047uF)の値からお互いのインピーダンスを打ち消しあう周波数です。共振周波数f0は下記の式で求められます。 図2の回路の共振周波数は、5. 191KHzと算出できます。 求めた共振周波数f0における電圧をVmaxとすると、Vmaxに対して0. 707倍(1/√2)のポイントが、カットオフ周波数fcの電圧Vになります。 バンドパスフィルタを構成するためのカットオフ周波数の条件は、下記の式を満たす必要があります。 HPFの計算 低い周波数側のカットオフポイントfc_Lを置くためには、HPFを構成する必要があります(図4)。 図4:HPF回路のカットオフ周波数 今回の回路では、図5のR-LによるHPFを用いています。 図5:R-L HPF回路部 カットオフ周波数は、下記の式で示すことができます。 図5のHPFのカットオフ周波数fc_Hは、7. 23KHzとなります。 LPFの計算 高い周波数側にカットオフポイントfc_Lを置くためには、LPFを構成する必要があります(図6)。 図6:LPF回路のカットオフ周波数 今回の回路では、図7のR-CによるLPFを用いています。 図7:R-C LPF回路部 カットオフ周波数は、下記の式で示すことができます。 図6のLPFのカットオフ周波数fc_Lは、3. 38KHzとなります。 バンドパスフィルタの周波数とQ 低い周波数のカットオフポイントと、高い周波数のカットオフポイントの算出方法が理解できれば、下記条件に当てはめて、満たしているかを確認することで、バンドパスフィルタを構成することができます。 図2の回路のバンド幅BWは、上記式から、 ここで求めたBW(3. 85KHz)は、バンドパスフィルタ回路のバンド幅BWとなります。このバンド幅は、共振周波数f0(5. 191KHz)を中心を含む周波数帯をどのくらいの帯域を含むかで表します。バンド幅については、Q値の講座でも触れていますので、参考にしてみてください。 電子回路編:Q値と周波数特性を学ぶ 図2のバンドパスフィルタ回路の特性は、 中心周波数 5. RLCバンドパス・フィルタ計算ツール. 19KHz バンド幅 3. 85KHz Q値 1. 46 となります。 バンドパスフィルタの特徴として、中心周波数は、次の式でも求めることができます。 今回の例では、0. 23KHzの誤差が算出できますが、これはQ値が比較的低い値(1.
RLCバンドパス・フィルタの計算をします.フィルタ回路から伝達関数を求め,周波数応答,ステップ応答などを計算します. また, f 0 通過中心周波数, Q (クオリティ・ファクタ),ζ減衰比からRLC定数を算出します. RLCバンドパス・フィルタの伝達関数と応答 Vin(s)→ →Vout(s) 伝達関数: 通過中心周波数からRLC定数の選定と伝達関数 通過中心周波数: 伝達関数:
5Vを中心にしたいので、2. 5Vに戻しています。この回路に100Hzを入れているのは、共振周波数に対して、信号のHigh期間とLow期間が十分に長く、自己共振している様子がすぐにわかるからです。 では実際にやってみましょう。この回路の、コンデンサやインダクタをいろいろ組み合わせて計測してみましょう。1μFのコンデンサと1mHのインダクタを組み合わせた例です。100HzがLowになった時に、サイン波のような波形が観測できます。これが自己共振という現象です。共振周波数はこれまで学んだ周波数と同じです。つぎに、インダクタを4. 7mHにしてみます。その時の波形も、同じようなものが観測できます。これも、共振周波数に一致しています。このように、パーツを変更するだけで、共振周波数が変わることがわかると思います。 この現象をいろいろ試していくと、オーバーシュートやアンダーシュートの対策にも役に立ちます。0や1だけのデジタル回路であっても、高速な信号はアナログ回路の延長線上で考えなければいけません。 図18:1mHと1μFの自己共振の様子 この場合の共振周波数は、計算値では5032Hzですが、画面から0. 19msの差分があると読み取れるので、それを計算すると、5263Hzになります。230Hzの差があります。これは、コンデンサやインダクタの許容内誤差と考えられます。 図19:4. 7mHと1μFの自己共振の様子 この場合の共振周波数は、計算値では2321Hzですが、画面から0. Q値と周波数特性を学ぶ | APS｜半導体技術コンテンツ・メディア. 43msの差分があると読み取れるので、それを計算すると、2325Hzになります。4Hzの差があります。これは、なかなかいい数字ですね。 図20:22mHと1μFの自己共振の様子 この場合の共振周波数は、計算値では1073Hzですが、画面から0. 97msの差分があると読み取れるので、それを計算すると、1030Hzになります。43Hzの差があります。わずかではありますが、誤差が生じています。 確認してみましょう 今回の講座の内容を理解するために、下記の2問に挑戦してみてください。答えは、次回のこのコーナーでお伝えしますよ! 【Q1】コンデンサ1μF、インダクタ1mHの場合のωはいくつですか? 【Q2】直列共振回路において、抵抗が10オームの場合、その共振周波数におけるQは、いくつになりますか? 前回の答え 【Q1】15915.
