Verstärker werden eingesetzt, wenn das Meßsignal des Aufnehmers sehr schwach ist oder dieser aufgrund seines physikalischen Aufbaus eine Hilfsspannung / Konstantstrom benötigt (DMS, PTC, ICP^®...). Erst der Verstärker erlaubt es, den Eingangsbereich bzw. den Signal-Rauschabstand eines AD-Wandlers oder Anzeigeinstruments und damit dessen Genauigkeit voll auszunutzen.

Verhalten von Signalen

Für den effektiven Einsatz von Aktiven Filtern sind zunächst Filterfunktion, Grenzfrequenz, Steilheit und Charakteristik festzulegen. Während die Wahl von Steilheit und Charakteristik einfach fällt, finden sich die optimale Grenzfrequenz und die Filterfunktion (z. B. Tiefpaß oder Bandpaß?) oft erst in der Praxis. Hier erweist sich die Flexibilität der EWR-Filter als unverzichtbar.

Abbildung 1 zeigt schematisch die Filter-Funktionen Tiefpaß, Hochpaß, Bandpaß und Bandsperre. Die Funktion Bypaß-Impedanzwandler bietet eine Bandbreite von > 120 kHz, die Funktion Bypaß schleift das Signal galvanisch vom System getrennt vom Eingang zum Ausgang durch.

Die Steilheit eines Filters besagt, wie schnell seine Dämpfung im Sperrbereich zunimmt. Je höher die Ordnung des Filters, desto größer ist seine Steilheit. In Abbildung 2 wird die Steilheit von Butterworthfiltern 4., 6. und 8. Ordnung verglichen. Man erreicht eine Steilheit von 24, 36 und 48 dB/Oktave bzw. 80, 120 und 160 dB/Dekade.

Die Charakteristik eines Filters definiert sein Amplituden- und Phasenverhalten. In Abbildung 3, Abbildung 4 und Abbildung 5 werden die 'klassischen' Filtercharakteristiken nach Bessel und Butterworth verglichen. Während Butterworthfilter amplitudenoptimal arbeiten, sind Besselfilter phasenoptimal ausgelegt. Butterworthfilter eignen sich besonders für sinusförmige, Besselfilter für steilflankige Signale.

Wie in Abbildung 3 ersichtlich, setzt bei Butterworthfiltern die Dämpfung deutlich dichter an der Eckfrequenz ein und knickt steiler ab als bei Besselfiltern. Die Trennwirkung in der Nähe der Eckfrequenz ist damit erheblich höher.

Abbildung 4 zeigt die Antwort beider Filter auf ein Rechtecksignal. Während das Butterworthfilter ein Überschwingen von 16 % aufweist, tritt dieser Effekt beim Besselfilter nicht auf. Besselfilter sind daher ideal für steilflankige Signale.

Abbildung 5 vergleicht die Phasengänge der Filter als Ursache. Besselfilter weisen eine frequenzproportionale Phasenverschiebung auf.

Werden besonders steile Filter benötigt, so stehen als weitere Charakteristiken Tschebyscheff und Cauer (elliptisch) zur Wahl. Beide übertreffen beim Übergang in die Dämpfung Butterworth bei weitem, weisen aber im Durchlaßbereich eine Welligkeit und für steilflankige Signale ein hohes Überschwingen auf. Cauerfilter erreichen im Sperrbereich zudem nur eine baulich definierte Dämpfung. Beide Filtertypen werden bei IMD in ihren kritischen Parametern Welligkeit und Sperrdämpfung kundenspezifisch ausgelegt.