RC-Tiefpassfilter dimensionieren

[PICture]

Hallo!

Wenn ich nun mein Tastverhältnis auf 100% (255 Duty Cycle) schalte, dann kommt auch genau die gleiche Spannung heraus, wie vor dem Filter(Ua=4,385V).
Also würdeich sagen, dass mein Tiefpassfilter funktioniert und glättet.

Das ist falsch, weil bei PWM mit Tastverhältnis 100 % kommt saubere Gleichspannung aus und es gibt keine Wechselspannung Komponente. Ich kann dir leider beim Tiefpass nicht helfen, weil du kein Schaltplan und nix über gewünschte Parameter (wie Ausgang belastende Impedanz, max Welligkeit am Ausgang, usw.) deiner Schaltung angibst.

[BMS]

Hallo,
Die Ausgangsspannung hinter dem Tiefpassfilter ist im Mittel Ua=Ue*Tastverhältnis (der ripple ist hier noch nicht enthalten). Tastverhältnis in der Formel 0 (0%) ... 1 (100%).
Je weiter PWM-Frequenz und Grenzfrequenz des Filters auseinander liegen, desto niedriger wird der ripple, allerdings braucht die Ausgangsspannung hinter dem Filter dann auch länger, um sich auf ein geändertes Tastverhältnis anzupassen. Bei etwa 500 Hz PWM-Frequenz würde ich die Grenzfrequenz des Filters eher im Bereich 50 Hz wählen.

Das Ganze lässt sich natürlich auch mit SPICE simulieren (geeignete Programme: z.B. LTspice oder TINA-TI).
Deine Schaltung in der Simulation:

Da ist also wirklich noch sehr viel ripple drauf. Größenordnung 2,5 Volt ! Ist auch zu erwarten, da PWM-Frequenz und Grenzfrequenz des Filters nicht besonders weit auseinander liegen.
Mit 10k / 1uF werden es in der Simulation etwa 250mV.
Mit 10k / 10uF werden es etwa 25mV.
Dieses Verhalten ist auch zu erwarten, ein Filter 1.Ordnung fällt mit 20dB (=Faktor 10) pro Dekade im Frequenzbereich ab.


Warum wird der Arduino eigentlich mit 4,385V betrieben? Üblich sind 5V oder 3,3V.

Woher kommt die Info

Beim idealen DA-Wandler beträgt die Ripplespannung= 20mV.

?
Grüße,
Bernhard

[avr_racer]

Ich hoffe das klar ist, das bei einer PWM Grundsätzlich nur eine Frequenz vom AVR kommt die abhängig vom PWM-Mode ist. Diese Frequenz kann bzw muss vorher berechnet werden und ins OCRx geladen werden.
siehe Waveform Generation Mode Bit Description des entsprechenden AVR's
Jeder MODE ist auch erklärt und hat eine Gleichung nach der die PWM-Frequenz berechnet werden kann.

Welcher AVR sitzt denn auf dem ARDUINO?? ATmega328 ??

Ich mach mal ein Beispiel falls du eine Fast-PWM nutzt ist dafür die Gleichung

fOCnxPWM = fclk_I/O/ ( N (1+TOP))

N = Teilerfaktor (1, 8, 64, 256, or 1024)
TOP = kann sein (ff, 1ff, 3ff oder das was im OCR eingetragen wird) FF = 8bit, 1FF = 9bit, 3FF = 10bit, OCR = Modes welche diese Register als ENdwert nutzen....
fclk_I/O = CPUtakt

für 8bit-FAST-PWM
fOCnxPWM = 4Mhz / ( 8 (1+ FF )) = 244,140...Hz

für 10bit-FAST-PWM
fOCnxPWM = 4Mhz / ( 8 (1+ 3FF )) = 488,28..Hz

vielleicht kannst du dir jetzt erklären, wie man auf 470Hz kommt und welcher Mode genutzt wird.

Das mit dem Tastverhältniss 100% ist logisch das dort dann auch Ue=Ua ist, denn da wirds einen kleinen Spike geben von gerademal einen Takt.

Das betrifft
0% `________________`__________________

100% .---------------------.-----------------------.

Nach der Glättung bleibt ja auf der Gleichspannung immer noch eine Restwelligkeit (Ripple).
Beim idealen DA-Wandler beträgt die Ripplespannung= 20mV.
Deswegen wäre es interessant für mich zu wissen wieviel Ripple durch meinen DA-Wandler entstehen.

