Verbesserungsmöglichkeiten einer akt. 2-Wege Frequenzweiche mit OPV

Hi,

in der gezeigten Schaltung sind mehrere richtige Böcke drin!


R1 ist unnötig, sofern dahinter kein C nach Masse kommt, z.B. 1nF um die Bandbreite nach oben hin zu begrenzen und störende HF abzuhalten.

Die Eingangspuffer haben vom +Eingang keinen Widerstand nach Masse....damit ist kein DC-Bias-Pfad vorhanden.

Das Poti in der Rückkopplung ist viel zu groß dimensioniert.
In einer Weiche benötigt man nur geringe Verstärkungen. Elliots Puffer tun eben das z.B. durch direkte Rückkopplung des Ausganges auf den negativen Eingang (Verstärkung=1).
In Deiner Schaltung sind Verstärkungsfaktoren von 1-fach bis 23,7-fach möglich.
Nur ein Poti in der Rückkopplung kann zu Knallen im LS führen, sollte der Schleifer des Poti beim Verdrehen den Kontakt auch nur kurzfristig verlieren, da die Verstärkung sofort auf den OpenLoop-Wert hochschnellt. Sicher sind Schaltungen, bei denen das Poti parallel zu einem Festwiderstand liegt.

Üblicherweise wird die Pegelanpassung erst am Ausgang der Weiche bzw. in den Ausgangstreibern der Weiche realisiert und nicht am Eingang. Die 5k-Trimmer sind unnötig im TP-Zweig und frequenzverändernd im HP-Zweig.
Die Potis müssten auch gleichlaufend arbeiten, sind hier aber gegenläufig gezeichnet.

Das dickste Ding aber ist der C2 in der Gegenkopplung des oberen OPs. Die Weiche kann doch gar nicht richtig gefunzt haben, da zu niedrigen Frequenzen hin die Verstärkung sehr groß wird (openLoop-Wert!!) und der arme OP dauerhaft übersteuert.

Kurz: Vergess das Teil so wie es ist, oder nagel es als schlechtes Beispiel an die Wand. Sind ja fast mehr Fehler als Bauteile drin!

Die Elliot-Schaltung 81 (Figure1) ist sauber und ok. Falls HF-Probleme bestehen kann zwischen R2L und +Eingang ein kleiner Folien-C nach Masse geschaltet werden (~470pF-1nF).
Mittels 20k...50k-Poti im Ausgang (es reicht eines für den lauteren Kanal) kann die Lautstärke angepasst werden.

Für längere Kabelstrecken kannst Du Ausgangstreiber wie aus Figure2 hinzufügen. Sollte etwas Verstärkung notwendig werden, dann verwende nur den ´oberen´ Treiber und vergrößer R5L (Verstärkung= 1+ R5L/R4L). Mit Verstärkungfaktoren <5 (R5L max. 39k) sollte genug Reserve für übliche Anwendungen vorhanden sein.

Die TL072 würde ich durch modernere FET-Typen ersetzen, z.B. OPA604/2604 OPA134/2134/4134 (bei Reichelt erhältlich)

DerESELman

ps. Phasendrehungen gehören zu den natürlichen Eigenschaften jeden Filters!

Hallo,

Danke für deine ausführliche Antwort.

Ich habe die Schaltung nicht erfunden, ich muss sie also nicht "verteidigen". Mein Vater hatte zwar schon ein Studium im Bereich Nachrichtentechnik absolviert, doch muss ich auch dir rechtgeben, dass mich einige Sachen sehr verwundert haben. Deswegen auch die Frage an das Forum.

R1 ist unnötig, sofern dahinter kein C nach Masse kommt, z.B. 1nF um die Bandbreite nach oben hin zu begrenzen und störende HF abzuhalten.

So sehe ich das auch, warum sollte ich ich R1 einsetzen, ohne C oder R gegen GND? Mein einziger Gedanke war zur Strombegrenzung für den OPV.

Das Poti in der Rückkopplung ist viel zu groß dimensioniert. In einer Weiche benötigt man nur geringe Verstärkungen. Elliots Puffer tun eben das z.B. durch direkte Rückkopplung des Ausganges auf den negativen Eingang (Verstärkung=1). In Deiner Schaltung sind Verstärkungsfaktoren von 1-fach bis 23,7-fach möglich. Nur ein Poti in der Rückkopplung kann zu Knallen im LS führen, sollte der Schleifer des Poti beim Verdrehen den Kontakt auch nur kurzfristig verlieren, da die Verstärkung sofort auf den OpenLoop-Wert hochschnellt. Sicher sind Schaltungen, bei denen das Poti parallel zu einem Festwiderstand liegt.

