とても,基本的なこととはおもうのですが・・・低周波遮断回路,第一段負帰還増幅器,高周波遮断回路,第二段負帰還増幅器の順に等価回路をつくり,トランジスタ増幅器の周波数特性を調べる実験を行いました。ネットや,本などで色々調べたのですが,低周波遮断回路と高周波遮断回路の役割が,よくわかりません。ぜひ教えてください!

A 回答 (3件)

入力および出力におけるローパスおよびハイパス回路のことであれば、回路の目的とする周波数以外の成分の除去が目的でしょう。

たとえばオーディオアンプのような物でDCまで特性が伸びたものでは、入力にわずかな直流成分がバイアスされていただけでも、それがアンプの増幅度分だけ増幅されてスピーカーにかかってしまいます。これは場合によってはスピーカーの破損をもたらすことを示し、有害な出力ですので、ハイパス(ローカット(低周波遮断))回路を入れて保護する場合が多いのです。一方、高周波遮断回路では増幅器自体の保護をかねる場合もあります。これは増幅器を構成する素子や基板上に存在する浮遊容量や抵抗によって、ある周波数の入力があると回路自体が共振を起こしてしまい。破壊に至る場合があることがあるからです。また入力に対する出力に不必要な高周波成分が混ざってしまうと、増幅器以降に接続された回路に悪影響をもたらす場合も少なくありません。たとえばテープレコーダーのバイアス回路で交流バイアスを使用しているものにFMラジオなどの中間周波の10.7Mhzは混ざってしまうと、バイアスと干渉して録音が正常に行えないなどの弊害を生むことがあります。そこで増幅器の使用目的に応じた周波数のみの増幅といったことが必要になるのです。
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 低周波遮断回路と高周波遮断回路、すなわちローパスフィルタとハイパスフィルタの役割は文字そのまんまの意で、周波数成分を削る事です。

カットオフ周波数とか、出てきませんでした?
 普通のトランジスタの低周波増幅回路みたいなんだと、周波数に対して変動がでかいので、例えば音声を入力信号として入れたときに変になります。
 利得が周波数に対して安定だと、それがないわけで。

 帰還増幅器のメリットは周波数に対する利得の安定っすから、それにローパス・ハイパスフィルタをくっつけるって事は、理想的な増幅回路を作ろ~みたいな実験なんすかね。
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低周波遮断回路と高周波遮断を使えば希望する帯域だけ増幅出来ます。


音声帯域であればDSPで処理可能ですので(カーオーディオで)アナログで回路を組むことは無いと思います。
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QMatlabで群遅延特性

Matlabで、
[gd,f] = grpdelay(b,a,n,fs)
と入力すれば群遅延特性が出ますが、
gdの単位をサンプルから、時間に変換するには、
単純にgd/fsでいいのでしょうか。

また、
[h,f] = freqz(b,a,n,fs)
の出力から群遅延特性の定義どおり、
dθ(ω)/dω
で群遅延を出すには、どのようなプログラムを組めばいいのでしょうか。

Aベストアンサー

>単純にgd/fsでいいのでしょうか。
いいと思います。

>どのようなプログラムを組めばいいのでしょうか。
単純に1次近似すれば、
dθ(ω)/dω は
diff(unwrap(angle(h))) ./ diff(2*pi*f)
で計算できます。
群遅延はこれのマイナスです。

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Aベストアンサー

#2の回答は、間違いです。
SEPPの説明が間違いと言うのではなく、負帰還回路においてのNPNトランジスタとPNPトランジスタを組み合わせると言う質問に対して、電力増幅回路の話しをしています。
質問者の提起している回路は、小信号増幅回路の典型的な回路と考えます。

初段と出力段の結合を交流結合にしているか直結しているかでペアで利用するかNPNのみで構成できるかが決まります。

回路的には、NPNを2つ使った方が有利です。なぜなら、NPNトランジスタの種類は、PNPトランジスタの種類より遥かにいっぱいあるからです(トランジスタの選択肢が多くなる)。

