Low Pass Filters and High Pass Filters - RC and RL Circuits

Summary

In diesem Video werden die Grundlagen von Tiefpass- und Hochpassfiltern erklärt, mit einem besonderen Fokus auf RC- und RL-Schaltungen. Ein Tiefpassfilter lässt niedrige Frequenzen passieren, während hohe Frequenzen stark abgeschwächt werden. Es werden sowohl RC- als auch RL-Tiefpassfilter behandelt, wobei die Rolle von Widerständen und Kapazitäten bzw. Induktivitäten hervorgehoben wird. Ebenso werden Hochpassfilter erläutert, die hohe Frequenzen durchlassen und niedrige blockieren. Der Videoinhalt umfasst zudem die Berechnung der Grenzfrequenz und das Verhalten der Schaltungen bei unterschiedlichen Frequenzen.

Takeaways

• 😀 Ein Tiefpassfilter lässt Niedrigfrequenzsignale durch, blockiert jedoch Hochfrequenzsignale, indem es deren Amplitude stark reduziert.
• 😀 Der RC-Tiefpassfilter nutzt einen Widerstand (R) und einen Kondensator (C), wobei das Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Frequenz reduziert wird.
• 😀 Die Kapazitive Reaktanz (Xc) ist umgekehrt proportional zur Frequenz, wodurch Hochfrequenzsignale leicht durch den Kondensator fließen können, während Niedrigfrequenzsignale blockiert werden.
• 😀 Der Cutoff-Frequenz (fc) eines Tiefpassfilters ist die Frequenz, bei der das Ausgangssignal um 3 dB reduziert wird. Sie kann mit der Formel 1 / (2πRC) berechnet werden.
• 😀 Für den RC-Tiefpassfilter ist die Ausgangsspannung bei der Cutoff-Frequenz 70,7 % der Eingangs-Spannung.
• 😀 Hochfrequenzsignale können durch einen Kondensator hindurchtreten, aber Niedrigfrequenzsignale werden stark blockiert, da die Impedanz bei niedrigen Frequenzen hoch ist.
• 😀 Der RL-Tiefpassfilter verwendet einen Widerstand (R) und eine Induktivität (L), wobei der Ausgang über den Widerstand abgenommen wird und hochfrequente Signale durch die Induktivität blockiert werden.
• 😀 Der Cutoff-Frequenz für den RL-Tiefpassfilter kann mit der Formel R / (2πL) berechnet werden.
• 😀 Ein Hochpassfilter lässt Hochfrequenzsignale durch und blockiert Niedrigfrequenzsignale, wobei der Ausgang bei hohen Frequenzen stärker wird.
• 😀 Der RC-Hochpassfilter hat die gleiche Formel für die Cutoff-Frequenz wie der Tiefpassfilter (1 / 2πRC), jedoch steigt das Ausgangssignal mit zunehmender Frequenz.
• 😀 Der RL-Hochpassfilter funktioniert ähnlich wie der RC-Hochpassfilter, wobei der Widerstand den Strom für alle Frequenzen gleichmäßig lässt, während die Induktivität Niedrigfrequenzsignale blockiert.
• 😀 Sowohl der RC- als auch der RL-Hochpassfilter haben bei der Cutoff-Frequenz eine Signalreduktion von 3 dB und erreichen bei sehr hohen Frequenzen einen maximalen Ausgang.

Q & A

Was ist der Hauptzweck eines Low-Pass-Filters?

Ein Low-Pass-Filter lässt Signale mit niedrigen Frequenzen ungehindert durch, während Signale mit hohen Frequenzen stark in ihrer Amplitude reduziert werden.

Wie funktioniert der RC Low-Pass-Filter?

Der RC Low-Pass-Filter nutzt einen Widerstand und einen Kondensator. Der Widerstand und die kapazitive Reaktanz bestimmen den Ausgang des Filters. Hohe Frequenzen werden durch den Kondensator blockiert, während niedrige Frequenzen durchgelassen werden.

Was passiert mit dem Ausgangsspannung eines RC Low-Pass-Filters bei Erhöhung der Frequenz?

Mit steigender Frequenz nimmt die kapazitive Reaktanz ab, was dazu führt, dass die Ausgangsspannung ebenfalls sinkt, da der Kondensator hohe Frequenzen blockiert.

Wie wird die Grenzfrequenz eines RC Low-Pass-Filters berechnet?

Die Grenzfrequenz eines RC Low-Pass-Filters wird mit der Formel f_c = 1 / (2 * π * R * C) berechnet. Dabei sind R der Widerstand und C die Kapazität.

Was bedeutet eine Absenkung von 3 dB bei einem Low-Pass-Filter?

Eine Absenkung von 3 dB bedeutet, dass die Ausgangsspannung 70,7% des Eingangswerts beträgt. Dies tritt bei der Grenzfrequenz des Filters auf.

Welche Rolle spielt der Induktor in einem RL Low-Pass-Filter?

Im RL Low-Pass-Filter lässt der Induktor niedrige Frequenzen relativ ungehindert durch, während hohe Frequenzen stark gedämpft werden, da die induktive Reaktanz bei hohen Frequenzen zunimmt.

Wie wird die Grenzfrequenz eines RL Low-Pass-Filters berechnet?

Die Grenzfrequenz eines RL Low-Pass-Filters wird mit der Formel f_c = R / (2 * π * L) berechnet, wobei R der Widerstand und L die Induktivität sind.

Was passiert mit der Ausgangsspannung eines RL Low-Pass-Filters bei niedrigen Frequenzen?

Bei niedrigen Frequenzen ist die Ausgangsspannung hoch, da der Induktor diese Frequenzen nicht blockiert, sondern sie relativ ungehindert passieren lässt.

Wie unterscheidet sich ein High-Pass-Filter von einem Low-Pass-Filter?

Ein High-Pass-Filter lässt hohe Frequenzen ungehindert durch und blockiert niedrige Frequenzen, während ein Low-Pass-Filter genau das Gegenteil tut – es lässt niedrige Frequenzen durch und blockiert hohe Frequenzen.

Warum blockiert der Kondensator bei einem RC High-Pass-Filter niedrige Frequenzen?

Der Kondensator bei einem RC High-Pass-Filter hat eine hohe kapazitive Reaktanz bei niedrigen Frequenzen, was bedeutet, dass er diese Frequenzen blockiert. Bei hohen Frequenzen nimmt die Reaktanz ab, sodass diese Signale durchgelassen werden.