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周波数特性

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  • 質問者：tokudane8
  • 質問日時：
  • 回答数：4件

周波数特性の
低域、中域、高域って何ですか？
いろいろ調べてみたんですが、分かりません

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A 回答 (4件)

No.3ベストアンサー

  • 回答者： ymmasayan
  • 回答日時：

分野をはっきりさせられたほうが的確な回答が付くと思いますよ。


カテゴリーが物理学なので・・・。

一般的に言うと周波数の低い部分、真ん中辺、周波数の高い部分ということですが。

音響では低音、中音、高音のことですね。
例えば３ウエイでは低音アンプ、中音アンプ、高音アンプという風に分担させて
１チャンネルに３台のアンプを使ったりもします。

一般的なアンプ(オペアンプなど)では中域が増幅度フラットで
低域と高域で増幅度が斜めに下がるのが普通です。

この回答への補足

分野は物理の中ではトランジスタです。
何Ｈｚまでが低域、中域、高域という定義は無いんですか？

補足日時：2005/11/13 22:35
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No.4

  • 回答者： angkor_h
  • 回答日時：

別に難しいことではなく、文字通りです。

定義は無く、慣用語です。
電気的な伝送装置や増幅器ならば、周波数的に広い帯域を扱う場合、周波数の低いほうから、低域⇒中域⇒高域となります。
低域とは、低い周波数帯域と言う意味です。以下同じ。

その回路が求められる伝送帯域の、
最低周波数を含んだ低いほう⇒低域
最高周波数を含んだ高いほう⇒高域
その間⇒中域

スピーカアンプ(音楽用)とラジオ高周波部とでは扱う周波数帯域がぜんぜん違います。

一般的に、
低域では、結合コンデンサによりゲインが減少
広域では、寄生コンデンサによりゲインが減少
その中間が、要求される伝送帯域。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
あと、同じくトランジスタで入出力特性で
ひずみが出ますよね。
ラジオなどではひずみはどんな音となるんですか？

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お礼日時：2005/11/14 21:52

No.2

  • 回答者： googuy
  • 回答日時：

　何の周波数でしょう。


　音(音波)にも周波数＝音程の関係が有ります。
　低域＝低音、中域＝中音、高域＝高音ですね。

　電磁波でも光領域になれば、低域＝赤外線、中域＝黄色付近、高域＝紫外線ですね。
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No.1

  • 回答者： eastsl
  • 回答日時：

放送ならラジオ、ＦＭや短波、テレビ　になりますが？


周波数とは電磁波全体に使う用語です。
低、中、高は、いろいろな電磁波層にあります。
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トランジスタの周波数特性についてお尋ねしたいことがあります。

周波数特性は台形のような形をしているのですが、低域周波数帯と高域周波数帯で利得が低下する原因が分かりません。
初心者でも分かるように簡単に説明してくれませんか？。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

トランジスタの増幅回路で入力や出力の結合部分にコンデンサを使うことが一般的ですがこれが原因で増幅度が小さくなる事は有ります。

つまり
信号源→コンデンサ→増幅回路入り口
と言う場合コンデンサのリアクタンスは1/ωCで計算されますがここでω＝2Πｆですから周波数ｆが下がればリアクタンスが大きくなって結合が弱まりますね。また補正のためにエミッタアース間にもコンデンサを入れる事が多いですがこれは周波数が低くなると負帰還が多くなり増幅度は下がります。

逆に周波数が非常に高くなるとベース、エミッタ、コレクタ、各電極の配線などの浮遊容量などによって増幅度を下げる方向に作用します。
殊更高くなると半導体内部の電荷の移動時間すら問題になります。

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Qエミッタ接地増幅器の入出力・周波数・位相特性について

実験で、エミッタ接地増幅器のいろいろな特性を調べました。そこで理論値を出し実験値と比べてみようと思ったのですが、理論値の出し方が分からないのがありした。今回実験で使用した増幅回路はhttp://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A2%97%E5%B9%85%E5%9B%9E%E8%B7%AFのエミッタ接地の回路と同じです。周波数が中域の（コンデンサを無視できる）ときの利得の周波数特性、位相特性（π[rad]）、入出力特性（Vin、Vout）の理論式のだしかたはわかるのですが、周波数が高域、低域のときの各特性の理論式と低域、高域遮断周波数のだしかたがよく分かりません。感覚的にですが、どの域でも共通な式があり、各域によってコンデンサが開放や短絡され式が変化するような気がしています。参考書やネットで調べたのですが、明確な式が載っておらず困っています。基本的なこととは思いますが、どなたか教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