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注)レポートと言うことなのでダイレクトな回答は避けました。ご自身で調べるのなら参考URLの本「定本 トランジスタ回路の設計―増幅回路技術を実験を通してやさしく解析 定本シリーズ」CQ出版社(?)をお勧めします。おそらく、レポートで実験した回路は、この中の1回路だと思います。

参考URL:http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4789830489/249-2131713-3935526

#2の回答は、間違いです。
SEPPの説明が間違いと言うのではなく、負帰還回路においてのNPNトランジスタとPNPトランジスタを組み合わせると言う質問に対して、電力増幅回路の話しをしています。
質問者の提起している回路は、小信号増幅回路の典型的な回路と考えます。

初段と出力段の結合を交流結合にしているか直結しているかでペアで利用するかNPNのみで構成できるかが決まります。

回路的には、NPNを2つ使った方が有利です。なぜなら、NPNトランジスタの種類は、PNPトランジスタの種類より遥かにいっ...続きを読む

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Aベストアンサー

蛇足ですが、説明まで

群遅延というのは、「入力波形に対する出力波形の時間の遅れ」です。
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です。
周波数で観ます。

(詳しくは、群遅延、波形 とキーワードを入れて検索してみてください。
波形などもありますからよくわかると思います。)

以上 参考まで

関連URL:http://www-lab15.kuee.kyoto-u.ac.jp/~t-naka/php/paper-new.php
{ (中西俊博,杉山和彦,北野正雄 : 「電子回路における負群速度」)PDFファイル }

Q負帰還増幅回路の誤差率について

負帰還回路の帰還回路の抵抗変更時の誤差について質問があります。
実際に入力したときの値をV1、出力をV2。Aはここでは233.33とします。
総合増幅度Af= V2/V1 = A/(1+Aβ) = 1/β(A→∞の場合)
Aは負帰還を施さないときの増幅度。βは帰還回路の帰還率を表す。
負帰還βを可変抵抗にて変更することができるものとして考えます。
帰還回路の抵抗を50kΩと5kΩ、1kΩに変更しました。
そのときの帰還率はそれぞれ0.002 0.02 0.1です。
ここで、それぞれの抵抗時に実測値V2/V1を測りました。
50kΩ時 166.67
5kΩ時 41.18
1kΩ時 11.33
と結果が出ました。
その次にA→∞と仮定した場合の理論値1/βを計算したところ
50kΩ時 500
5kΩ時 50
1kΩ時 10
となりました。

ここからが本題です。
わからないことは帰還率が変わった時に理論値と実測値の誤差率が変化することです。

誤差率=|理論値-実測値|/理論値×100(%)

帰還率が小さいとき(50kΩ)では、誤差率は200%も超えるのに対し、5kΩ、1kΩと小さくなるにつれ誤差率は次第に小さくなっていきます。
これは負帰還回路のある種の特徴で、Aとβの相対的な問題であると言われました。
しかし、それがどういうことなのか理解できませんでした。
理論的にどういうことなのか教えてほしく、今回質問させていただきました。
どなたかよろしくお願いします。

負帰還回路の帰還回路の抵抗変更時の誤差について質問があります。
実際に入力したときの値をV1、出力をV2。Aはここでは233.33とします。
総合増幅度Af= V2/V1 = A/(1+Aβ) = 1/β(A→∞の場合)
Aは負帰還を施さないときの増幅度。βは帰還回路の帰還率を表す。
負帰還βを可変抵抗にて変更することができるものとして考えます。
帰還回路の抵抗を50kΩと5kΩ、1kΩに変更しました。
そのときの帰還率はそれぞれ0.002 0.02 0.1です。
ここで、それぞれの抵抗時に実測値V2/V1を測りました。
50kΩ時 166.67
5kΩ時 41.1...続きを読む

