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SC-Filter
1 Aufgabenstellung
Mit einem SC-Filterbaustein Type LTC1060 sind folgende Aufgaben zu realisieren:
· Messung des Integratorverhaltens des Bausteins
· Aufbau eines Tiefpasses zweiter Ordnung mit fG = 500Hz
2 Blockschaltbild
3 Integratorverhalten
Single Supply
R = 1,2kW
C = 0,15mF
Operationsverstärker
R1 = R2 = 100kW
Rückkopplungswiderstand
RS = 10MW
Betriebsspannung
UB = 5V
Der Pin 12 50/100/Hold , durch den sich das Verhältnis zwischen Schaltfrequenz und Taktfrequenz einstellen läßt, wurde auf UB/2, d.h. auf 100, geschaltet.
Der Takteingang CLKA (Pin 10) wurde über den Frequenzgenerator G2 mit 1MHz getaktet.
Die Schaltpegelwahl erfolgte über den Pin 9 ( LEVEL SHIFT ).
Der Pin 6 SAB mußte unbedingt auf Masse angeschlossen werden, da es sonst zu einer Schwingung gekommen wäre (Schalter schaltete ständig, hier mit etwa 9kHz).
Von Pin 2 auf Pin 5 wurde eine Rückführung mit einem 10 MW Widerstand hergestellt, da die Schaltung sonst nicht funktionierte (OPV Offsetkompensation für Integrator).
Spannung 1V / Div
Zeitbasis 0,2 ms / Div
Bei diesen Oszillogrammen ist deutlich ein invertierendes Integrierverhalten zu erkennen.
Bei näherer Betrachtung des Integratorsignales konnte beobachtet werden, daß die SC-Stufen eine Länge von 1/ftakt hatten, d.h bei 100 kHz 10µs.
Innerhalb von 0,5ms wurde eine Spannung von 480mV integriert. Daraus folgt bei einer linearer Annäherung eine Integrationszeitkonstante von 480mV / 0,5ms = 960V/s. Tatsächlich handelt es sich um eine ex-Funktion.
Dieses Verhalten wurde bei einer Taktfrequenz von 100 kHz und einer Rechteck-Eingangsspannung mit 1kHz aufgenommen. Bei einer Taktfrequenz von 1MHz ergab sich ein zusätzlicher Sprung von 100mV vor jedem Knick.
4 Tiefpass zweiter Ordnung
Der Rückkopplungswiderstand RS wurde wieder entfernt, danach wurde folgende Schaltung zweiter Ordnung aufgebaut
Als Tiefpass wurde ein Tschebyscheff-Filter mit 1dB Welligkeit ausgewählt. Um diesen zu erzeugen, mußten die Widerstände mit Hilfe der Tab. 14.14 im Tietze Schenk S. 410 dimensioniert werden.
Durch diese Tabellenwerte und den folgenden Formeln, die im Tietze Schenk auf S. 453 ersichtlich sind, ergaben sich folgende Widerstandswerte:
geg.: R1 = 100 kW
R3 = R1 / b1 R3 = 100kW / 1,5515 = 64,5 kW · R3 = 68 kW
R4 = R1 / a1 R2 = 100kW / 1,3022 = 76,8 kW · R2 = 68 kW + 8,2 kW
R2 = -R1 / A0 R2 = -100kW / (-1) = 76,8 kW · R2 = 100kW
Bei der darauffolgenden messtechnischen Überprüfung wurde festgestellt daß sich kein Tiefpaßverhalten einstellte. Das Signal nach dem OPV war in Ordnung, am Pin 1 (TP) war kein Signal vorhanden, am Pin 3 (HP) war das durchgeschleifte Eingangssignal mit einer überlagerten Schwingung zu erkennen.
Aus Zeitgründen konnten keine nähren Überprüfungen mehr vorgenommen werden.
5 Interpretation der Messergebnisse
Der SC-Baustein stellt eine einfache Möglichkeit dar, mit wenigen Bauelementen Filter mit variabler Grenzfrequenz aufzubauen (falls sie funktioniert).
Die Integratoren selbst zeigen deutliche Nichtlinearitäten, sicher ein unerwünschtes Verhalten.
