【パーツまめ知識】 |
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■アナログフィルタとは |
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1.フィルタの種類 |
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アナログ信号において必要な周波数成分のみ抽出または不要な成分を除去する目的として |
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アナログフィルタが用いられます。 |
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特に近年はセンサ信号を扱う機会が多く、不要成分を除去するためのフィルタを必要とする場合 |
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があります。 |
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そこで、フィルタについて簡単に説明します。 |
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図1に周波数特性により分類したフィルターの種類を示します。 |
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a ) LPF |
ローパスフィルタ。ある周波数までは通過し、それ以上の周波数は減衰します。 |
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b ) HPF |
ハイパスフィルタ。ローパスフィルタとは逆の周波数特性となり、ある周波数以上は |
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通過し、それ以下の周波数は減衰します。 |
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c ) BPF |
バンドパスフィルタ。ある帯域(c図でfc1とfc2)の周波数は通過させ、それ以外の帯域 |
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は減衰します。 |
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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います) |
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BPFの逆の周波数特性となり、ある帯域(fc1,fc2)のみを減衰させます。 |
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通過域と減衰域の境目は「カットオフ周波数fc」 |
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で表わします。 |
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これは、図2のように通過域の振幅レベルに |
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対して「-3dB」(約0.707倍)となるポイント |
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の周波数を言います。 |
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このポイントの周波数をカットオフ周波数 |
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(Cut Off Frequency)と言い、一般的に |
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記号 fc
と表現します。 |
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2.フィルタの使用例 |
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図3に使用例を示します。 |
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図3 a),b)のように高い周波数と低い周波数が混合されている場合、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ |
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を用いることにより、それぞれの周波数成分のみ取り出すことが出来ます。 |
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また、c),d) のようにBPF,BEFを用いることにより必要成分のみ取り出すことが出来ます。 |
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3.フィルタの原理 |
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例えば、図4 a ) のように抵抗Rだけの回路を考えてみます。この場合、交流信号を加えても出力Voutの |
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振幅レベルは周波数に関係無く一定です。 |
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この理由は抵抗Rは周波数に関係無く、その抵抗値が一定だからです。 |
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これに対し、図4 b ) のように抵抗R1とコンデンサC1を組み合わせた回路の場合、出力Voutは入力 |
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される周波数により変化します。 |
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この理由はコンデンサが |
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「インピーダンス素子」だからです。 |
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インピーダンスを持った素子 |
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(コンデンサ、コイル等)は周波数 |
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により、インピーダンス(リアクタンス) |
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が変化しますので、図4 b ) のように |
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接続するとVoutは変化します。 |
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図4 b ) はローパスフィルタになります。 |
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このようにRとC(またはRとL) |
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だけで組み合わせたフィルター |
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を「パッシブフィルタ」と言います。 |
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これに対し、オペアンプ、トランジスタ |
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等と組み合わせたフィルタを |
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「アクティブフィルタ」と言います。 |
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図5にローパスフィルタの入出力の電圧比の算出過程を示します。 |
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図6にオペアンプを用いたアクティブフィルタ例を示します。 |
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4.製作例 |
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写真1にオペアンプを用いたアクティブフィルタの製作例を示します。 |
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波形データ1にフィルタ後の波形を示します。 |
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