Aベストアンサー

     実測値    理論値 1    理論値 2
     V2/V1     A/(1+Aβ)    1/β
     -----     -------    -------
 50kΩ  166.67     159.1     500
 5kΩ   41.18      41.18     50
 1kΩ   11.33      9.59      10

実測値の理論値 1 に対する誤差 (誤差 1) は、このデータだけでは原因不明。
実測値の理論値 2 に対する誤差 (誤差 2) は、理論値 1 と理論値 2 の誤差に、誤差 1が加わったもの。

理論値 1 と理論値 2 の誤差率は、
 |A/(1+Aβ) - 1/β|/(1/β) = 1/(1+Aβ)
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Qトランジスター2SC3355が不良で取り替えるのにどう言うトランジスタ

トランジスター2SC3355が不良で取り替えるのにどう言うトランジスターを使えば良いのでしようか。教えて下さい

Aベストアンサー

トランジスタ互換表によれば2SC3355は2SC5230,2SC2671(F)と互換となっております。
規格表は2006/2007版なので参考までに。

Qオペアンプ、反転増幅回路での負帰還を考えた時の矛盾 

参考URL
http://markun.cs.shinshu-u.ac.jp/learn/OPamp/invop.html

一般的に 

Vout=A(Vp-Vn)

が成りたちます。しかしそこで負帰還の条件Vp=Vnを考えると

Vout=0

また図より

Vp=0

となり 

Vp=Vout

となってしまうと思うのです。抵抗をはさんでいるにも関わらず。。

なぜでしょうか?ご教授お願いします。

Aベストアンサー

よく考えてください。
「Vout=A(Vp-Vn)は負帰還を考える際には使えない」
とは一言も言っていません。
Aが∞なので、Vp-Vn=0にしなければならないのです。

Aが有限の場合は、Vp-Vn=0だと、出力は0となります。
ようするに、基本は、Vout=A(Vp-Vn)です。

本当にオペアンプを理解したいなら、一度、
Vout=A(Vp-Vn)
を考えて、入力と出力の関係を求めてください。
参考URLでは、途中でVp-Vn=0としていますが、
Vp=0とすると、
Vn=-Vout/A
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Qトランジスタの原理

トランジスターの原理で教えてください。
パワー系などのトランジスターは裏面がドレインで
たとえばNchの場合、Nchの下にP-があり
ゲートONでP-がNになり、サブのNからこのNを通ってソースのNへ流れると思いますが、同時によく
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Aベストアンサー

この動作をするのは、FETすなわち電界効果トランジスタですね。
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Q実際の負帰還回路 並列-直列帰還

普通?の電子回路の入門書では
トランジスタ(バイポーラTr, MOSFET等)による実際の負帰還回路で増幅量Aと減衰量Hを求めるとき例えば,
入力電圧v_1=…
出力電圧v_2=…
としておいて式変形により例えば
v_2/v_1=-A/(1+AH)
というふうに導いて
AとHは式を変形してから分かるものですよね.

でも,ある本では例えば並列-直列帰還の場合,
帰還するループを切断してその帰還する部分の入力インピーダンスR_(Hi)と出力インピーダンスR_(Ho)を求めるという要領でやっています.
具体的には
R_(Hi):v_2=0とおいて入力側からループの中へ見て求める.
R_(Ho):入力側のデバイスを除去して出力側からループの中へ見て求める.
これらを求めたら帰還ループを切断して
入力側に並列にR_(Hi)を出力側にR_(Ho)を並列に取り付けて
このループを切断した回路では区別のために'をつけると
オープンループのゲインA_(open)=v_2'/v_1'
H=v_f'/v_2'
で求める事ができ
クローズドループのゲインは
A_(closed)=v_2/v_1=A_(open)/{1+A_(open)H}
で求める事ができるとなっています.
どうしてこんなふうにして求められるのかこんな単純に求められるのか怪しくその理論がよく分からなくてずっと考えているのですが,結局意味不明なので質問しました.
電子回路に詳しい方ご教授よろしくお願いします.