共通な式というのは、コンデンサを入れて計算した式ということですね。
Denkigishiさんのコメントの通り、この回路は低域特性はコンデンサや抵抗の値で決まり、高域はトランジスタの特性で決まります。したがって広帯域に渡ってちゃんと計算するのなら、トランジスタの交流等価回路（SPICEパラメータ）を取り入れる必要があります。しかし、それではあまりに複雑なので、直流的な等価回路を使って計算する方法を紹介します。

hパラメータを使ったトランジスタの直流等価回路は、厳密には【図１】のようになりますが、実用的には【図２】のように簡略化したものを使います[1]。すると、問題のエミッタ接地回路 [3] の交流的な等価回路は【図３】のようになります。図３では、負荷抵抗RLを追加してあります。なぜなら、これがないと、出力コンデンサCoutの影響が出ないからです。この回路から電流と電圧の式を立てると

i0 = j*ω*Cin*( v0 - v1 )
i1 = ( v1 - v2 )/hie
i0 - i1 = v1*( 1/R1 + 1/R2)
i1 + i2 = ( 1/Re + j*ω*Ce )*v2
i2 + i3 = -v3/Rc
i3 = j*ω*Cout*( v3 - v4 )
i3 = v4/RL
i2 = hfe*i1　←　図２から

ですから、電圧利得（ v4/v0 ）は

v4/v0 = -j*ω*Cin*( 1/Rc + j*ω*Ce )*hfe*hie/( 1 + hfe )/[ 1/RL + { 1 + 1/( j*ω*Cout*RL ) }/Rc ]/[ hie*( 1/hie + 1/R1 + 1/R2 + j*ω*Cin )*{ hie*( 1/Re + j*ω*Ce )/( hfe + 1 ) + 1 } -1 ]

となります（筆算なので間違ってるかも）。この式を変形して、v4/v0 = A + j*B の形にすれば、利得 = √(A^2+B^2)、位相（入力基準）= atan(B/A) [rad] となります。Excelの複素数計算の関数を使えば、利得=IMABS( )、位相=IMARGUMENT( )です。

なお、hパラメータには周波数依存があるので（データシートのは270Hzでの値）、Denkigishiさんのコメントの通り、これを考慮しないと高域での特性が現実と違ってきます。トランジスタの高周波等価回路の例を資料 [4] に示します。

　　　　　i1 → 　　 　　　　　　　　　　← i2
　　B ─ hie ─┐　　 ┌────┬── C　　　　　v1 = hie*i1 + hre*v2
　　　↑　　 　　│＋　│　　　　　 │　　　↑　　　　　i2 = hfe*i1 + hoe*v2
　　　v1　 　 hre*v2　↓hfe*i1 　hoe　　 v2
　　　│　 　　　│－　│　　　　　　│　　　│
　　E ────┴─-┴────┴── E

【図１】　hパラメータを使ったトランジスタの等価回路

　　　　　i1 → 　　 　　　　← i2
　　B ─ hie ─┐　　┌───── C　　　　　　　v1 = hie*i1
　　　↑　　 　　│　　│　　　　　　↑　　　　　　　　i2 = hfe*i1
　　　v1　 　　　│　　↓hfe*i1　　v2
　　　│　 　　　│　　│　　　　　　│
　　E ────┴─-┴───── E

【図２】　簡略化した等価回路

　　　　　→ i0　　v1　　　→ i1　　 　← i2　v3　　→ i3
　　 v0 ─Cin─┬─── hie ┐　　┌──┬──Cout──┬─　v4
　　　　　　　　　│　　　　　　　 │　　↓　　　│　　　　　　　　 │
　　　i0-i1　↓　R1//R2　　　　 └─-┤v2　 Rc　↑i2+i3　　RL　↓i3
　　　　　　 　　 │　　　　　　　　　　　│　　　│　　　　　　　　│
　　　　　　　　　┷　　　　　　i1+i2 ↓│　　　┷　　　　　　　　┷
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ├─┐　　　　　　　　　　　　　　　┷　= GND
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Re　Ce　　　　　　　　　　　　　　　R1//R2 = R1*R2/(R1+R2)　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ┷　┷

