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Wozu benutzt man Filter?
Für Filter gibt es eine ganze Menge Anwendungen.
Als erstes Beispiel nehmen wir uns mal einen Verstärker her, einen einfachen. Einen Transistor in Emitterschaltung zum Beispiel. Am Eingang dieser Schaltung liegt die Basis des Transistors, beschaltet mit einem Vorwiderstand von Vcc aus. Dieser dient dazu, den Arbeitspunkt des Transistors festzulegen und "zieht" die Basis des Transistors zum Beispiel auf 0,70 Volt. Was passiert wenn man nun ein Signal anlegt, beispielsweise ein Audiosignal, welches zwischen 0,1 Volt und -0,1 Volt schwingt? Die Basis wird auf eben diese (im Mittel) 0 Volt heruntergezogen, und der Strom, der eigentlich für die Basis vorgesehen war, fließt nun einfach in die Signalquelle ab.
Hier schafft ein Entkopplungskondensator, den man zwischen Signalquelle und Basis des Transistors schaltet, Abhilfe: Die Spannung zwischen dessen Anschlüssen steigt durch den abfließenden Strom langsam an. Die Spannung an der zum Transistor gewandten Seite steigt also an, und irgendwann ist die Spannung soweit gestiegen, dass durch die Basis des Transistors wieder der entsprechende Strom fließen kann. Durch den Kondensator fließt dann kein Gleichstrom mehr. Die Wechselspannung, in diesem Fall das Audiosignal, wird dagegen durchgelassen. Dabei fließt nämlich während der positiven Halbwelle Strom in die Schaltung herein, bei der negativen Halbwelle des Signals dagegen fließt der Strom wieder heraus. Diese Strompulse sind so kurz, dass der Kondensator seine Spannung dabei kaum ändert, sie werden also fast ungehindert durchgelassen.
Als zweites Beispiel nehmen wir uns nochmal Audio-Kram her: Wir haben nen Tieftöner, den wir an unsere Stereoanlage anschließen wollen. Die tiefen Frequenzen soll er ruhig wiedergeben - die hohen Frequenzen jedoch nicht, denn für die sind die Hochtöner zuständig.
Eine Spule, die hier in Reihe zum Lautsprecher geschaltet wird, erfüllt diese Bedingungen. Wenn ein Signal an die Kombination aus Lautsprecher und Spule angelegt wird, steigt der Strom, bedingt durch die Induktivität der Spule nur langsam an. Bei tiefen Frequenzen fällt das kaum auf, denn eine Halbwelle ist lang genug, um den Strom durch die Spule zu erhöhen. Bei hohen Frequenzen dagegen sind die Halbwellen so kurz, dass sich kein nennenswerter Stromfluss durch die Spule einstellen kann.
- Gleichstrom/spannungsentkopplung, z.B. Entkopplungskondensatoren bei Verstärkerschaltungen
- Störungsunterdrückung / Glättung von Signalen
- Phantomspeisung (bzw. generell Datenübertragung über Versorgungsleitungen)
Arten von Filtern
- Aktiv vs. Passiv
- 1. Ordnung, 2. Ordnung
- Tiefpass / Hochpass / Bandpass / Bandsperre
Realisierung
Passiv
- Passiv 1.Ordnung: Tiefpässe, Hochpässe, (Bandpass und Bandsperre) <- letztere sind genaugenommen Filter 2.Ordnung, ich würde die trotzdem als Filter 1. Ordnung einstufen
- Passiv 2.Ordnung: Güte, Bessel, Butterworth, Chebyshev
Aktiv
- Aktiv 1.Ordnung: Integrator, Differentiator
