Aktive Filter in der Elektrotechnik

Aktive Filter

Elektrische Signale sind durch ihre Frequenz gekennzeichnet. In der Praxis können in einem Stromkreis mehrere Signale mit unterschiedlichen Frequenzen gleichzeitig auftreten. Filter ermöglichen die Selektion eines bestimmten Signals anhand seiner Frequenz.

Entwicklung der Filter

Anfangs bestanden Filter nur aus passiven Bauelementen (Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten). Die Einführung des Operationsverstärkers ermöglichte den Verzicht auf Induktivitäten und brachte erhebliche Verbesserungen hinsichtlich Energieeffizienz, Größe und Gewicht. Allerdings haben aktive RC-Filter im Vergleich zu passiven RLC-Filtern Einschränkungen hinsichtlich Spannungs- und Strombelastbarkeit sowie parasitäre Effekte.

Aktive Filter

Aktive Filter bestehen aus Widerständen, Kondensatoren und Operationsverstärkern. Sie lassen bestimmte Frequenzen passieren und blockieren andere. Es gibt vier Haupttypen:

• Tiefpassfilter: Lassen niedrige Frequenzen passieren.
• Hochpassfilter: Lassen hohe Frequenzen passieren.
• Bandpassfilter: Lassen einen bestimmten Frequenzbereich passieren.
• Bandsperrfilter: Blockieren einen bestimmten Frequenzbereich.

Tiefpassfilter

Ein Tiefpassfilter lässt nur Signale mit Frequenzen kleiner als f₁ passieren.

Hochpassfilter

Ein Hochpassfilter lässt nur Signale mit Frequenzen größer als f₁ passieren.

Bandpassfilter

Ein Bandpassfilter lässt nur Signale innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs passieren. Die Bandbreite hängt von den verwendeten Bauelementen ab.

Bandsperrfilter

Ein Bandsperrfilter blockiert Signale innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs (zwischen F₁ und F₂).

Die Bedeutung von Filtern in der Elektrotechnik hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen.

Schematische Darstellung eines Bandpassfilters:

Ein aktiver Bandpassfilter dient als Beispiel. Die Werte der Kondensatoren und Widerstände sowie die Eigenschaften des Operationsverstärkers bestimmen den durchgelassenen Frequenzbereich.