【図３】　結合コンデンサのあるエミッタ増幅器の等価回路

[1] 最も一般的なNPNトランジスタの2SC1815Yを使った場合、データシート [2] から、DC的なコレクタ電流が Ic = 1mA のときのhパラメータは、hie = 4.5 kΩ、hre = 0.5×10^(-4)、hfe = 160、hoe = 2.5μSとなっていますが、このうち hre と hoe は小さいので、これらを無視すると、図２に示したような等価回路になります。
[2] 2SC1815データシート（３ページの「hパラメータ－Ic」）　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Transistor/2SC1815_ja_datasheet_020129.pdf
[3] エミッタ接地回路　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%94%BB%E5%83%8F:Common_emitter.png
[4] トランジスタの高周波等価回路　 http://ns.cqpub.co.jp/toragi/TRBN/trsample/2002/tr0209/0209sn7.pdf

共通な式というのは、コンデンサを入れて計算した式ということですね。
Denkigishiさんのコメントの通り、この回路は低域特性はコンデンサや抵抗の値で決まり、高域はトランジスタの特性で決まります。したがって広帯域に渡ってちゃんと計算するのなら、トランジスタの交流等価回路（SPICEパラメータ）を取り入れる必要があります。しかし、それではあまりに複雑なので、直流的な等価回路を使って計算する方法を紹介します。

hパラメータを使ったトランジスタの直流等価回路は、厳密には【図１】のようになり...続きを読む

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Qカットオフ周波数とは何ですか？

ウィキペディアに以下のように書いてました。

遮断周波数（しゃだんしゅうはすう）またはカットオフ周波数（英: Cutoff frequency）とは、物理学や電気工学におけるシステム応答の限界であり、それを超えると入力されたエネルギーは減衰したり反射したりする。典型例として次のような定義がある。
電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると（あるいは下回ると）回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
導波管で伝送可能な最低周波数（あるいは最大波長）。
遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。


ですがよくわかりません。
わかりやすく言うとどういったことなのですか？

Aベストアンサー

>電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると（あるいは下回ると）回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
>導波管で伝送可能な最低周波数（あるいは最大波長）。
>遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。

簡単にいうと、一口に「カットオフ周波数」と言っても分野によって意味が違う。
電子回路屋が「カットオフ周波数」と言うときと、導波管の設計屋さんが「カットオフ周波数」と言うとき
言葉こそ同じ「カットオフ周波数」でも、意味は違うって事です。



電子回路の遮断周波数の場合
-3dB はエネルギー量にして1/2である事を意味します。
つまり、-3dBなるカットオフ周波数とは

「エネルギーの半分以上が通過するといえる」
と
「エネルギーの半分以上が遮断されるといえる」
の境目です。

>カットオフ周波数は影響がないと考える周波数のことでよろしいでしょうか？
いいえ
例えば高い周波数を通すフィルタがあるとして、カットオフ周波数が1000Hzの場合
1010Hzだと51%通過
1000Hzだと50%通過
990Hzだと49%通過
というようなものをイメージすると解り易いかも。

>電子回路の遮断周波数: その周波数を越えると（あるいは下回ると）回路の利得が通常値の 3 dB 低下する。
>導波管で伝送可能な最低周波数（あるいは最大波長）。
>遮断周波数は、プラズマ振動にもあり、場の量子論における繰り込みに関連した概念にも用いられる。

簡単にいうと、一口に「カットオフ周波数」と言っても分野によって意味が違う。
電子回路屋が「カットオフ周波数」と言うときと、導波管の設計屋さんが「カットオフ周波数」と言うとき
言葉こそ同じ「カットオフ周波数」でも、意味は違うって事です...続きを読む

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高域遮断周波数というものは、電圧振幅を1/√2にする周波数であっていますか？


教えてください。

Aベストアンサー

なんか勘違いが起きない様に。。。

20log(1/√2)=-3dBです。
通常、周波数特性を伝達関数で表す為、電圧振幅を1/√2にするのと-3dB振幅が下がるのは同じ事です。
※電力で考えると10log(Pout/Pin)です。P=VI=V^2/R=I^2Rだから、電流振幅と電圧振幅に分けた場合は2乗をlogの前に出して20log・・・となるのです。

