Bandpassfilter: Auslegung, Implementierung und praktische Tipps

Erstellung eines Bandpassfilters

In vielen elektronischen Systemen muss nur ein bestimmter Frequenzbereich eine Signalkette durchlassen. Ein Bandpassfilter lässt genau diesen Bereich passieren, während es alle niedrigeren und höheren Frequenzen unterdrückt. Durch die Kaskadierung eines Tiefpass- und eines Hochpassfilters erhält man einen einzelnen Filter, der diese Anforderung erfüllt.

Unten ist ein systemtechnisches Blockdiagramm, das das Konzept veranschaulicht:

Systemtechnisches Blockdiagramm eines Bandpassfilters.

Bandpassfilter mit Kondensatoren auslegen

Wenn die beiden Stufen in Reihe geschaltet werden, lässt die resultierende Schaltung nur Frequenzen passieren, die weder zu niedrig noch zu hoch sind. Hier ist ein typisches Schaltbild mit passiven Bauteilen und der zugehörige Frequenzgang:

Kapazitives Bandpassfilter.

kapazitives Bandpassfilter v1 1 0 ac 1 sin r1 1 2 200 c1 2 0 2.5u c2 2 3 1u rload 3 0 1k .ac lin 20 100 500 .plot ac v(3) .end

Der Frequenzgang eines kapazitiven Bandpassfilters erreicht seinen Peak in einem engen Frequenzbereich.

Bandpassfilter mit Spulen auslegen

Während Spulen ebenfalls einen Bandpass realisieren können, bieten Kondensatoren typischerweise eine höhere „Reinheit“ in ihrem Blindverhalten, was Entwicklern einen klaren Vorteil verschafft. Ein repräsentatives spulenbasiertes Design wird hier gezeigt:

Induktives Bandpassfilter.

Eine Umkehr der Reihenfolge von Hochpass- und Tiefpasssektion ändert nichts an der grundlegenden Filterwirkung; die Schaltung unterdrückt weiterhin Frequenzen außerhalb des gewünschten Bands.

Jedoch führt das ausschließliche Verlassen auf die Sperrwirkung jeder Stufe zu praktischen Limitationen. Selbst am Filtermaximum kann die kombinierte Dämpfung der Tiefpass- und Hochpasssektionen die Signalamplitude reduzieren. In der obigen SPICE-Analyse überschreitet die Lastspannung nie 0,59 V, obwohl die Quelle 1 V liefert. Die Dämpfung verschlimmert sich, wenn der Filter steiler oder selektiver gemacht wird.

Fortgeschrittenere Techniken können ein flachköpfiges Durchlassband ohne Signalstärkeverlust erreichen; diese Methoden werden später in diesem Kapitel behandelt.

ZUSAMMENFASSUNG:

• Ein Bandpassfilter lässt nur Frequenzen innerhalb eines definierten Bereichs passieren und blockiert sowohl niedrigere als auch höhere Frequenzen.
• Es kann durch Kaskadieren eines Tiefpassfilters mit einem Hochpassfilter (oder umgekehrt) aufgebaut werden.
• „Dämpfen“ bedeutet, die Signalamplitude zu verringern; es ist dasselbe Prinzip wie das Absenken eines Lautstärkereglers.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Aktive Filter Arbeitsblatt