Ein Butterworth-Filter wird häufig in der Signalverarbeitung verwendet und wird im Allgemeinen in Audioschaltungen für kommerzielle Installationen, zu Hause und in Autoradios verwendet. Der Filter besteht normalerweise aus einer Reihe von Induktoren und Kondensatoren in einer Schaltung und erzeugt keinen Welligkeitseffekt in den Frequenzen und Wellenlängen, die ihn durchlaufen, wie in einer grafischen Analyse gezeigt. Das System wird daher auch als maximal flacher Magnitudenfilter bezeichnet. Es ist nach dem Ingenieur und Mathematiker Stephen Butterworth benannt, der 1930 zum ersten Mal über den Filter schrieb.
Butterworth-Filter werden in vielen Arten von Audiolautsprechern verwendet. Sie bieten im Allgemeinen Audio-Crossover, d. h. das Filtern von Audiosignalen in verschiedene Frequenzen, während Musik abgespielt wird. Die Filter halten diese Frequenzen während der Audioverarbeitung voneinander getrennt. Lautstärke- und Verzerrungssteuerung, sowohl für analoge als auch für digitale Systeme, sind typischerweise das Ergebnis der unabhängigen Verarbeitung dieser unterschiedlichen Audiofrequenzen.
Es gibt verschiedene Arten von Butterworth-Filterdesigns, die typischerweise durch Konfigurationen definiert werden, die als Topologien bezeichnet werden. Shunt-Kondensatoren und Reiheninduktivitäten sind in der Cauer-Topologie ausgelegt, während eine Sallen-Key-Topologie Widerstände und Kondensatoren sowie elektronische Komponenten verwendet, die als Operationsverstärker und Puffer bezeichnet werden. Die verschiedenen Konfigurationen in Schaltungen werden normalerweise durch mathematische Formeln entwickelt, die Konzepte wie Polynome, Logarithmen und Trigonometrie beinhalten.
Verschiedene Gleichungen können verwendet werden, um die Größe des Frequenzgangs, die elektrische Phase und das Timing zwischen Eingang und Ausgang zu bestimmen. Die Kondensatoren und Induktivitäten können physikalisch umgeschaltet werden, um einen Hochpass-Butterworth-Filter zu erzeugen. Eine andere Konfiguration der Schaltung erzeugt im Allgemeinen ein Bandpassfilter, während es auch möglich ist, auch eine Bandsperrvorrichtung herzustellen. Die Kondensatoren und Induktivitäten können auf unterschiedliche Weise gemischt werden, um den gewünschten Filtertyp zu konstruieren. Es gibt mehrere andere Arten von Filtern wie Bessel und Chebychev, die sich durch unterschiedliche Ansprechraten und Verlust der Frequenzintensität oder Dämpfung auszeichnen.
Im Allgemeinen sind mathematische Fähigkeiten erforderlich, um verschiedene Designs wie einen Butterworth-Tiefpassfilter zu erstellen. Numerische Formeln helfen normalerweise bei der Bestimmung der Eigenschaften des Filters, wie z. B. der Grenzfrequenz. Es gibt jedoch Tools im Internet, die diese Berechnungen für jeden, der zum ersten Mal einen Butterworth-Filter baut, automatisch durchführen können. Der Tiefpasstyp kann durch Verwendung von Prototypschaltungen zum Entwerfen von Elektroniksystemen erzeugt werden, und meistens ist keine Erfahrung im Bau eines solchen Filters erforderlich, um einen solchen zu bauen.