普通?の電子回路の入門書では
トランジスタ(バイポーラTr, MOSFET等)による実際の負帰還回路で増幅量Aと減衰量Hを求めるとき例えば,
入力電圧v_1=…
出力電圧v_2=…
としておいて式変形により例えば
v_2/v_1=-A/(1+AH)
というふうに導いて
AとHは式を変形してから分かるものですよね.

でも,ある本では例えば並列-直列帰還の場合,
帰還するループを切断してその帰還する部分の入力インピーダンスR_(Hi)と出力インピーダンスR_(Ho)を求めるという要領でやっています.
具体的には
R_(Hi):v_2=0と...続きを読む

Aベストアンサー

 
 
 補足を拝見して、何が掴めてないかが分かってきました。

1.
 補助的な前段階です。最初に「素のアンプ」がありまして、これに帰還を施すとします。(余談1項)
 帰還の手段は「出力電圧をM1ソースに直列に入れる」とします。帰還路に絶縁アンプを使えば理想型 Gain=μ/(1+μβ) のまんまで話は終わりですね。そのバッファ無しで挑む話です。
M1ソースを直接M2ドレインに付けてもいいですが 帰還量を設定したいので、下図Hの抵抗分圧をつかうことにします。(Hの導入、定義です。ほかの構成手段もいっぱいありますが これを使います、という意味だと思ってください。)

                     ┯    ┯
                     R3    R4
                     |  S←┘
    ┏━━━━━┓       D┴─G
  ─┨素の増幅器┠─  ──G   D┬─
  ┌┨ 利得 A  ┠┐  ┌─S    RL
  ┷┗━━━━━┛┷  ┷      ┷

      ┏━━━┓      ──┬─R2─
  出 ─┨帰還網┠─ 入     R1
    ┌┨利得 H┠┐    ┌─┴───┐
    ┷┗━━━┛┷    ┷       ┷



2.
 帰還理論は、能動受動にかかわらずすべて下図のモデル(これはテブナンの定理レベルの基本)で表して式を建ててますよね、 ですから 上記 R1,R2 の逆L型回路もモデル化して Zi=R1+R2、Zo=R1//R2、G=R1/(R1+R2) です。 オープンループ等価回路のR1やR2はナマミの姿ではありません、モデル化された下図のZiやZoです、M1側のR1だけを取り去った場合‥なんてのは有り得ませんので。

      ┏━━━━━━┓
 Vin──╂┐   ┌- Zo╂── Vout
      ┃ Zi  (GVin) ┃
   ┌--╂┘   └──╂─-┐
   ┷  ┗━━━━━━┛   ┷

 このモデル化に従ってない構成物を持ち込んで いくら考えても 標準的な式とつながらないのは想像できますよね。



3.
上記ブロックをM1のソースに(直列に)入れました。

       ┏━━━━━┓
 V1───┨素の増幅段┠┬─ V2
   ─┐┌┨ 利得 A  ┠─┬
    ||┗━━━━━┛||
    ||  ┏━━━┓  │|
    |└─┨帰還段┠─┘|
    └──┨利得 H┠──┘
          ┗━━━┛

クローズドループ等価回路に対応する実回路。

       ┯      ┯
       R3      R4
       │    S←┘
      D┴──-G
 V1 ──G     D─┬─ V2
      S→┐     │
         ├- R2─┤
         R1     RL
         ┷     ┷

 普通、この回路を出発点として話が展開されてると思います。



4.
ここで 前回書いた『抽象化した帰還理論 Gain =μ/(1+μβ)の形に合わせるように式を立てると開ループ利得A-openは‥』の解説が入って、下図のようになります。なぜこんな切り方になるかは A_openの式からの要請なんですね、式には抵抗分圧Jと抵抗分圧Kがかかってる、その通りに構成したのが下図です。(余談4項)

