Tiefpass, Hochpass

Du solltest vorher den Teil zu Kondensator angesehen haben.

Eine Wechselspannung, wie wir sie benutzen, wechselt ihre Spannungswerte (in Volt) nach einem periodisch wiederkehrenden Muster. So kann sie z.B. zwischen den Werten +5V und 0V hin- und herschalten (Rechteckwechselspannung). Diese Wechselspannung kannst Du durch ständiges An- und Ausschalten erzeugen. Von Hand wäre sie vermutlich zeitlich nicht sehr gleichförmig. Wenn man diesen Wechsel sehr genau hinbekommt, kann man angeben, wie oft in der Sekunde zwischen 5 und 0 gewechselt wird: die Frequenz (1/Sekunde) der Wechselspannung. Die Wechselspannung unseres Stromnetzes wechselt nicht in Rechteckform, sondern mit weichen Übergängen sinusförmig von positiven zu negativen Werten: eine Wechselspannung mit 50 Polaritätswechseln pro Sekunde (50 Hz). Mit dem Oszilloskop kann man die Polaritätswechsel sehr gut sichtbar machen. Auch die Töne, die eine Flöte erzeugt, sind von der Form her sinusförmige Luftdruckwechsel, die das Trommelfell des Ohres in entsprechende Schwingung versetzen. Frequenzen kann man bis einige Tausend Hertz hören. Niedrige Frequenzen entsprechen tiefen Tönen, hohe Frequenzen den hohen Tönen. Bei den Hoch- und Tiefpässen, die wir uns gleich ansehen, geht es um das Verhalten von Kondensator und Widerstand (gilt das Ohmsche Gesetz noch?), wenn Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenz und auch Gleichspannungen angelegt werden.

Tiefpass

Diese Schaltung sieht aus wie ein Spannungsteiler, nur dass an Stelle eines der Widerstände ein Kondensator tritt. Dieser Spannungsteiler ist aber irgendwie anders: Gleichspannung wird voll durchgereicht (der Kondensator lässt Gleichstrom nicht zu und damit nicht die Herabsetzung von Ue im bereits beim Spannungsteiler ermittelten Teilerverhältnis)! Das Spannungsverhältnis Ua zu Ue ist im Gegensatz zum ohmschen Spannungsteiler frequenzabhängig. Dieser Aufbau heißt auch Tiefpass. Für Gleichspannung und niederfrequente Wechselspannungen hat der Kondensator einen relativ hohen Widerstand im Verhältnis zum ohmschen Widerstand R, d.h. während niedrige Frequenzen durchgelassen werden (bei Ua fast ungeschwächt ankommen), werden hohe Frequenzen am Kondensator fast kurzgeschlossen. Wir werden bei den Versuchen noch praktische Erfahrungen sammeln. Bei Wikipedia ist der Tiefpass nachzulesen (für Anfänger weniger geeignet). Dort ist auch die sog. Grenzfrequenz definiert: fg = 1 / (2 x pi x R x C). Bei dieser Frequenz beginnt die spürbare Wirkung, höhere Frequenzen kurzzuschließen (Ua ist wesentlich kleiner als Ue), d.h. unterhalb dieser lässt der Tiefpass die Wechselspannungen fast ohne Absenkung (Ua ist ungefähr Ue) durch. (pi=3,14)

Hochpass

Diese Schaltung heißt Hochpass, sie verhält sich jetzt entgegengesetzt zur Tiefpassschaltung. Gleichspannung wird abgeblockt. Der Kondensator hat für höherfrequente Wechselspannungen einen relativ niedrigen Widerstand im Verhältnis zum ohmschen Widerstand. Schaltungen dieser Art mit einer Kombination aus Widerstand und Kondensator heißen RC-Glieder. Bei Wikipedia ist dieses Thema ausführlich behandelt (weniger für Anfänger geeignet). Wir werden praktische Versuche machen, die mit dem Oszilloskop mit Signalgenerator veranschaulicht werden.

Natürlich gilt das Ohmsche Gesetz auch hier, allerdings mit frequenzabhängigen (sog. komplexen) Widerständen. Spannungen und Ströme sind dann komplexe Größen (beim Thema Kondensator wurde dieses Thema auf der Seite unten angetippt.)

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bei Fragen
Stand: 24. Jan. 2013