Tiefpassgefilterte Rauschleistungsspektren, die niedrige Leistung bei niedrigsten Frequenzen zeigen

Weißes Rauschen wird durch einen Spannungsfolger geleitet und dann durch eine einfache RC-Tiefpassschaltung erster Ordnung gefiltert (C = 0,5 Mikrofarad, variierender Widerstand zwischen 2k-10k, Ohm, abhängig vom getesteten RC-Wert). Dies wird dann mit einem A2D-Gerät aufgezeichnet. Ich berechne dann die Leistungsspektren mit dem folgenden Python-Code, der auf die erfassten Rohdaten angewendet wird:

def FFTF2(raw_data):
    result = abs(np.fft.fft(raw_data)*np.conj(np.fft.fft(raw_data)))
    return result[0:(len(result)/2)]

Das Ergebnis ist folgendes:

RC=1ms

Dies ist bei einem RC von 1ms. Wie Sie sehen können, fehlt es den sehr niedrigen Frequenzen an Kraft. Es ist, als ob das Signal durch einen Bandpassfilter geht. Bei höheren RC-Werten ist der Effekt nicht so deutlich.

Dies ist das ungefilterte Rauschen:

ungefiltertes Rauschen

Wenn ich einen anderen Operationsverstärker in der Spannungsfolgerschaltung verwende, erhalte ich bei unterschiedlichen RC-Werten Folgendes:

RC von 5ms:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

RC von 2,5 ms:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

RC von 1ms:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Was könnte dieses "Abschneiden" bei den niedrigsten Frequenzen verursachen? Sehen die Leistungsspektren dieses gefilterten Rauschens "ok" aus oder sollte das Abklingen glatter sein?

Zwei Ideen aus dem Kopf: 1) es ist zufällig (können Sie mehr Daten nehmen und sehen, ob der Effekt anhält?); 2) Es gibt einen Stromverlust durch Ihren Kondensator (nur eine Vermutung, dass dies dazu führen würde, dass Sie bei niedrigen Frequenzen an Leistung verlieren).
Diese Frage erhält möglicherweise eine bessere Aufmerksamkeit, eine bessere Antwort im Stapel Elektrotechnik
@tok3rat0r: 1) Die verwendeten Sample-Sets sind 100.000 Samples bei 10.000 pro Sekunde. Ich habe vielleicht mehr als 50 Sample-Sets getestet, alle zeigen dieses Problem in unterschiedlichem Maße, je nach Operationsverstärker, der im Spannungsfolger verwendet wird. 2) Ich habe 2 verschiedene RC-Schaltungen getestet, beide zeigen dieses Problem.
@docscience: Vielleicht könnte es dorthin verschoben werden, wenn die Moderatoren denken, dass es dort besser wäre? Ich war mir nicht sicher, wo ich es posten sollte.
OK, also höchstwahrscheinlich ein nicht ideales Komponentenverhalten (endlicher Widerstand des Kondensators oder Kapazität des Widerstands). Wie @docscience sagt, passt es wahrscheinlich besser zu EESE.
@gline Ich habe eine Nachricht an die Moderatoren gepostet. Das ist eine gute Frage, ich sage nur, dass Sie auf dem anderen Stapel mehr Aufmerksamkeit bekommen werden. Übrigens - ist Ihr eingegebenes weißes Rauschen null? Eine Verzerrung des Eingangsrauschens könnte die Ursache sein.
Was genau ist dein A/D-Wandler? Besteht die Möglichkeit, dass es AC-gekoppelt ist?
Betrachtet man das schwach gefilterte Signal (1 ms), sieht es so aus, als gäbe es deutliche Spitzen bei etwa der Netzfrequenz (50 Hz) und ihren Oberwellen. Wie erzeugst du das weiße Rauschen?
Ein Generator für weißes Rauschen wird verwendet, um das Rauschen zu erzeugen, es ist leicht unter den Mittelwert 0 versetzt. Wie würde eine Verzerrung des Eingangsrauschens dieses Verhalten zeigen? Der A/D ist nicht AC-gekoppelt. Es ist ein USB-Gerät, das an die gemeinsame Masse der Stromversorgung des Operationsverstärkers (des Spannungsfolgers) angeschlossen ist.
Welche Operationsverstärker verwendest du?

Antworten (1)

Es gibt ein paar Dinge, die passieren könnten, um ehrlich zu sein.

1) Ihr Operationsverstärker ist ein echter Operationsverstärker. Als solches hat es Grenzen dafür, welche Art von Lasten es treiben kann (Sie sind nicht alle einheitlich stabil, sie sind nicht alle in der Lage, kapazitive oder induktive Lasten zu treiben usw.)

2) Ihre ADC-Eingangsimpedanz bringt Ihre "gelieferte Leistung" durcheinander. In elektrischen Schaltungen wirken sich Lasten auf die Filterfrequenzen aus. ADCs sind auch nicht wirklich dafür bekannt, resistive Eingänge zu haben.

Ich persönlich denke, es ist das zweite, aber es spielt keine Rolle, weil Sie beide auf die gleiche Weise lösen. Bewegen Sie den Filter vor den Spannungspuffer (Follower) und prüfen Sie, ob das Problem dadurch behoben wird. Es sollte so aussehen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Tiefpassgefilterte Rauschleistungsspektren, die niedrige Leistung bei niedrigsten Frequenzen zeigen
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