Schwingkreise und Filter
Schwingkreise und Filter
Schwingkreise und Filter sind grundlegende Bausteine in der Funktechnik. Sie ermöglichen es, bestimmte Frequenzen zu selektieren oder zu unterdrücken.
Teil 1: Filtercharakteristiken erkennen
Fragen ED201-ED204: Die vier grundlegenden Filtertypen haben charakteristische Durchlasskurven:
Tiefpass
Lässt tiefe Frequenzen durch
Dämpft hohe Frequenzen
Hochpass
Lässt hohe Frequenzen durch
Dämpft tiefe Frequenzen
Bandpass
Lässt einen Frequenzbereich durch
Dämpft darüber und darunter
Bandsperre
Sperrt einen Frequenzbereich
Lässt darüber und darunter durch
💡 So erkennst du die Filtercharakteristik:
- Tiefpass: Kurve fällt von links nach rechts ab (hohe Frequenzen werden gedämpft)
- Hochpass: Kurve steigt von links nach rechts an (tiefe Frequenzen werden gedämpft)
Hinweis: Diese Regeln gelten für Diagramme mit y-Achse = Durchlass/Amplitude (nicht Dämpfung).
- Bandpass: „Hügel" in der Mitte (nur ein Bereich wird durchgelassen)
- Bandsperre: „Tal" in der Mitte (nur ein Bereich wird gesperrt)
Teil 2: Impedanzfrequenzgang von Schwingkreisen
Fragen ED205, ED206: Die beiden Schwingkreis-Typen zeigen gegensätzliches Verhalten bei der Resonanzfrequenz:
Serienschwingkreis
Impedanz bei Resonanz: MINIMAL
(idealerweise nahe Null, real begrenzt durch Verlustwiderstände)
Parallelschwingkreis
Impedanz bei Resonanz: MAXIMAL
(hochohmig / Impedanzmaximum)
Frage ED207: Ein Parallelschwingkreis verhält sich bei der Resonanzfrequenz wie ein hochohmiger Widerstand.
💡 Merkhilfe:
- Serienschwingkreis: Impedanz-Minimum bei Resonanz (Kurve zeigt „Tal")
- Parallelschwingkreis: Impedanz-Maximum bei Resonanz (Kurve zeigt „Berg")
Teil 3: Filterschaltungen erkennen
Tiefpass-Schaltungen
Fragen ED208, ED209, ED210: So erkennst du einen Tiefpass:
So erkennst du einen Tiefpass:
- Kondensator parallel (nach Masse/unten)
- Widerstand (bei RC) oder Spule (bei LC) in Reihe (im Signalweg)
- Ausgangsspannung wird über dem Kondensator abgegriffen
Warum? Bei hohen Frequenzen hat der Kondensator einen niedrigen Widerstand und leitet das Signal nach Masse ab. Bei tiefen Frequenzen sperrt er und das Signal geht zum Ausgang.
ED210 - π-Tiefpass: Die Prüfungsantwort zeigt einen π-Tiefpass (C-R-C) mit zwei Kondensatoren nach Masse und einem Widerstand dazwischen. Das ist kein einfaches RC-Glied, sondern ein mehrstufiger Tiefpass - aber das Erkennungsprinzip bleibt gleich: Kondensatoren gehen nach Masse → Tiefpass.
Hochpass-Schaltungen
Fragen ED211, ED212, ED213: So erkennst du einen Hochpass:
So erkennst du einen Hochpass:
- Kondensator in Reihe (im Signalweg)
- Widerstand (bei RC) oder Spule (bei LC) parallel (nach Masse)
- Ausgangsspannung wird über der Spule/dem Widerstand abgegriffen
Warum? Bei tiefen Frequenzen hat der Kondensator einen hohen Widerstand und blockiert das Signal. Bei hohen Frequenzen lässt er das Signal durch.
