Was ist ein Filter?

Manchmal ist es wünschenswert, über Schaltungen zu verfügen, die in der Lage sind, selektiv eine Frequenz oder einen Frequenzbereich aus einer Mischung verschiedener Frequenzen in einer Schaltung herauszufiltern. Eine Schaltung, die diese Frequenzauswahl durchführt, wird als Filterschaltung bezeichnet , oder einfach ein Filter .

Ein häufiger Bedarf an Filterschaltungen besteht in Hochleistungs-Stereosystemen, bei denen bestimmte Bereiche von Audiofrequenzen für beste Klangqualität und Energieeffizienz verstärkt oder unterdrückt werden müssen.

Sie kennen vielleicht Equalizer , die es ermöglichen, die Amplituden mehrerer Frequenzbereiche an den Geschmack des Hörers und die akustischen Eigenschaften des Hörbereichs anzupassen.

Vielleicht kennen Sie auch Crossover-Netzwerke , die bestimmte Frequenzbereiche daran hindern, die Lautsprecher zu erreichen.

Ein Hochtöner (Hochfrequenzlautsprecher) ist bei der Wiedergabe von Niederfrequenzsignalen wie Trommelschlägen ineffizient, daher ist eine Frequenzweiche zwischen dem Hochtöner und den Ausgangsanschlüssen der Stereoanlage geschaltet, um Niederfrequenzsignale zu blockieren, und leitet nur Hochfrequenzsignale an den Anschlussklemmen des Lautsprechers.

Dies führt zu einer besseren Audiosystemeffizienz und damit zu einer besseren Leistung. Sowohl Equalizer als auch Crossover-Netzwerke sind Beispiele für Filter, die zum Filtern bestimmter Frequenzen entwickelt wurden.

Eine weitere praktische Anwendung von Filterschaltungen ist die „Konditionierung“ von nicht-sinusförmigen Spannungswellenformen in Leistungsschaltungen.

Einige elektronische Geräte reagieren empfindlich auf das Vorhandensein von Oberwellen in der Netzspannung und erfordern daher eine Leistungskonditionierung für den ordnungsgemäßen Betrieb.

Wenn sich eine verzerrte Sinusspannung wie eine Reihe harmonischer Wellenformen verhält, die der Grundfrequenz hinzugefügt werden, sollte es möglich sein, eine Filterschaltung zu konstruieren, die nur die Grundwellenfrequenz durchlässt und alle (höherfrequenten) Harmonischen blockiert.

In dieser Lektion werden wir den Entwurf mehrerer elementarer Filterkreise untersuchen. Um die mathematische Belastung des Lesers zu reduzieren, werde ich SPICE ausgiebig als Analysewerkzeug verwenden, indem ich Bode-Plots (Amplitude gegen Frequenz) für die verschiedenen Arten von Filtern anzeigt.

Bedenken Sie jedoch, dass diese Schaltungen durch wiederholte Serien-Parallel-Analyse über mehrere Frequenzpunkte hinweg analysiert werden können, ähnlich wie im vorherigen Beispiel mit zwei Quellen (60 und 90 Hz), wenn der Schüler bereit ist, viel Zeit zu investieren Berechnungen der Arbeits- und Nachbearbeitungsschaltung für jede Frequenz.

RÜCKBLICK:

• Ein Filter ist ein Wechselstromkreis, der in Mischfrequenzsignalen einige Frequenzen von anderen trennt.
• Audio Equalizer und Crossover-Netzwerke sind zwei bekannte Anwendungen von Filterkreisen.
• Ein Bode-Plot ist ein Diagramm, das die Amplitude oder Phase der Wellenform auf einer Achse und die Frequenz auf der anderen zeigt.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für aktive Filter