【パーツまめ知識】
■アナログフィルタとは
1.フィルタの種類シュルイ
アナログ信号シンゴウにおいて必要ヒツヨウな周波数シュウハスウ成分セイブンのみ抽出チュウシュツまたは不要フヨウな成分セイブンを除去ジョキョする目的モクテキとして
アナログフィルタが用モチいられます。
特トクに近年キンネンはセンサ信号シンゴウを扱アツカう機会キカイが多オオく、不要フヨウ成分セイブンを除去ジョキョするためのフィルタを必要ヒツヨウとする場合バアイ
があります。
そこで、フィルタについて簡単カンタンに説明セツメイします。
図ズ1に周波数シュウハスウ特性トクセイにより分類ブンルイしたフィルターの種類シュルイを示シメします。
a ) LPF ローパスフィルタ。ある周波数シュウハスウまでは通過ツウカし、それ以上イジョウの周波数シュウハスウは減衰ゲンスイします。
b ) HPF ハイパスフィルタ。ローパスフィルタとは逆ギャクの周波数シュウハスウ特性トクセイとなり、ある周波数シュウハスウ以上イジョウは
通過ツウカし、それ以下イカの周波数シュウハスウは減衰ゲンスイします。
c ) BPF バンドパスフィルタ。ある帯域タイイキ(c図ズでfc1とfc2)の周波数シュウハスウは通過ツウカさせ、それ以外イガイの帯域タイイキ
は減衰ゲンスイします。
d ) BEF バンド・エリミネーション・フィルタ。(バンド・リジェクションまたはノッチフィルタとも言イいます)
BPFの逆ギャクの周波数シュウハスウ特性トクセイとなり、ある帯域タイイキ(fc1,fc2)のみを減衰ゲンスイさせます。
通過ツウカ域イキと減衰ゲンスイ域イキの境目サカイメは「カットオフ周波数シュウハスウfc」
で表アラわします。
これは、図ズ2のように通過ツウカ域イキの振幅シンプクレベルに
対タイして「-3dB」(約ヤク0.707倍バイ)となるポイント
の周波数シュウハスウを言イいます。
このポイントの周波数シュウハスウをカットオフ周波数シュウハスウ
(Cut Off Frequency)と言イい、一般的イッパンテキに
記号キゴウ fc と表現ヒョウゲンします。
2.フィルタの使用シヨウ例レイ
図ズ3に使用シヨウ例レイを示シメします。
図ズ3 a),b)のように高タカい周波数シュウハスウと低ヒクい周波数シュウハスウが混合コンゴウされている場合バアイ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ
を用モチいることにより、それぞれの周波数シュウハスウ成分セイブンのみ取トり出ダすことが出来デキます。
また、c),d) のようにBPF,BEFを用モチいることにより必要ヒツヨウ成分セイブンのみ取トり出ダすことが出来デキます。
3.フィルタの原理ゲンリ
例タトえば、図ズ4 a ) のように抵抗テイコウRだけの回路カイロを考カンガえてみます。この場合バアイ、交流コウリュウ信号シンゴウを加クワえても出力シュツリョクVoutの
振幅シンプクレベルは周波数シュウハスウに関係カンケイ無ナく一定イッテイです。
この理由リユウは抵抗テイコウRは周波数シュウハスウに関係カンケイ無ナく、その抵抗テイコウ値チが一定イッテイだからです。
これに対タイし、図ズ4 b ) のように抵抗テイコウR1とコンデンサC1を組クみ合アわせた回路カイロの場合バアイ、出力シュツリョクVoutは入力ニュウリョク
される周波数シュウハスウにより変化ヘンカします。
この理由リユウはコンデンサが
「インピーダンス素子ソシ」だからです。
インピーダンスを持モった素子ソシ
(コンデンサ、コイル等トウ)は周波数シュウハスウ
により、インピーダンス(リアクタンス)
が変化ヘンカしますので、図ズ4 b ) のように
接続セツゾクするとVoutは変化ヘンカします。
図ズ4 b ) はローパスフィルタになります。
このようにRとC(またはRとL)
だけで組クみ合アわせたフィルター
を「パッシブフィルタ」と言イいます。
これに対タイし、オペアンプ、トランジスタ
等トウと組クみ合アわせたフィルタを
「アクティブフィルタ」と言イいます。
図ズ5にローパスフィルタの入出力ニュウシュツリョクの電圧デンアツ比ヒの算出サンシュツ過程カテイを示シメします。
図ズ6にオペアンプを用モチいたアクティブフィルタ例レイを示シメします。
4.製作セイサク例レイ
写真シャシン1にオペアンプを用モチいたアクティブフィルタの製作セイサク例レイを示シメします。
波形ハケイデータ1にフィルタ後ゴの波形ハケイを示シメします。