Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
20. 交流回路の周波数特性(2)20. Frequency Characteristics of the Alternating Current (AC) Circuit (2)
講義内容
1. 直列回路のインピーダンス/アドミタンス2. 並列回路のインピーダンス/アドミタンス3. 周波数特性から見た回路の応用事例
周波数の変化によるインピーダンスの変化 2
抵抗 R インダクタンス L キャパシタンス C
R CL
RZ R= L 2Z jωL j πfL= = C
1 1 1
2 2Z j
jωC j πfC πfC= = = −
R0f Z R= =
Rf Z R= =
変化 なし
L0 0f Z= =
Lf Z= =
インピーダンス増大
C0f Z= =
C 0f Z= =
インピーダンス低減
RL直列回路/インピーダンス 3
RL直列回路
R L
RL_S RL_S Z_RL_SZ R jωL Z θ= + =
( )RL_S0f Z R R jωL=
( )RL_Sf Z R jωL=
R が支配的
L が支配的
R性 から L性 に変化
ω
Phase[deg]
0[dB]
20log10R
20log10R+20
RLωRL
10
ωRL10ω
+90
+45
0[deg]
変曲点
ω
Gain(Impedance)[dB]
RL直列回路/アドミタンス 4
RL直列回路
R L
RL_S Z_RL_S
RL_S RL_S
1 1Y θ
Z Z= = −
ω
Phase[deg]
0[dB]
RLωRL
10
ωRL10ω
-90
-45
0[deg]
ω
Gain(Admittance)[dB]
1020log R−
1020log 20R− −
ω
変曲点
変曲点より低周波領域
RL_SZ R RL_S
RL_S
1 1Y
Z R=
変曲点より高周波領域
RL_SZ jωL RL_S
RL_S
1 1Y j
Z ωL= −
RC直列回路/インピーダンス 5
R C
RC_S RC_S Z_RC_S
1Z R j Z θ
ωC= − =
RC_S
10f Z R
jωC
=
RC_S
1f Z R R
jωC
=
C が支配的
R が支配的
C性 から R性 に変化
RC直列回路
ω
Phase[deg]
0[dB]
20log10R
20log10R+20
RCωRC
10
ωRC10ω
-90
-45
0[deg] ω
変曲点
Gain(Impedance)[dB]
RC直列回路/アドミタンス 6
R C
RC直列回路
RC_S Z_RC_S
RC_S RC_S
1 1Y θ
Z Z= = −
ω
Phase[deg]
RCωRC
10
ωRC10ω
+90
+45
0[deg]
Gain(Admittance)[dB]
1020log R−
1020log 20R− −
変曲点0[dB] ω
変曲点より低周波領域
RC_S
1Z
jωC RC_S
RC_S
1Y jωC
Z=
変曲点より高周波領域
RC_SZ R RC_S
RC_S
1 1Y
Z R=
RL並列回路/インピーダンス 7
RL並列回路
R
L
RL_P
RL_P
Y_RL_P
RL_P
1
1
ZY
θY
=
= −
RL_P
1 10 0f Z
R jωL
=
RL_P
1 1f Z R
R jωL
=
L を通る
R を通る
L性 から R性 に変化
Gain(Impeance)[dB]
1020log R
1020log 20R −
変曲点
ω
Phase[deg]
RLωRL
10
ωRL10ω
+90
+45
0[deg]
0[dB] ω
RL並列回路/アドミタンス 8
RL並列回路
RL_P
RL_P Y_RL_P
1 1Y
R jωL
Y θ
= +
=
R
L
RLωRL
10
ωRL10ω
Phase[deg]
-90
-45
0[deg] ω
変曲点
Gain(Admittance)[dB]
0[dB] ω
1020log R−
1020log 20R− +
変曲点より低周波領域
RL_PZ jωL RL_P
RL_P
1 1Y j
Z ωL= −
変曲点より高周波領域
RL_PZ R RL_P
RL_P
1 1Y
Z R=
RC並列回路/インピーダンス 9
C
R
RC並列回路
RC_P
RC_P
Y_RC_P
RC_P
1
1
ZY
θY
=
= −
RC_P
10f Z R jωC
R
=
RC_P
10f Z jωC
R
=
R を通る
C を通る
R性 から C性 に変化
0[dB]
20log10R
20log10R-20
変曲点
ω
Gain(Impedance)[dB]
Phase[deg]
RCωRC
10
ωRC10ω
-90
-45
0[deg] ω
RC並列回路/アドミタンス 10
C
R
RC並列回路
RC_P
RC_P Y_RC_P
1Y jωC
R
Y θ
= +
=
0[dB]
−20log10R
− 20log10R+20
変曲点
Gain(Admittance)[dB]
ω
ω
Phase[deg]
RCωRC
10
ωRC10ω
+90
+45
0[deg]
変曲点より低周波領域
RC_PZ R RC_P
RC_P
1 1Y
Z R=
変曲点より高周波領域
RC_P
1Z
jωC RC_P
RC_P
1Y jωC
Z=
キャパシタ(コンデンサ)の等価回路 11
rEPR
C rESR LESL
簡単化 rESRC
コンデンサの等価回路電解コンデンサの等価回路
• C: 静電容量• rEPR:陽極酸化被膜の
等価並列抵抗• rESR:等価直列抵抗• LESL:等価直列
インダクタンス
一般的な使用範囲の周波数であれば,簡単化した回路で設計
キャパシタ(コンデンサ)の周波数特性 12
https://product.tdk.com/info/ja/products/capacitor/ceramic/mlcc/technote/solution/mlcc03/index.html#qnote_06
10kHzまでは キャパシタ の動作をするが,10kHzより高周波では抵抗 となる
1MHzまでは キャパシタ の動作をするが,1MHzより高周波では インダクタ となる
全周波数領域でキャパシタとして動作 しない ことに注意!
周波数特性から見た回路の応用事例 13
8pin-IC
Ex. フォトカプラ
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02889/
2-3番ピンに入力された波形を LED 及びフォトトランジスタ で絶縁 し,振幅をVccまで増幅 し,6及び7番ピンから出力する
フォトカプラ
2
3
6 , 7
5
8
小信号 増幅信号
IC用電源Vcc ( DC )
電池の送電能力直流 → 〇交流成分→ ×
Vcc
周波数特性から見た回路の応用事例 14
電源 に高周波ノイズ(N) が生じた場合
フォトカプラ
2
3
8
N
6,7
5
バイパスコンデンサ
高周波ノイズがバイパス コンデンサを通るため,フォトカプラに流れ込まない別名,デカップリング コンデンサ
IC が急峻な電流 を要求した場合
フォトカプラ
2
3
8
6,7
5
電源よりバイパス コンデンサの方が高周波のインピーダンスが低い ため,蓄積された電荷をすぐに放出 できる
急峻 急峻
フィルタ回路:RC-LPF 15
iV oV
R
1
jωC
RC-LPF
LR
➢ 入力電圧Vi: 低周波+高周波➢ 出力電圧Vo: 低周波
RC-LPFを通して高周波をカット
LR低周波
高周波 LR
開放
短絡
電源周りのノイズフィルタ 16
iV oV
アース
ライン・バイパス・キャパシタ(Yコンデンサ)
コモン・モード・チョーク
ノーマル・モード・チョーク
アクロス・ザ・ライン・キャパシタ(Xコンデンサ)
アース・インダクタ直列:L,並列:C の配置で高周波除去