Passive Bandpassfilterkann durch die Verbindung eines Tiefpassfilters mit einem Hochpassfilter erreicht werden
Mit dem passiven Bandpassfilter lassen sich bestimmte Frequenzen innerhalb eines bestimmten Bandes oder Frequenzbereichs isolieren oder herausfiltern. Die Grenzfrequenz (ƒc-Punkt) eines einfachen passiven RC-Filters lässt sich mit nur einem einzigen Widerstand in Reihe mit einem unpolarisierten Kondensator präzise steuern. Je nachdem, wie die beiden Widerstände angeschlossen sind, entsteht entweder ein Tiefpass- oder ein Hochpassfilter.
Eine einfache Anwendung für diese Art passiver Filter sind Audioverstärker oder -schaltungen, beispielsweise in Lautsprecher-Frequenzweichen oder Vorverstärker-Klangreglern. Manchmal ist es notwendig, nur einen bestimmten Frequenzbereich durchzulassen, der nicht bei 0 Hz (DC) beginnt oder an einem oberen Hochfrequenzpunkt endet, sondern innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs oder -bands liegt, entweder schmal oder breit.
Durch die Verbindung bzw. Kaskadierung einer einzelnen Tiefpassfilterschaltung mit einer Hochpassfilterschaltung entsteht ein passiver RC-Filtertyp, der einen ausgewählten Frequenzbereich (Band) – schmal oder breit – durchlässt und alle Frequenzen außerhalb dieses Bereichs dämpft. Diese neue passive Filteranordnung erzeugt einen frequenzselektiven Filter, der allgemein als Bandpassfilter oder kurz BPF bezeichnet wird.
Im Gegensatz zum Tiefpassfilter, der nur Signale mit niedrigem Frequenzbereich durchlässt, oder zum Hochpassfilter, der Signale mit höherem Frequenzbereich durchlässt, lässt ein Bandpassfilter Signale innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes oder einer bestimmten Frequenzbreite durch, ohne das Eingangssignal zu verzerren oder zusätzliches Rauschen zu erzeugen. Dieses Frequenzband kann beliebig breit sein und wird allgemein als Filterbandbreite bezeichnet.
Die Bandbreite wird üblicherweise als der Frequenzbereich definiert, der zwischen zwei festgelegten Frequenzgrenzwerten (ƒc) liegt, die 3 dB unter dem maximalen Mittelpunkt oder Resonanzpeak liegen, während die anderen Werte außerhalb dieser beiden Punkte gedämpft oder abgeschwächt werden.
Für weit gestreute Frequenzen können wir den Begriff „Bandbreite“ (BW) einfach als die Differenz zwischen der unteren Grenzfrequenz (ƒcLOWER) und der oberen Grenzfrequenz (ƒcHIGHER) definieren. Mit anderen Worten: BW = ƒH – ƒL. Damit ein Bandpassfilter richtig funktioniert, muss die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters natürlich höher sein als die Grenzfrequenz des Hochpassfilters.
Der „ideale“ Bandpassfilter kann auch verwendet werden, um bestimmte Frequenzen innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes zu isolieren oder herauszufiltern, beispielsweise zur Rauschunterdrückung. Bandpassfilter werden allgemein als Filter zweiter Ordnung (zweipolig) bezeichnet, da sie in ihrer Schaltungskonstruktion zwei reaktive Komponenten, die Kondensatoren, enthalten. Ein Kondensator befindet sich im Tiefpasskreis und ein weiterer im Hochpasskreis.
Das Bode-Diagramm bzw. die Frequenzgangkurve oben zeigt die Eigenschaften des Bandpassfilters. Hier wird das Signal bei niedrigen Frequenzen gedämpft, wobei der Ausgang mit einer Steigung von +20 dB/Dekade (6 dB/Oktave) ansteigt, bis die Frequenz den unteren Grenzpunkt ƒL erreicht. Bei dieser Frequenz beträgt die Ausgangsspannung wieder 1/√2 = 70,7 % des Eingangssignalwerts oder -3 dB (20*log(VOUT/VIN)) des Eingangs.
Der Ausgang bleibt mit maximaler Verstärkung, bis er den oberen Grenzpunkt ƒH erreicht. Dort sinkt der Ausgang mit einer Rate von -20 dB/Dekade (6 dB/Oktave) und dämpft alle hochfrequenten Signale. Der Punkt der maximalen Ausgangsverstärkung ist im Allgemeinen der geometrische Mittelwert der beiden -3-dB-Werte zwischen dem unteren und oberen Grenzpunkt und wird als „Mittenfrequenz“ oder „Resonanzspitzenwert“ ƒr bezeichnet. Dieser geometrische Mittelwert berechnet sich wie folgt: ƒr 2 = ƒ(OBER) x ƒ(UNTER).
ABandpassfilterals Filter zweiter Ordnung (Zweipol) betrachtet wird, da er „zwei“ reaktive Komponenten innerhalb seiner Schaltungsstruktur hat, dann ist der Phasenwinkel doppelt so groß wie bei den zuvor gesehenen Filtern erster Ordnung, also 180°. Der Phasenwinkel des Ausgangssignals eilt dem des Eingangs um +90° bis zur Mitten- oder Resonanzfrequenz voraus, bis zu dem Punkt, an dem er „null“ Grad (0°) oder „in Phase“ wird, und ändert sich dann, um dem Eingang um -90° nachzueilen, wenn die Ausgangsfrequenz zunimmt.
Die oberen und unteren Grenzfrequenzpunkte für einen Bandpassfilter können beispielsweise mit der gleichen Formel ermittelt werden wie für Tief- und Hochpassfilter.
Die Einheiten werden standardmäßig mit SMA- oder N-Buchsen oder 2,92-mm-, 2,40-mm- und 1,85-mm-Anschlüssen für Hochfrequenzkomponenten geliefert.
Wir können den Bandpassfilter auch an Ihre Anforderungen anpassen. Sie können die Anpassungsseite aufrufen, um die gewünschten Spezifikationen anzugeben.
Beitragszeit: 06.09.2022
