Diese Seite erklärt die genaue Funktionsweise eines RC Gliedes und der einzelnen Komponenten. Nachfolgend nennen wir einige Möglichkeiten der RC Schaltung und typische Anwendungsbereiche. Anschließend erklären wir, wie sich ein RC Glied berechnen lässt und stellen zudem einen RC Glied Rechner für die gängigsten Varianten der RC Schaltung zur Verfügung.
Das RC Glied oder RC Siebglied bezeichnet in der Elektrotechnik eine Schaltung mit einem Widerstand R und einer Kapazität C. Die beiden Bauteile können dabei entweder parallel oder in Reihe geschaltet werden. Auch eine Kombination mehrerer Widerstände und Kondensatoren ist möglich.
Durch die Eigenschaften der Bauteile wird ein Zusammenhang zwischen der Frequenz am Eingang und der Spannung am Ausgang erreicht. Dieser Effekt lässt sich in elektronischen Schaltungen sinnvoll nutzen, die in Abhängigkeit von der Frequenz unterschiedlich arbeiten. Hier werden deshalb nur Spannungen mit bestimmten Frequenzen angelegt.
Funktionsweise der Komponenten
Der Widerstand des Drahtes findet aufgrund der verschwindend geringen Größe in den meisten Berechnungen keine Beachtung. Auch der ohmsche Widerstand R bleibt immer konstant. Er verändert seinen Wert bei Unterschieden in Spannung und Strom nicht. Auch Frequenzänderungen haben keine Auswirkung auf R.
Der Kondensator C hingegen funktioniert wie eine Batterie mit einer sehr kleinen Kapazität. An eine Gleichspannung angelegt würde er sich aufladen und im voll geladenen Zustand eine Unterbrechung des Stromkreises darstellen. Wird er allerdings an eine Wechselspannung angeschlossen, bildet er einen kapazitiven Blindwiderstand $X_C$, der sich in Abhängigkeit von der Spannung ändert. Dieser Effekt entsteht dadurch, dass der Kondensator durch den Wechsel der Pole dauerhaft geladen und entladen wird. Je niedriger die Frequenz ist, umso länger sind die Ladezyklen und umso größer wird der kapazitive Blindwiderstand $X_C$.
Widerstand, Kapazität und Zeitkonstante RC Glied
Beim RC Glied berechnen sind die Größen von Widerstand und Kapazität am wichtigsten. Durch das Zusammenwirken dieser beiden Größen ergibt sich der gewünschte Filtereffekt. Je nach Verschaltung ändern sich zwar die Formeln zur Berechnung, aber diese beiden Größen spielen immer eine Rolle.
Durch die Funktionsweise des Kondensators ist auch die Zeitkonstante vom RC Glied wichtig. Diese errechnet sich aus dem Produkt von Widerstand und Kapazität und gibt die benötigte Ladezeit an. Je nach Schaltung unterscheiden sich die Formeln, nach denen sich ein RC Siebglied berechnen lässt, aber die Zeitkonstante des RC Glieds wird für jedes RC Glied identisch berechnet.
RC Glied berechnen online
Mit unseren RC Glied Rechnern fällt die Arbeit mit den Schaltungen leichter. Durch die unterschiedliche Verschaltung von Widerstand und Kondensator lassen sich viele verschiedene Filter realisieren. Dabei kommt es darauf an, ob die Bauteile in Reihe oder parallel geschaltet werden und an welcher Stelle die Ausgangsspannung abgegriffen wird. Häufig genutzte Möglichkeiten sind Hochpass, Tiefpass, Bandpass und Bandsperre, die wir als RC Schaltung berechnen wollen.
Hochpass
Ein RC Hochpass mit RC Siebglied entsteht durch die Reihenschaltung der beiden Bauteile, wobei die Ausgangsspannung über dem ohmschen Widerstand abgegriffen wird. Ein einfacher RC Hochpass ist ein Hochpass der 1. Ordnung. Der Widerstand des Kondensators steigt mit sinkender Frequenz und umgekehrt. Je kleiner der Widerstand des Kondensators ist, umso größer wird der Spannungsabfall über dem ohmschen Widerstand. Folglich steigt die Ausgangsspannung zusammen mit der Frequenz am Eingang. Im entsprechenden Abschnitt wird erklärt, wie sich ein RC Siebglied berechnen lässt.
