Grundwissen Elektronik

18 Filter (S. 273-274)

Elektronische Schaltungen arbeiten in sehr unterschiedlichen Frequenzbereichen. Im Normalfall möchte man ganz gezielt bestimmte Frequenzen verarbeiten, ohne dass es zu Beeinflussungen durch andere Signale kommt. Ein Tonfrequenzverstärker sollte z.B. nicht empfindlich für Hochfrequenzsignale sein, die über einen Eingang, über die Netzversorgung oder durch elektromagnetische Einkopplung in das Gerät gelangen. Durch geeignete Filter lässt sich dies erreichen. In anderen Fällen geht es um die Trennung verschiedener Nutzsignale in einem Frequenzband. Bei dicht nebeneinander liegenden Frequenzen muss ein hoher Filteraufwand betrieben werden.

18.1 Entstörmaßnahmen

Allgemein treten Störungen auf, wenn ein nicht erwünschtes Signal zu einer Beeinflussung eines Nutzsignals oder einer Gerätefunktion führt. Ein Beispiel dafür ist das unerwünschte 50-Hz- oder 100-Hz-Brummen eines NF-Verstärkers. Signale aus der Netzfrequenz oder der gleichgerichteten Wechselspannung gelangen in den NF-Verstärkerzweig. Dafür gibt es verschiedene Ursachen.

Der Netztransformator befindet sich zu nahe am Verstärkereingang und induziert mit seinem magnetischen Streufeld Störungen in Signalleitungen. Ebenso kann eine elektrische Kopplung durch Streukapazitäten auftreten. Abhilfe schafft eine andere Plazierung des Netzteils oder des empfindlichen Eingangsverstärkers oder eine Abschirmung durch Metall.

Durch ungünstige Masseführung kommt es zu Spannungsabfällen auf Masseleitungen, über die Signale in den Verstärkereingang gelangen. Abhilfe schafft oft eine sternförmige Verlegung der Masseleitungen für einzelne Baugruppen und eine Vermeidung von Masseschleifen.

Störsignale gelangen über die Betriebsspannung in den Signalweg. Reste der 100-Hz-Signale des Netzgleichrichters auf der schlecht gesiebten Gleichspannung führen vor allem in empfindlichen Vorverstärkern zu Störungen. Abhilfe schafft eine bessere Filterung der Versorgungsspannung.

Prinzipiell führen größere Ladeelkos zu einer verbesserten Siebung und Ausfilterung von Wechselspannungssignalen auf der Stromversorgung. Allerdings muss hier ein wirtschaftlich vertretbarer Kompromiss gefunden werden, zumal auch ein noch so großer Elko die Restsignale nicht ganz unterdrücken kann. Sie sind um so stärker, je größer die Strombelastung des Netzteils ist. In der Praxis werden Netzteile z.B. so ausgelegt, dass die Amplitude der Rest-Wechselspannung bei Vollast nicht mehr als 10% der Gleichspannung beträgt. Ein Leistungsverstärker kann so ausgelegt werden, dass er praktisch unempfindlich gegen diese Signale ist. Anders sieht es dagegen für den Vorverstärker aus, der auf reine Gleichspannungen angewiesen ist.

Die Siebung eines Netzteils kann verbessert werden, wenn man eine Siebdrossel und einen zweiten Kondenstor einsetzt. Diese Technik war lange Zeit in der Röhrentechnik üblich und wird auch heute noch vereinzelt angewandt, besonders wenn es um höhere Spannungen geht. Das zusätzliche Siebglied stellt ein Tiefpassfilter dar, dessen Wirkung grob als Spannungsteiler aus zwei Wechselstromwiderständen angesehen werden kann. Eine Drosselspule mit der Induktivität 1 H hat bei 100 Hz einen induktiven Widerstand von 630 S2. Dagegen beträgt der kapazitive Widerstand eines Kondenstors von 100 PF bei 100 Hz nur ca. 16 S2. Die Störspannung wird also etwa um den Faktor 40 verringert, das Filter kann also Störanteile von 40 V auf 1 V verringern. Siebdrosseln werden z.B. in Netzteilen für Röhrensender eingesetzt, weil für die hohen Spannungen von 1 kV und mehr keine ausreichend großen Elkos erhältlich sind, so dass man Metall-Papierkondensatoren mit hoher Spannungsfestigkeit einsetzt. Für Halbleiterschaltungen setzt man dagegen lieber auf sehr große Elkos und versucht, bereits mit einem Elko im Netzteil eine ausreichende Siebung zu erhalten.

Die Stromversorgung für einen Vorverstärker sollte nach Möglichkeit frei von Störsignalen sein. Man verwendet meist zusätzliche Filter für die Vorstufen. Da hier nur ein kleiner Strom fließt, lässt sich mit geringem Aufwand eine gute zusätzliche Glättung erzielen. Statt eines Drosselfilters kann ein einfaches RC-Filter verwendet werden. Der zusätzliche Spannungsabfall am Widerstand ist kein Problem, weil Vorstufen meist weniger Betriebsspannung benötigen.