Schaltungstechnik

20 Filter

Prof. Dr. Jörg Vollrath

19 Anwendungen EKG

Video der 20. Vorlesung 15.6.2021

Länge: 1:22:04

0:0:0 EKG Schaltung

0:4:0 Rückkoppelung zum Bein

0:9:0 Aufgabenstellung erste Stufe der Schaltung

0:10:50 Ua1/Ux

0:12:27 Umzeichung Erläuterung

0:13:57 Übertragungsfunktion Ux/Uin

0:19:5 Zeichnung Bode Diagramm

0:21:59 Low pass 5. Ordnung

0:24:32 2. Schaltungsteil

0:25:27 Eckfrequenz größer als Angabe

0:26:57 Verschiebung der gesamten Eckfrequenz bei mehreren Filtern 1. Ordnung

0:30:47 Sallen-Key LP-Filter

0:32:16 TI Op Amps For Everyone

0:33:46 Schaltbild Sallen-Key

0:35:57 Zeichnung Schaltbild und Aufgabenstellung

0:38:52 Spannung am Op Amp

0:40:3 Rechnung

0:45:58 Sortieren

0:48:42 Ergebnis überprüfen.

0:50:48 LTSPICE Simulation

0:53:38 Verstärkung ca 63 dB

Übersicht

Texas instruments: OpAmps for everyone
Ch-16 Active Filter Design Techniques
Low pass, high pass, band pass,
Butterworth, Tschebyscheff, Bessel
Quality Factor Q
First order, second order
4.15 Sallen-Key Topology
4.16 Multiple Feedback (MFB) Topology
4.17 Filter Design Tools
Band rejection Filter (TI)
Active Twin-T Filter, Wien-Robinson,
All-Pass Filter Design (TI)

Unit 4, 15-17

Low pass filter

Filter.asc

Version 4
SHEET 1 880 680
WIRE 64 -208 -80 -208
WIRE 304 -208 128 -208
WIRE 192 -128 192 -144
WIRE -176 -112 -192 -112
WIRE -80 -112 -80 -208
WIRE -80 -112 -96 -112
WIRE -64 -112 -80 -112
WIRE 48 -112 16 -112
WIRE 160 -112 48 -112
WIRE 48 -96 48 -112
WIRE 256 -96 224 -96
WIRE 304 -96 304 -208
WIRE 304 -96 256 -96
WIRE 352 -96 304 -96
WIRE -256 -80 -304 -80
WIRE 160 -80 128 -80
WIRE -304 -48 -304 -80
WIRE 192 -48 192 -64
WIRE 48 -16 48 -32
WIRE 128 16 128 -80
WIRE 256 16 256 -96
WIRE 256 16 128 16
WIRE -304 64 -304 32
WIRE 16 64 -16 64
WIRE 336 64 96 64
WIRE 160 128 128 128
WIRE 336 128 336 64
WIRE 336 128 224 128
WIRE 272 208 272 192
WIRE -128 224 -160 224
WIRE -16 224 -16 64
WIRE -16 224 -48 224
WIRE 16 224 -16 224
WIRE 128 224 128 128
WIRE 128 224 96 224
WIRE 240 224 128 224
WIRE 336 240 336 128
WIRE 336 240 304 240
WIRE 368 240 336 240
WIRE -16 256 -16 224
WIRE 240 256 208 256
WIRE 208 288 208 256
WIRE 272 288 272 272
WIRE -16 336 -16 320
FLAG 192 -48 VDD
FLAG 192 -144 VSS
FLAG 352 -96 Vo1
FLAG -304 64 0
FLAG -256 -80 Vin
FLAG 272 192 VDD
FLAG 272 288 VSS
FLAG 368 240 Vo2
FLAG -16 336 0
FLAG 208 288 0
FLAG 48 -16 0
FLAG -192 -112 Vin
FLAG -160 224 Vin
FLAG -80 -208 Ux1
FLAG -16 64 Ux2
SYMBOL AD8615 192 -32 M180
SYMATTR InstName U2
SYMBOL voltage -304 -64 R0
WINDOW 123 24 124 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR Value2 AC 1
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value SINE(0 2m 10k)
SYMBOL AD8615 272 176 R0
SYMATTR InstName U1
SYMBOL cap 224 112 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C11
SYMATTR Value 150n
SYMBOL res -32 208 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 1.5k
SYMBOL res 112 48 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 1.4k
SYMBOL res 112 208 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R3
SYMATTR Value 1.2k
SYMBOL cap -32 256 R0
SYMATTR InstName C2
SYMATTR Value 20n
SYMBOL cap 32 -96 R0
SYMATTR InstName C01
SYMATTR Value 22n
SYMBOL cap 128 -224 R90
WINDOW 0 0 32 VBottom 2
WINDOW 3 32 32 VTop 2
SYMATTR InstName C02
SYMATTR Value 150n
SYMBOL res 32 -128 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R02
SYMATTR Value 1.3k
SYMBOL res -80 -128 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R01
SYMATTR Value 1.26k
TEXT -336 -128 Left 2 !;tran 0.5
TEXT -336 -192 Left 2 !VDD VDD 0 DC 5\nVSS VSS 0 DC -5
TEXT -208 -16 Left 2 !.ac dec 10 1 1G
TEXT -320 -264 Left 2 ;LP Filter
TEXT 208 -256 Left 2 ;Sallen-Key
TEXT 64 352 Left 2 ;Multiple Feedback Topology

Sallen-Key Topology
Knotenspannung Vx
Stromgleichungen, Knotengleichungen
(1) (Vin-Vx)/R1 = (Vx-Vout)/R2 + (Vx-Vout)jwC2
(2) (Vx-Vout)/R2 = Vout jwC1
(2') Vx = Vout (jwC1R2 + 1)
(2),(2') in (1)
Vin/R1 - Vout (jwC1R2 +1)/R1 = Vout jwC1 + Vout R2 jwC1 jwC2
Vin/R1 = Vout( jwC1 + (jw)^2 C1C2R2 + 1/R1 + jw C1 R2/R1)
Vout/Vin = 1/(jwC1R1 + (jw)^2 C1 C2 R2 R1 + 1 + jw C1 R2)
Vout/Vin = 1/(1 + jwC1 (R1 + R2) + (jw)^2 C1 C2 R2 R1)

Koeffizienten: Bessel, Butterworth, Tschebyscheff

Multiple Feedback Topology

Stellen Sie die Gleichung für die Übertragungsfunktion auf.

Reference: TI, Op amp for everyone

Filter

Low pass LP
2nd order Sallen-Key, Multiple Feedback Topology
Coefficients (p. 340)
High pass
Exchange R and C in LP (p. 305)
Bandpass (p.314)
Example: p. 319
Bandrejection (p.320)
Active twin T-Filter

Reference: TI, Op amp for everyone

Analog Filter Wizard

Low pass, High pass, Band pass
Analog Filter Wizard

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2021 Schaltungstechnik 20 Filter Prof. Dr. Joerg Vollrath