Richtig, an dem Poti liegt Gleichspannung an. Dies sollte nicht so sein. Warum der Wert so riesig gewählt wurde vermag ich nicht zu sagen.

Die 5k-Trimmer sind unnötig im TP-Zweig und frequenzverändernd im HP-Zweig.

Das verstehe ich auch nicht, vielleicht um Toleranzen bei den "Level" Potis auszugleichen? Diese haben eine Raststellung beim halben Drehwinkel. Der Einsatz im HP lässt mich stutzen.

Das dickste Ding aber ist der C2 in der Gegenkopplung des oberen OPs. Die Weiche kann doch gar nicht richtig gefunzt haben, da zu niedrigen Frequenzen hin die Verstärkung sehr groß wird (openLoop-Wert!!) und der arme OP dauerhaft übersteuert.

Das überzeugt mich endgültig dieses primitive Konzept zu verwerfen. In der Tat hatte ich noch nie eine derartige Schaltung gesehen, noch konnte ich mir die Funktion erklären.

Die Potis müssten auch gleichlaufend arbeiten, sind hier aber gegenläufig gezeichnet.

Ein reiner Zeichenfehler, die Potis arbeiten in realität gleichlaufend.

Die Eingangspuffer haben vom +Eingang keinen Widerstand nach Masse....damit ist kein DC-Bias-Pfad vorhanden.

Gut, war auch problematisch bei der Simulation.

Die TL072 würde ich durch modernere FET-Typen ersetzen, z.B. OPA604/2604 OPA134/2134/4134 (bei Reichelt erhältlich)

Lohnt es sich wirklich "bessere OPV einzusetzen, wenn die OPV mit einer Verstärkung von </=1 Arbeiten?

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Ich habe mich auch mal mit der Weiche von Elliot auseinandergesetzt.

Der Frequenzgang für eine ähnlich Trennfrequenz von ca. 800-900Hz.



Im Moment gehe ich davon aus, dass ich die Linkwitz-Riley Weiche (ESP) bauen werde, wobei ich die Platine optional bestückbar für 12 und 24dB filter gestalten würde.

Was mich allerdings etwas verwundert, ist dass beim 24dB Filter hier:

http://sound.westhost.com/project09.htm

keinerlei Ausgangskondensatoren verwendet werden. Weder bei der Weiche noch im Ausgangsbuffer. Wohingegen beim 81 Projekt unnatürlich große (10µ) eigesetzt werden. Bei einer Last von 47k (durchschnittlicher Endverstärker) ergab sich bei mir in der Simulation auch bei 2µ noch keinen Unterschied.

Ich wäre für weitere Vorschläge und konstruktionshinweise dankbar. Mir ging es bei dem Thread nicht nur diese spezielle Schaltung, sondern um die bestmöglich sinvolle Schaltung für eine variable 2-Wege Frequenzweiche.

Beste Grüße
Black

Hi,

bessere OPs:
Die alten TLs würde ich nicht mehr nehmen. Zwar reichen sie von der Schnelligkeit problemlos aus, aber moderne Typen haben weniger Offset, sind schneller, präziser und liefern mehr Strom (was bei längeren Kabelstrecken oder dicken C´s am Ausgang wichtig erden kann). Preislich sind Typen wie die 134/2134/4134-Serie von BB/Ti ja auch nicht dramatsisch teurer.

Ausgangs-Cs:
Bei den geringen hier vorliegenden Verstärkungen sind auch die Ausganggsoffsets niedrig, insbesonders, wenn man FET-OPs verwendet (die in Filterschaltungen imo ohnehin günstiger sind als bipolare OPs). 10µF sind natürlich mächtig groß...gehst Du von üblichen Lasten von 20k-100k aus, dann reicht 1µF schon völlig aus.

Schaltung:
Die OPs sind hier nur als Spannungsfolger geschaltet.
Damit sind die Filterkurven auf kleine Qs beschränkt.
Werden die OPs mit Verstärkung versehen, dann kann auch ein einfacher Bassboost aufgebaut werden, oder eine Frequenzgangsenke geequalized werden.
Bei diesen einfachen Filtern geht die Simplizität zu Lasten anderer Parameter, z.B. Toleranzempfindlichkeit, Güte und gegenseitige Abhängigkeit der Parameter, etc. Mit komplexeren Strukturen können auch Filter aufgebaut werden, bei denen z.B. Verstärkung, Güte und Fs unabhängig von einander eingestellt werden können (state-variable z.B.)
Es kommt halt immer darauf an, was man erreichen möchte.

