Passiver Tiefpass / Tiefpass-Filter

Ein passiver Tiefpass lässt, wie sein Name schon sagt, Spannungen/Amplituden mit tiefen Frequenzen durch. Hohe Frequenzen werden gesperrt. Der Zusatz "passiv" steht dabei für das fehlende verstärkende Element. Einen Tiefpass kann man auch als Filter einsetzen. Dann sagt man Tiefpass-Filter dazu. Die Wirkung des Tiefpasses bezieht sich auf sinusförmige Wechselspannungen.

Hinweise zu den Schaltungen und den dazugehörigen Erklärungen

Die hier dargestellten Schaltungen dienen nur der theoretischen Betrachtung. In der Praxis können sie nur bedingt eingesetzt werden. Es gelten ähnliche Bedingungen, wie bei einem Spannungsteiler mit Widerständen.
In der folgenden Betrachtungsweise ist immer wieder von einem Wechselstromwiderstand die Rede. Das rührt daher, weil ein Kondensator oder eine Spule immer auch als Widerstand zu verstehen sind. Allerdings ist der Widerstandswert von Kondensator und Spule frequenzabhängig und mit einer Kapazität (Kondensator) oder einer Induktivität (Spule) behaftet. In der folgenden Betrachtung kann man die Kapazität des Kondensators bzw. die Induktivität der Spule erst einmal vernachlässigen. Interessant ist das Frequenzverhalten von Kondensator und Spule.

Frequenzverhalten
Kondensator	Spule
Das Diagramm zeigt den Verlauf des kapazitiven Blindwiderstands XC in Abhängigkeit der Frequenz f. Mit steigender Frequenz sinkt der Widerstandswert.	Das Diagramm zeigt den Verlauf des induktiven Blindwiderstands XL in Abhängigkeit der Frequenz f. Mit steigender Frequenz steigt auch der Widerstandswert.

Um sich die Funktionsweise der Schaltungen besser merken zu können, muss man nur wissen, wie sich Kondensator und Spule bei hohen und tiefen Frequenzen verhalten. Also ob der Widerstandswert steigt oder fällt. Wichtig ist dann nur noch zu wissen, wie sich die Spannung an einer Reihenschaltung von zwei Widerständen verteilt.

Grenzfrequenz

Das Diagramm zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung U_a eines Tiefpasses in Abhängigkeit der Frequenz. Signale mit Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz f_g gelten als durchgelassene Signale. Signale mit Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz f_g gelten als gesperrte Signale.

RC-Glied

Hinweis: In anderer Literatur kann Kondensator und Widerstand getauscht sein. Das CR-Glied wird dann als RC-Glied bezeichnet.

Bei einer sinusförmigen Eingangsspannung U_e mit tiefer Frequenz hat der Kondensator C einen großen Wechselstromwiderstand. Dadurch fällt an ihm eine größere Spannung ab, als am Widerstand R. Der Wechselstromwiderstand des Kondensators ist so groß, dass der Widerstand R fast keine Rolle mehr spielt. Er ist im Verhältnis zum Wechselstromwiderstand des Kondensators so klein, dass der Spannungsabfall am Kondensator fast so groß wie die Eingangsspannung U_e ist. Am Ausgang U_a liegt fast die volle Eingangsspannung U_e.

Bei einer sinusförmigen Eingangsspannung U_e mit hoher Frequenz hat der Kondensator C einen sehr kleinen Wechselstromwiderstand. Dadurch fällt an ihm eine kleinere Spannung ab, als am Widerstand R. Der Widerstandswert ist im Verhältnis zum Wechselstromwiderstand des Kondensators so groß, dass der Spannungsabfall über den Kondensator und somit die Ausgangsspannung U_a fast 0 V beträgt.

Die Grenzfrequenz f_g des CR-Glieds wird durch den Widerstand R und den Kondensator C bestimmt.

LR-Glied

Bei einer sinusförmigen Eingangsspannung U_e mit tiefer Frequenz ist der Wechselstromwiderstand der Spule L sehr klein. An ihr fällt viel weniger Spannung ab, als am Widerstand R. Der Wechselstromwiderstand der Spule ist so klein, dass er fast keine Rolle spielt. Er ist im Verhältnis zum Widerstand R so klein, dass fast die gesamte Eingangsspannung U_e am Widerstand R als Ausgangsspannung U_a abfällt.

Bei einer sinusförmigen Eingangsspannung U_e mit hoher Frequenz hat die Spule L einen großen Wechselstromwiderstand. Dadurch fällt an ihr eine größere Spannung ab, als am Widerstand R. Der Wechselstromwiderstand der Spule ist so groß, dass der Widerstand R fast keine Rolle mehr spielt. Er ist im Verhältnis zum Wechselstromwiderstand der Spule so klein, dass der Spannungsabfall über den Widerstand R und die Ausgangsspannung U_a fast 0 V beträgt.

Die Grenzfrequenz f_g des RL-Glieds wird durch den Spule L und die Widerstand R bestimmt.