      ┏━━━━━┓
 ───┨素の増幅段┠┬─
 ─┐┌┨ 利得 A  ┠─┬
   ||┗━━━━━┛ | |
   ||┏━     ━┓│|
   |└┨Zo 切  Zi ┠┘|
   └─┨    断    ┠─┘
       ┗━      ━┛
    切断は 伝送量G=0 に対応

オープンループ等価回路に対応する実回路。
これは、3項の実回路をいじくったのではなく、2項のモデル図を左右に切断した姿を「実際に作ってみました」という回路です。

       ┯      ┯
       R3      R4
       │    S←┘
      D┴──-G
   ──G     D┬─┬─
      S→┐   RL  R2
         ├┐  ┷  |
        R1 R2    R1
         ┷┷     ┷
      切断で Vf1’と Vf2’は完全別個。



 余談;
 1項;
本来は「帰還が掛かってる状態の対象物」を読み解く力を養成する所なので、1項は言わば自転車の補助輪です。この論法が正攻法だとか 現実のシステムでも常に補助輪が用意されてるはずだとは決して思わないでください、帰還routeは1本だけとは限りません。 あなたは「なぜこうするのか」の意味づけを欲するようなので話を工夫してみました。
(なので Remembering that H is defined as the gain from the output back to the input mixing variable, vf,‥とはちょっとニュアンスが違ってしまったかもです。)

 2項;
あなたの補足を読んで、R1R2の直列並列の理由を「どうやってオープンループ等価回路から‥」に求めてるのだと分かって、あ、自分も最初はそうだったかも?と思い当たってこの項を書きました。 繰り返しますが、オープンループ等価回路でのR1やR2はナマミの姿ではありません、モデル化されたZiやZoです。2カ所の役職を兼務してます。(基本を釈迦に説法だったらごめんなさいです。)

 4項;
ここ重要です、私の説明をスルスル読んだだけでは身に付かない所なので 自分で別構成をあれこれ書いて見てください、例えば、最初に「素のA」だけに入ってその後ろに「分圧ブロックJ」、「分圧ブロックK」とつながってる構成を書いて見ると、トータルのゲインは AJK で合ってますが Ri が2カ所に居ますね、標準構成の他に余計な構成物が必要ということです。そうやっていくと、図の構成しかないことが分かるはずです、ここ自分で納得しないと身に付きません。接続がクネクネ曲がってることに惑わされずに回路=グラフとして見てください。悟ってしまえばひどく単純な話ですから。
なお、決して実回路がどうとか考えないように。

  No9の補足;
M2のrdでしょうか、読んだ限りでは 全体の理解には関係ない(どうやら後で付け加えたような)ですし、これを保留にして全体を理解してから改めて立ち戻れば文意が解読できると思います。 その祭、rdを姑息に突っ込もうとしないで(慣れればできますが)、作法を身に着けるつもりで rdが参加すればどこのモデルがどうなるか‥で追ってください。
その祭、心しておくべきは「実回路が主導権を持った世界ではない、2項のモデル図が主導権を持っており、実回路はそれを忠実にいわば「実モデル化」する立場だ」です。
 
 

 
 
 補足を拝見して、何が掴めてないかが分かってきました。

1.
 補助的な前段階です。最初に「素のアンプ」がありまして、これに帰還を施すとします。(余談1項)
 帰還の手段は「出力電圧をM1ソースに直列に入れる」とします。帰還路に絶縁アンプを使えば理想型 Gain=μ/(1+μβ) のまんまで話は終わりですね。そのバッファ無しで挑む話です。
M1ソースを直接M2ドレインに付けてもいいですが 帰還量を設定したいので、下図Hの抵抗分圧をつかうことにします。(Hの導入、定義です。ほかの構成手段も...続きを読む


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