DerESELman

Hallo,

Ausgangs-Cs: Bei den geringen hier vorliegenden Verstärkungen sind auch die Ausganggsoffsets niedrig, insbesonders, wenn man FET-OPs verwendet (die in Filterschaltungen imo ohnehin günstiger sind als bipolare OPs). 10µF sind natürlich mächtig groß...gehst Du von üblichen Lasten von 20k-100k aus, dann reicht 1µF schon völlig aus.

Das heisst, man geht davon aus dass kein Ausgangskondensator benötigt wird, weil der Gleichspannungsanteil des signals verschwindend gering ist?

Andererseits kann man natürlich sagen, dass ein C am Ausgnag unnötig ist da man ja im Endverstärker einen Eingangskoppelkondensator besitzt. Wenn man dies sicher weiss, ist es natürlich am besten den C wegzulassen.

Werden die OPs mit Verstärkung versehen, dann kann auch ein einfacher Bassboost aufgebaut werden, oder eine Frequenzgangsenke geequalized werden.

Nun, es soll bei dem Projekt um eine möglichst große KLangneutralität gehen. Ist zu wenig Bass vorhanden, dann ist der Lautsprecher-typ der Falsche. Notfalls liesse sich ja durch den "Output-Buffer" das Tiefton-Signal anheben.

Wo treten die Toleranzempfindlichkeiten auf? Bei den Bauteilwerten?

Im Moment lese ich mich durch viele viele application notes und abstracts der einzelenen Halbleiterhersteller (TI, National, AN, BB) zu den Themen, aktive Filter, OPVs, Layout und Versorgung etc.... kann noch etwas dauern.

Vielen Dank für die Hilfe.
Black

Hi,

schau Dir doch mal FilterPro an.
Damit kannst du dir unter Angabe von Filtertyp, Steilheit, Trennfrequenz,Filterstruktur und ggf. freier Wahl der gewünschten Güte die Bauteile berechnen lassen.
Das Schaltungsschema wird direkt angezeigt, Übertragungsfunktion berechnet.
Ist freeware von TI

http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/filterpro.html


Zur Simu einer kompletten 2 Wege Weiche dürfte "circuitmaker student" ausreichen:

http://my.ece.ucsb.edu/bobsclass/2C/Simulation/circuit_maker.htm

In dieser abgespeckten Version ebenfalls freeware und einfach zu bedienen.


Ansonsten empfehle ich zum Thema aktive Filter noch die Linkwitz Seiten, nette Zusammenfassung:

http://www.linkwitzlab.com/filters.htm#9


Grüße
udo

Hallo strgaltdel,

Vielen Dank für deinen Input.

schau Dir doch mal FilterPro an. Damit kannst du dir unter Angabe von Filtertyp, Steilheit, Trennfrequenz,Filterstruktur und ggf. freier Wahl der gewünschten Güte die Bauteile berechnen lassen. Das Schaltungsschema wird direkt angezeigt, Übertragungsfunktion berechnet. Ist freeware von TI http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/filterpro.html

Ich habe das Programm gerade heruntergeladen und installiert. Danke für den Hinweis. Mein erster Eindruck ist, dass man schon sehr genau wissen muss was man will und auch die einzelnen Filtertypen genaustens kennen sollte.

Ich kenne zwar die Einzelenen Filtertypen, aber im Moment noch zu grob um mir mit FilterPRO den Traumfilter berechnen zu lassen.

Aber ich habe ja noch Zeit mich intensiver mit der Thematik auseinanderzusetzen.

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Ich simuliere derzeit mit der kostenlosen und unbegrenzten LTSpice software "SwitcherCAD" von LINEAR. Sehr Benutzerfreundlich.

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Ansonsten empfehle ich zum Thema aktive Filter noch die Linkwitz Seiten, nette Zusammenfassung: http://www.linkwitzlab.com/filters.htm#9

Das ist eine sehr interressante Seite. Ich werde mich dort erstmal durcharbeiten und sicher auch das eine oder andere Detail verwenden können.

Grüße
Black