Der Ripple hängt davon ab wie schnell der Kondensator entladen/geladen wird bzw welche Last am Augang hängt !!!!!!!!!!!!
Hohe Last = Hoher Ripple
Keine Last = Kein Ripple
Wenn du einen Impedanzwandler an dessen Ausgang schaltest sollte das Ripple Problem verschwunden sein.

http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_de/avr_adc500.html
Auf dieser Seite wird ein ADC mit Hilfe eines PWM-Signal hergestellt und hier findest du mal ein Bild mit verschiedenen Graphen bei verschiedenen Tiefpässen dazu auch nochmal eine Erklärung.

Ua=4,385V/(wurzel(1+(2*Pi*10kOhm*100nF)²)
Ua(f=0Hz) = 4,385V-> so würde schonmal der richtige Wert herauskommen.

Ua(f=470Hz)= 0,320V-> der Wert für f=470Hz in der Ausgangsspannungsformel des TP kann nicht stimmen.

Lass die Gleichung mal weg und mache es dir einfacher. Setze einfach mal 30% Tastverhältniss auf die Spannung, welche den Controller versorgt, um. 30%*5/100 = 1,5V

[Lord Integer]

Hi,
vielen Dank für die Hilfe.

Ich habe nun den Kondensator auf 10uF geändert und den Widerstand auf 10k Ohm gelassen.
So erhalte ich eine Ripplespannung von 26,46mV (Berechnung mit 50% Tastverhältnis, da bei diesem Tastverhältnis die stärkste absolute Ripple auftritt) und die Restwelligkeit ist stark reduziert.
Jedoch errechne ich mit den Bauteilen (R=10k Ohm und C=10uF) eine Grenzfrequenz von 1,568 Hz.
Also liegt die Grenzfrequenz ziemlich weit weg von der PWM-Frequenz 470Hz.
Im Bezug auf die Restwelligkeit ist es ja auch gut so.
Nun ist ja die Frage ob sich die Ausgangsspannung nun auch in einer passablen Geschwindigkeit dem Tastverhältnis anpasst.
BMS schrieb, das er eine Grenzfrequenz von 50 Hz wählen würde.
Wenn es so ist , das muss ich ja andere Bauteilgrößen wählen und genau auf 50 Hz zu kommen und die Ripplespannung würde sich erhöhen , somit auch der Ripple.
Somit würde sich dann aber auch die Zeitkonstante ändern tau = R*C und der Kondensator sich schneller oder langsamer be- und entladen.

Und warum ist der Ripple gleich null, wenn ich einen Impedanzwandler bzw. Operationsverstärker nach dem TPF verschalte?
Warum liegt dann keine Last an? (gibts da auch ne Berechnung zu, bzw. wie kann man das beweisen?;P)
In der Hinsicht dieser Lösung könnte ich ja einen nichtinvertierenden OP mit einer Verstärkung von 1 nehmen.

Gruß Lord Integer

[avr_racer]

Nabend,

BMS schrieb, das er eine Grenzfrequenz von 50 Hz wählen würde.

Schau dir mal die Diagramme zum TP und HP an. Na überleg mal was du filtern willst ??? Eine hohe Frequenz soll gefiltert werden, also je nachdem wie stark man die Frequenz filtern will, wendet man Pässe anderer Ordnung an oder man schiebt, in der einfachen Ordnung, die Frequenzen weit genug von einander weg. (nur bedingt möglich) Einfach mal stöbern im Netz...

Und warum ist der Ripple gleich null, wenn ich einen Impedanzwandler bzw. Operationsverstärker nach dem TPF verschalte?

Grundlagen OPV, goldenen Regleln eines OPV. Einfach gesagt hoher Eingangswiderstand und niedrieger Ausgangswiderstand und wenn was mit einem hohen Widerstand belastet wird fließt auch geringer Strom in den Eingang des OPV's.

Warum liegt dann keine Last an? (gibts da auch ne Berechnung zu, bzw. wie kann man das beweisen?;P)

Die Last wird nur auf ein anderes Element verschoben sowie mit einfachen Relais und Schaltschützen. Kleine Leistung kann sehr hohe Leistung schalten
Jo berechnen kann man das aber wenn man das Prinzip verstanden hat reicht es meistens aus. Um deine Wissensdurst zu stillen, ja sicher kann man das.....

!!!!!! nur mit ner APP möglich !!!!!!!!!

http://elektroniktutor.de/analogverstaerker/impedw.html einmal lesen. ;PP

In der Hinsicht dieser Lösung könnte ich ja einen nichtinvertierenden OP mit einer Verstärkung von 1 nehmen.

Ja

Gruß Chris