RC-Filter

Lehrpläne: Sek II, electronics courses

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Ziel

Messen Sie die Frequenzgänge eines RC-Tiefpasses und eines RC-Hochpasses.

Aufbau

Quelle: Sinus, Amplitude 5 V (Effektivwert 3,54 V), 159,15 Hz – die Grenzfrequenz der Filter. Unten – der Tiefpass: ein 1-kΩ-Widerstand, dann ein 1-µF-Kondensator, Ausgang am Kondensator. Oben – der Hochpass: ein Kondensator, dann ein Widerstand, Ausgang am Widerstand. Voltmeter im AC-Modus an den Ausgängen.

Durchführung

1. Notieren Sie die Ausgangsspannungen beider Filter.
2. Stellen Sie nacheinander 20, 50, 100, 300, 500 und 1000 Hz ein und notieren Sie bei jeder Frequenz beide Ausgangsspannungen.
3. Zeichnen Sie die Graphen des Verhältnisses \(U_{out} / U_{in}\) über der Frequenz. Nehmen Sie für \(U_{in}\) die Effektivspannung der Quelle, 3,54 V.

Erwartetes Ergebnis

Bei der Grenzfrequenz \(f = 1 / (2\pi RC)\) ≈ 159 Hz liegen an beiden Ausgängen etwa 2,50 V – das 0,71-Fache der Eingangsspannung. Bei 20 Hz: Tiefpass – etwa 3,5 V, Hochpass – etwa 0,44 V. Bei 1000 Hz: Tiefpass – etwa 0,56 V, Hochpass – etwa 3,5 V.

Fragen

1. Welcher Filter eignet sich, um hochfrequentes Rauschen aus einem Sensorsignal zu entfernen?
2. Wie ändert sich die Grenzfrequenz, wenn ein 0,1-µF-Kondensator verwendet wird?

Antworten

1. Der Tiefpass. Er lässt langsame Änderungen des Signals fast unverändert durch, etwa 3,5 V von 3,54 V bei 20 Hz, und schwächt schnelle ab: Bei 1000 Hz bleiben nur etwa 0,56 V übrig. Seine Grenzfrequenz wählt man oberhalb der Frequenzen des Nutzsignals und unterhalb derer des Rauschens.
2. Sie steigt auf das Zehnfache: \(f = 1 / (2\pi RC)\) = 1 / (2π · 1 kΩ · 0,1 µF) ≈ 1,59 kHz.