Hochpassfilter-Rechner

Ein Hochpass lässt schnell veränderliche Signale passieren und schwächt niederfrequente Anteile sowie Gleichspannung ab. Er entfernt Sensordrift, sperrt Gleichspannung zwischen Verstärkerstufen, reduziert Rumpeln, formt Audiosignale und trennt Frequenzbänder in Kommunikationssystemen. Dieser Rechner modelliert passive RC- und RL-Netzwerke erster Ordnung. Er liefert Grenzfrequenz und ideale Sinusantwort bei einer gewählten Eingangsfrequenz, sodass sich Bauteilwahl und Frequenzverhalten leicht vergleichen lassen. Ein RC-Hochpass enthält meist einen Kondensator in Reihe zum Signal und einen Widerstand vom Ausgang zum Bezugsknoten. Seine Grenzfrequenz ist eins geteilt durch zwei Pi mal Widerstand mal Kapazität. Beim RL-Hochpass kann der Ausgang einer Widerstand-Spulen-Reihenschaltung an der Spule abgegriffen werden; die Grenzfrequenz ist Widerstand geteilt durch zwei Pi mal Induktivität. Der Rechner wandelt Mikrofarad und Millihenry vor Anwendung dieser Beziehungen in SI-Basiseinheiten um. Der Frequenzgang hängt vom Verhältnis aus Eingangs- und Grenzfrequenz ab. Die ideale Spannungsverstärkung ist dieses Verhältnis geteilt durch die Quadratwurzel aus eins plus seinem Quadrat. An der Grenzfrequenz beträgt sie etwa 0.707 beziehungsweise minus 3.01 Dezibel. Weit darunter nähert sie sich null, und tiefe Frequenzen werden stark gedämpft. Weit darüber nähert sie sich eins, sodass der Ausgang dem Eingang weitgehend folgt. Die Verstärkung in Dezibel ist das Zwanzigfache des Zehnerlogarithmus der Spannungsverstärkung. Bei dieser idealen Hochpass-Übertragung eilt der Ausgang dem Eingang in der Phase voraus. Weit unterhalb der Grenzfrequenz nähert sich die Phase neunzig Grad, an der Grenze beträgt sie fünfundvierzig Grad und bei hohen Frequenzen nähert sie sich null. Tatsächliche Polarität und gemessene Phase hängen auch vom Ausgangsabgriff und der Verschaltung ab. Quellen- und Lastimpedanzen verändern die wirksamen Bauteilwerte und müssen berücksichtigt werden, wenn sie nicht vernachlässigbar sind. Reale Kondensatoren besitzen Toleranz, Leckstrom, äquivalenten Serienwiderstand und parasitäre Induktivität. Reale Spulen besitzen Wicklungswiderstand, Kernverluste, parasitäre Kapazität und eine Eigenresonanzfrequenz. Dadurch kann das einfache Modell an den Frequenzgrenzen ungenau werden. Nutzen Sie das Ergebnis zur Vorauswahl und berücksichtigen Sie anschließend Quellen- und Lastimpedanzen, Bauteiltoleranzen und Betriebsgrenzen in einer vollständigen Analyse. Prüfen Sie wichtige Entwürfe mit Simulation und Labormessung, besonders in Hochfrequenztechnik, Präzisionsmesstechnik und sicherheitskritischen Anwendungen.