen aan de ingang zodat ik het kastje eventueel direct op een voeding kan prikken.

Dank voor de input Heren!
Bram

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn

Ha Frederick E. Terman,

Ja dat heb ik @Blackdog al een jaar of 2 geleden uitgelegd en een ontwerp gepresenteerd !
Ik vraag mij alleen af heeft dat ik deze situatie voordeel ik denk het niet.
Als ik mijn 30 MHz 50 / 75 Ω laagdoorlaat aansluit op de voeding dan heb ik waarschijnlijk ook 0,3 dB doorgangsdemping,
en niets dubbele afsluiting he zo dubbele afsluiting :?
Jij verplaatst de bron weerstand niet naar de uitgang ( als je 50 Ω wil belasten ) er is aan de ingang helemaal geen 50 Ω waar spanning over val !
Dat laatste vraag ik aan Bram dat was anders met je Op amp daar was je dubbel aan het afsluiten ( C.T. ) !
Vergeet niet wat jij wil meten heeft nauwelijks iets met de statische weerstand van de voeding vandoen,
elke voeding / regelaar is inductief !
Hier wil je een puls antwoord meten @Frederick laat mooi zien dat zwabbert alle kanten op.....

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Frederick E. Terman

Honourable Member

@Henk, lees alsjeblieft alles nog eens goed. Je relaas raakt steeds meer kant nog wal.
Ik heb geen puls-antwoord laten zien. De grafiek die jij daarvoor houdt is gewoon de rimpel van het filter, die ik bij verschillende bronweerstanden laat zien.
En ja, het filter is hier singly-terminated. Dat is normaal voor de situatie bij voedingen: die belast je nu eenmaal niet met hun eigen impedantie. Zverev en Bowick leggen het goed uit.
Het is vreselijk vervelend hoe je steeds weer, en steeds méér, met je posts de zaak in het honderd gooit.

--
Ha, mooi Bram. Nog één aanvulling:

Vanaf 2Ω zie je echt dat de output minder wordt,

Maar zo moet je in dit geval niet rekenen. Zoals ik zelf hierboven al aangeef, mag/moet je uitgaan van de uitgangsspanning bij 0 Hz.
Die spanningsval over de bronweerstand is immers geen eigenschap van het filter, maar van de bron (voeding).
Het zou hier niet eerlijk zijn, de spanningsval als verzwakking door het filter te zien.

Om eerlijk te 'meten' in de sim, kun je de spannningsbron aanpassen zodat er steeds dezelfde spanning het filter in gaat, zoals ik deed.
Of je kunt als 'meting' de verhouding tussen uit- en ingangsspanning nemen. Meestal heet dat iets van 'dB Relative voltage', of 'dB(v1/v2)', of zoiets.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
blackdog

Honourable Member

Hi,

De grafiek die F.E.T. laat zien zier er zo natuurlijk heel erg uit, zo ingezoomd. :-)

Hou er rekening mee dat het gaat om het meten van stoorsignalen die op uitgangen van voedingen staat, dat is absoluut geen statich signaal.
Vaak wordt de Scoop gebruikt voor het filteren, dus het 20MHz kanaal filter wordt dan aangezet.
En van dat filter weet je b.v. in principe niet zoveel, totdat je het gemeten hebt.

F.E.T. dank voor de filter link, ik sla hem op omdat hij handig is!

Dat wordt morgen kerntjes uitzoeken en de condensatoren.

Groet,
Bram

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn

Ha Blackdog,

Ik zou zeggen probeer zo'n filter dan zie je van zelf het resultaat niets SIM want dat is een papieren tijger.
Maar als je in de la een 50 Ω in 50 Ω uit heb liggen probeer die dan eerst dat was mij relaas !
En van de grafiek dat zie ook alleen kan ik er niets mee in de praktijk nog in de theorie |:(
Ik meet hier op de zelfde wijze alleen zal je de dempingsfactor goed in de gaten moeten houden dus dat rolt niet uit een SIM.
Een R,C. combinatie als eerste sectie is een goede, maar probeer het zelf en kijk of het naar tevredenheid is.

Groet,
Henk.

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

Bram,

is het 20MHz filter in je scoop een digitaal filter?

blackdog

Honourable Member

Hi Rene! :-)

Het is in principe voor een scoop en/of een breedband RMS meter.
Ik wou er gisteren avond al wat meer over loslaten in dit topic, maar er was een klein ongelukje hier...

Ik hoorde toen het gebeurde mijn moeder dit weer zeggen: "Man(zo noemde ze mij vaak) heb je stront aan je handen" dat dan op zijn plat Amsterdams. :+
Dat is dus als je regelmatig dingen uit je handen laat vallen, hier dus een doos met een mix van ontkoppel condensatoren denk dan aan een paar duizend stuks *grin*
Er ligt nu nog een klein hoopje condensatoren op de grond, die ik waarschijnlijk het ronde archief in schuif om tijd te besparen.