Vergleich: Tiefpass vs. Hochpass
| Merkmal | Tiefpass | Hochpass |
|---|---|---|
| Kondensator | Parallel (nach Masse) | In Reihe (im Signalweg) |
| Spule/Widerstand | In Reihe | Parallel |
| Lässt durch | Tiefe Frequenzen | Hohe Frequenzen |
| Anwendung | Oberwellenfilter am Sender | KW-Filter vor UKW-Empfänger |
Teil 4: Sperrkreis und Saugkreis
Fragen ED214, ED215: Beide dienen zur Unterdrückung einer bestimmten Störfrequenz (Prüfungsdefinition - in anderer Literatur teils abweichende Bezeichnungen):
Sperrkreis
= Parallelschwingkreis in Reihe
Bei Resonanz: hohe Impedanz
→ sperrt die Störfrequenz
Saugkreis
= Serienschwingkreis parallel
Bei Resonanz: niedrige Impedanz
→ „saugt" die Störfrequenz ab
💡 So unterscheidest du Sperr- und Saugkreis:
- Sperrkreis: Schwingkreis im Signalweg (in Reihe) - L und C parallel
- Saugkreis: Schwingkreis parallel zum Signal (nach Masse) - L und C in Reihe
Teil 5: Kondensatoren für HF-Filter
Frage ED216: Für HF-Filter (Hochfrequenz) sollen vorzugsweise Keramik- oder Luftkondensatoren verwendet werden.
| Kondensatortyp | Geeignet für HF? | Warum? |
|---|---|---|
| Keramikkondensatoren | ✓ Ja | Niedrige Induktivität, stabil bei HF |
| Luftkondensatoren | ✓ Ja | Sehr niedrige Verluste, abstimmbar |
| Aluminium-Elektrolytkondensatoren | ✗ Nein | Hohe Induktivität, polarisiert |
| Tantal-Elektrolytkondensatoren | ✗ Nein | Polarisiert, nicht für HF geeignet |
💡 Warum keine Elektrolytkondensatoren für HF?
- Sie sind polarisiert (Plus/Minus-Anschluss)
- Sie haben eine hohe Eigeninduktivität
- Sie sind für Gleichspannungsglättung gedacht, nicht für HF-Signale
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| ED201 | Filtercharakteristik (fällt ab) | Tiefpass |
| ED202 | Filtercharakteristik (steigt an) | Hochpass |
| ED203 | Filtercharakteristik (Hügel) | Bandpass |
| ED204 | Filtercharakteristik (Tal) | Bandsperre |
| ED205 | Impedanz-Minimum bei Resonanz | Serienschwingkreis |
| ED206 | Impedanz-Maximum bei Resonanz | Parallelschwingkreis |
| ED207 | Parallelschwingkreis bei Resonanz | Hochohmiger Widerstand |
| ED208 | Schaltung: R in Reihe, C parallel | Tiefpass |
| ED209 | Schaltung: L in Reihe, C parallel | Tiefpass |
| ED210 | Tiefpass für Mikrofon | Schaltung mit C parallel |
| ED211 | Schaltung: C in Reihe, R parallel | Hochpass |
| ED212 | Schaltung: C in Reihe, L parallel | Hochpass |
| ED213 | Hochpassfilter erkennen | C in Reihe, L/R parallel |
| ED214 | Parallelschwingkreis in Reihe | Sperrkreis |
| ED215 | Serienschwingkreis parallel | Saugkreis |
| ED216 | Kondensatoren für HF-Filter | Keramik- oder Luftkondensatoren |
Wissenskontrolle
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Wie wird die dargestellte Filtercharakteristik bezeichnet?
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Der im folgenden Bild dargestellte Impedanzfrequenzgang ist typisch für ...
Der im folgenden Bild dargestellte Impedanzfrequenzgang ist typisch für ...
Wie verhält sich ein Parallelschwingkreis bei der Resonanzfrequenz?
Was stellt die folgende Schaltung dar?
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Welche Schaltung könnte für die Tiefpassfilterung in einem Mikrofonverstärker eingesetzt werden?
Was stellt die folgende Schaltung dar?
Was stellt die folgende Schaltung dar?
Welche Schaltung stellt ein Hochpassfilter dar?
Was stellt die folgende Schaltung dar?
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Welche Kondensatoren sollen vorzugsweise für HF-Filter verwendet werden?