73 赤 1K Ohm Q:1. 46 緑 2K Ohm Q:2. 92 ピンク 5K Ohm Q:7. 3 並列共振回路のQ値は、下記式で算出できます。 図16:抵抗値を変化させた時のピーク波形の違い LTspice コマンド 今回もパラメータを変化させるために、.
46)のためです。Q値が10以上高くなると上記計算や算術平均による結果の差は無視できる範囲に収まります。 バンドパスフィルタの回路 では、実際に、回路を構成して確かめていきましょう。 今回の回路で、LPFを構成するのは、抵抗とコンデンサです。HPFを構成するのは、抵抗とインダクタです。バンドパスフィルタは、LC共振周波数を中心としたLPFとHPFで構成されいます。 それぞれの回路をLTspiceとADALMでどんな変化があるのか、確認しみましょう。 LTspiceによるHPF回路 バンドパスフィルタを構成するHPFを見てみましょう。 図8は、バンドパスフィルタの回路からコンデンサを無くしたRL-HPF回路です。抵抗は1Kohm、インダクタは22mHを使用しています。この回路に、LTspiceのコマンドで、入力SIN波の周波数を変化させてフィルタの特性を調べてみます。 図8:RL-HPF回路 図8中の下段に回路図が書かれています。上段は周波数特性がわかるように拡大しています。波形のピークは12dBとなっています。カットオフ周波数は、-3dBである9dBのあたりで、かつ位相を示す破線が45°あたりの周波数になります。これで見ると、7. 9KHzになっています。 ADALMでのHPF回路 実機でも同じ構成にして、波形を見てみましょう(図9)。 入力信号1. 8Vに対して、-3dB(0. 選択度（Q）|エヌエフ回路設計ブロック. 707V)の電圧まで下がったところの周波数(1. 2V付近)が、カットオフ周波数です。HPFにはインダクタンスを使用していますので、位相も90°遅れているのがわかります。 図9:ADALMによるRL-HPF回路の波形 この時の周波数は、Bode線図で確認してみましょう(図10)。 図10:ADALMによるRL-HPF回路の周波数特性 約7. 4KHzあたりで-3dBのレベルになっています。 このように、HPFは低域のレベルが下がっており、周波数が高くなるにつれてレベルが上がっていくフィルタ回路です。ここで重要なのは、HPFの特徴がわかれば十分です。 LTspiceによるLPF回路 バンドパスフィルタを構成するLPFを見てみましょう。 図11は、バンドパスフィルタの回路からインダクタを無くしたRC-LPF回路です。抵抗は1Kohm、コンデンサは0. 047uFを使用しています。この回路に、LTspiceのコマンドで、入力SIN波の周波数を変化させてフィルタの特性を調べてみます。 図11:RC-LPF回路 図11中の下段に回路図が書かれています。下段は周波数特性がわかるように拡大しています。波形のピークは11.
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