Tiefpass
Der RC Tiefpass ist im Aufbau identisch mit dem RC Hochpass, hier wird allerdings die Ausgangsspannung über dem Kondensator abgegriffen. Dadurch erhalten wir den exakt umgekehrten Effekt. Der Widerstand des Kondensators steigt mit sinkender Frequenz. Je größer der Widerstand, umso größer der Spannungsabfall und die Ausgangsspannung. Beim RC Tiefpass handelt es sich ebenfalls um einen Tiefpass der 1. Ordnung. Der zugehörige Abschnitt erklärt, wie sich eine RC Schaltung berechnen lässt.
Bandpass
Der RC Bandpass entsteht durch eine Kombination von zwei RC Gliedern. Eine RC Reihenschaltung und eine RC Parallelschaltung werden in Reihe geschaltet. Die Ausgangsspannung wird über der Parallelschaltung abgegriffen. Diese Schaltung bewirkt, dass die Ausgangsspannung in einem Frequenzband am höchsten ist. Die Mitte dieses Bandes wird als Mittenfrequenz bezeichnet. Bei höherer oder niedrigerer Frequenz sinkt die Ausgangsspannung ab. Unser Rechner vereinfacht es das RC Glied berechnen.
Bandsperre
Die RC Bandsperre stellt das Gegenstück zum Bandpass dar und wird exakt gleich aufgebaut. Der Bereich, den der Bandpass durchlässt, wird bei der Bandsperre abgeschwächt beziehungsweise gesperrt. Dazu wird einfach die Ausgangsspannung über der Reihenschaltung abgegriffen. Hier ist die Mittenfrequenz das Zentrum des gesperrten Bereichs. Mit unserem Rechner lässt sich eine Bandsperre einfacher als RC Glied berechnen.
RC Glied Anwendungsbereiche
Die Filterung von Frequenzen wird beispielsweise im Lautsprecherbau eingesetzt, um die Tonqualität zu steigern. Die Lautsprecher können nur die Signale im richtigen Frequenzbereich sauber wiedergeben. Tonsignale auf anderen Frequenzen wären als unschöne Verzerrungen, quietschen oder kratzen zu hören. Beim Hochtöner wird deshalb ein Hochpass vorgeschaltet und beim Tieftöner ein Tiefpass. Beim Mitteltöner kommt folglich der Bandpass zum Einsatz.
Alle Funksignale operieren auf einer bestimmten Frequenz, die sich meist im Bereich vieler Megahertz befindet. Für Mobilfunkanlagen beispielsweise werden die Frequenzen an die Anbieter verkauft, um einen störungsfreien Betrieb sicherzustellen. Nur wenn Sender und Empfänger auf der gleichen Frequenz arbeiten, kann das Signal übermittelt werden. Damit es zu möglichst wenigen Störungen kommt, werden unerwünschte Frequenzen vor dem Senden herausgefiltert. Für große Sendeanlagen ist die Filterung der gesendeten Signale sogar gesetzlich vorgeschrieben.
Der Empfänger des Signals sollte ebenfalls mit einem Filter versehen werden, damit es nicht zum Empfang unerwünschter Signale aus anderen Frequenzbereichen kommt. Diese könnten sich in Störgeräuschen bemerkbar machen oder sogar das eigentlich empfangene Signal überlagern. Beim Empfang einer bestimmten Signalfrequenz etwa könnte ein Bandpassfilter recht genau dimensioniert werden und somit Störungen ausschließen. Ein verbreitetes Beispiel hierfür ist die Sendersuche bei Radios.
Bei Netzgeräten kommen auch häufig Filterelemente zum Einsatz. Diese sollen die in den meisten Fällen hochfrequenten Signale entfernen, die unbeabsichtigt in die Stromleitung gelangen und mitgesendet werden. Die Signale haben zwar keinen Einfluss auf die Übertragung der Netzspannung, können aber für Störungen bei anderen Geräten sorgen. Man spricht in diesem speziellen Fall von Netzfiltern.