Wat ik wel nog heb gedaan is een mix uitzoeken voor een koppel condensator zodat ik de uitgang
AC gekoppeld kan aansluiten, dit omdat ik b.v. een scoop met 50Ω ingangsimpedantie niet wil opblazen.
Met mijn Analog Discovery ben ik wat metingen gaan doen om en mix van condensatoren te vinden die vrij vlak is en weinig resonantie geeft.

Maar waarschijnlijk ga ik altijd AC gekoppeld uit en bescherm ik alleen de inwendige 50Ω belasting weerstand.

Ik ben er nog niet klaar mee hoe het schakel technisch op te lossen, het was al na 24:00 toen ik stopte.

Oja, het is in principe alleen om ruis/stoor metingen te gaan doen en niet voor het doen van dynamische belasting testen

Het filter in de scoop hangt af van de maker en het model, mijn Hameg/RS scoop heeft meerdere soorten filters voor het gebruik, waarvan ik niet weet of het standaard 20MHz filter “analoog” is of ook digitaal.

Wat betreft de nieuwe Siglent en de MicSIG scoop betreft, ik heb geen idee hoe de filtering geregeld wordt.
Ik heb veel gewerkt met de filtering in de Hameg/RS scoop, maar weet ook dat je goed moet opletten dan je de ingang/ADC niet overstuurd, dan krijg je vreemde effecten en het duurt meestal even voor je er achter komt dat je niet goed bezig bent. ;)

Groet,
Bram

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn
PE9SMS

Golden Member

Op 29 juni 2022 22:50:00 schreef blackdog:
Ik was LTSpice :-) als aan het opstarten toen ik je post las, en natuurlijk ben ik zo roestig als wat, dus jullie zullen het met een aantal losse plaatjes moeten doen i.p.v. een stuurimpedantie sweep van 0,5 tot 8Ω

Vul bij de series resistance van de spanningsbron een parameternaam in, bijvoorbeeld {res}. En zet in je schema:

code:

.step param res 0.5 8 0.5

Van 0.5 tot 8 ohm in stappen van 0.5 ohm.

This signature is intentionally left blank.
blackdog

Honourable Member

Hi PE9SMS,

Hierbij de "vrugt" van je inzet in 1Ω stapjes :+
Ik zet wat je aangeeft als tip in mijn "handige dingen" lijstje van LTSpice, dank hiervoor.
https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-07.png

.
Frederick E. Terman
Ik begrijp wat je bedoeld, maar ik kon zo snel die functie in LTSpice niet vinden.
Maar dit is een plaatje waarbij je ook blauwe traces ziet die de spanning aangeven op de linkerzijde van L1.
https://www.bramcam.nl/Diversen/PSU-Meetfilter-08.png

.
Nu weer verder een klant happy te maken.

Dank en groet,
Bram

Existence, well, what does it matter? I exist on the best terms I can... Heart and soul, one will burn

.

[Bericht gewijzigd door rbeckers op 1 juli 2022 16:06:12 (100%)

...
Wat betreft de nieuwe Siglent en de MicSIG scoop betreft, ik heb geen idee hoe de filtering geregeld wordt.
Ik heb veel gewerkt met de filtering in de Hameg/RS scoop, maar weet ook dat je goed moet opletten dan je de ingang/ADC niet overstuurd, dan krijg je vreemde effecten en het duurt meestal even voor je er achter komt dat je niet goed bezig bent...

Als je een ingang of ADC overstuurd, dan heb je waarschijnlijk een digitaal filter. In de datasheet van de Hameg scoop staat alleen dat het een filter is op Ca. 20MHz .

Ha heer rbeckers,

Tijdje geleden :)
Ik weet wel zeker dat in de scope van @blackdog het begrenzing filter 20 MHz voor de A.D.C. zit dus waarschijnlijk analoog,
voor een multipad filter is de afsnij frequentie laag !
Dat betekend wel dat het absoluut geen brickwall filter is dus een smooth roll off !

Ik weet nog niet goed wat Bram precies van plan is maar hij kan zoals ik in eerste instantie zij een 50 of 75 Ω ,
filter maken zoals hij in het begin laat zien.
De rest is niet interessant zolang je een factor 10 hoger afsluiting heb meet je bijna de E.M.K. dat is op zeker,
de situatie 5 Ω reactief is het matje........

Afhankelijk van de eigenschappen hoe klein zijn de signalen die je wil meten en met welke nauwkeurigheid ?
Ik heb zelf 5 jaar geleden ook zo'n set gemaakt volgens mij was @Blackdog er toen ook mee bezig.
Mijn opbouw zijn een aantal filters 0,01 Hz tot 10 Hz 10 Hz tot 1 kHz en 1 kHz tot 2 MHz ik vindt 20 MHz wel groot ?
Even afwachten maar je kunt ook symmetrisch meten of met een trafo werken daar heb ik mijn trafo's voor ontwikkeld.

Groet,
Henk.

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