Warum lässt dieses LPF-Design Frequenzen in solchen Größenordnungen über der Resonanz durch?

Es ist schon eine Weile her, dass ich mit Filtern gearbeitet habe, also beschloss ich, eine Schaltung zu simulieren, um zu sehen, was ich vergessen hatte. Ich habe MultiSim für meine Schaltungssimulationen verwendet, werde das Design jedoch mit dem Schaltplan-Tool auf Stack Exchange präsentieren. Ich habe ein RC LPF wie folgt entworfen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich habe das Netzteil als Quelle für elektrisches Rauschen eingefügt; Diese Quelle ist eine RMS-Versorgung - die Schwingungen von 1 V RMS betragen also tatsächlich etwa 1,4 V. Hier ist die Darstellung nur der Rauschspannung.

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Die Resonanzfrequenz dieses RC-Netzwerks beträgt 5 kHz. Daher dachte ich, dass der größte Teil des 10-kHz-Signals gedämpft werden sollte. Um sicherzugehen, habe ich in Multisim einen Frequenzsweep durchgeführt, um meine Vorhersagen zu überprüfen.

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Sah gut aus für mich. Wir sollten ungefähr -7,24 dB bei 10 kHz erwarten (was ungefähr 0,188 * Rauschspannung = 0,188 * 1,4 = 263 mV entspricht). Das heißt, ich hatte erwartet, dass die Ausgangsspannung von 12 V + - 263 mV variiert.

Das habe ich gesehen, als ich die Transientenanalyse auf der Schaltung durchgeführt habe. Ich habe einen Offset von -12 V DC auf die sinusförmige Spannungsquelle eingestellt, damit das Diagramm nur die Rauschkomponente anzeigt.

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Wir sehen tatsächlich Schwankungen von 607 mV am Ausgang; dies sind etwa 43 % der Gesamtamplitude, die vor dem LPF verfügbar ist. Die Dämpfung ist wie erwartet hoch, aber nicht ganz so hoch wie ich dachte.

Irgendetwas muss mir hier fehlen. Irgendwelche Ideen?

Aus technischen Gründen hat ein einpoliger Filter keine "Resonanz" -Frequenz, sondern lediglich eine "Eck" -Frequenz, bei der die Impedanzen von Widerstand und Kondensator gleich groß sind, was zu einem Leistungsabfall von 3 dB führt am Ausgang.
Ich verstehe. Ich erinnere mich daran, jetzt wo du es erwähnst. Ich nehme an, nur Bandpass- / Sperrfilter (und dergleichen) würden mitschwingen. Das so auszudrücken ist allerdings etwas verwirrend. Wenn die Impedanz der beiden Lasten gleich ist (Spannungsteiler denken), würden Sie dann nicht erwarten, dass Vout die Hälfte der Versorgung ist? (vorausgesetzt kein Innenwiderstand an der Versorgung). Vielleicht kommt hier die Tatsache ins Spiel, dass der Kondensator keine rein ohmsche Last ist, wodurch die Versorgung um 0,707 statt um 0,5 gedämpft wird
Ja, der Kondensator ist eine reine Blindimpedanz, hat also eine 90-Grad-Phasenbeziehung zum Widerstand. Die Vektorsumme hat eine Größe von 1,414 x entweder allein.

Antworten (1)

Ich denke, Ihre Berechnung für die Dämpfung ist falsch. Eine Verstärkung von -7,24 dB entspricht einer Dämpfung von 10^(-7,24/20) = 0,43. Das bedeutet, dass die 1,4-Volt-Sinuskurve mit einer Amplitude von 0,6 [V] erscheinen sollte, was mit Ihrer Simulation übereinstimmt.

Denken Sie daran, dass die Spannungsverstärkung in dB gegeben ist durch G v = 20 Protokoll ⁡ ( G ) . Es scheint, dass Sie die Formel für die Leistungssteigerung verwenden , gegeben durch G P = 10 Protokoll ⁡ ( G ) .

Vielen Dank für den Hinweis. Ich habe die dB-Umwandlung falsch verwendet. Eigentlich habe ich die Leistung in dB (10log .. ) berechnet. Danke!
Warum lässt dieses LPF-Design Frequenzen in solchen Größenordnungen über der Resonanz durch?
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