ちなみに、この√2と言うのは実効値を連想しそうですが、違います。元々、電力を基準に式が考えられているので、電力をが半分になる周波数と言う意味合いがあります。
この基準はひどく曖昧なもので、例えばQ曲線があった時に、尖鋭度を表すQ値がありますが、別名半値幅です。ピークの半分の値になる周波数特性の幅を見ているのです。突き詰めるといろんな意味があるのですが、アナログ的に変化する曲線を記述するには、結構適当に決める場合が多いです。ちょっと詳しい事はわからないですが、おそらくQ値を決める時の基準を流用して、半分の値になる時と決めたものであると思われます。グラフが折れ曲がる点でもありますからね。(何も基準がなかったら1/10でも良いですからね。)

なんか勘違いが起きない様に。。。

20log(1/√2)=-3dBです。
通常、周波数特性を伝達関数で表す為、電圧振幅を1/√2にするのと-3dB振幅が下がるのは同じ事です。
※電力で考えると10log(Pout/Pin)です。P=VI=V^2/R=I^2Rだから、電流振幅と電圧振幅に分けた場合は2乗をlogの前に出して20log・・・となるのです。

ちなみに、この√2と言うのは実効値を連想しそうですが、違います。元々、電力を基準に式が考えられているので、電力をが半分になる周波数と言う意味合いがあります。
この基準はひどく曖昧なもので、例え...続きを読む

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タイトルのとおりトランジスタのような増幅器の増幅度と周波数帯域幅の関係について知りたいです。
増幅度と周波数は関係してるとわかりますが、帯域幅と増幅度の関係についてはイマイチわかりません。どういう関係なんでしょうか？
増幅度が上がれば帯域幅が狭くなるとかいうことでしょうか？
お願いします。

Aベストアンサー

>増幅度と周波数は関係してるとわかりますが、
ならば解かるはずです。計算してみてください。等価回路には、低域、高域の利得に影響ある容量成分などを加えてくださいね。excelなどを使えばシミュレーションは簡単です。
概念的に言えば；
帰還抵抗を大きくして(増幅度を上げて)いくと、台形の平坦部分が持ち上がって(利得が大きくなって)行きます。しかし、低域と高域の傾斜部分はほとんど変化していないでしょう。
つまり、帯域幅を規定する位置が持ち上がると同時に狭まっていくだけです。
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Q直流成分、交流成分の意味

直流成分、交流成分という単語をたまに参考書やネットなどで見かけるのですが、いまいち何を示しているのかわかりません。

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ネットで調べるとフーリエ級数がどうとかも出てきます。
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そこで本を読み進めるにあたっての簡単な解釈を教えていただけたらと思います。

何卒よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

ある波形（信号波形、電圧波形、電流波形）の直流成分は平均値のことです。
それに対して、
ある波形（信号波形、電圧波形、電流波形）の交流成分は、その波形から平均値を差し引いた波形のことです。

フーリエ級数で言えば
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Q遮断周波数のゲインがなぜ-3dBとなるのか？

私が知っている遮断周波数の知識は・・・
遮断周波数とはシステム応答の限界であり、それを超えると減衰する。
＜遮断周波数の定義＞
出力電力が入力電力の1/2となる周波数を指す。
電力は電圧の２乗に比例するので
Vout / Vin = 1 / √2
となるので
ゲインG=20log( 1 / √2 )=-3dB
となる。

ここで、なぜ出力電力が入力電力の1/2(Vout / Vin = 1 / √2)
となるのでしょうか？
定義として見るにしてもなぜこう定義するのか
ご存じの方いらっしゃいましたら教えて下さい。

Aベストアンサー

>ここで、なぜ出力電力が入力電力の1/2(Vout / Vin = 1 / √2)
>となるのでしょうか？
>定義として見るにしてもなぜこう定義するのか

端的に言えば、
"通過するエネルギー"<"遮断されるエネルギー"
"通過するエネルギー">"遮断されるエネルギー"
が、変わる境目だからです。

>遮断周波数とはシステム応答の限界であり、それを超えると減衰する。
これは、少々誤解を招く表現です。
減衰自体は"遮断周波数"に至る前から始まります。(-3dBに至る前に、-2dBとか、-1dBになる周波数があります)

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Q学生です。電子回路のトランジスタのＣＲ増幅回路についてわからないことが

学生です。電子回路のトランジスタのＣＲ増幅回路についてわからないことがあります。

教科書３冊ほど見たのですがよくわからないので質問しました。

添付した（a）がＣＲ増幅回路、(b)がトランジスタ等価回路です。また、コンデンサの容量は十分大きいものとします。


次の１～４について答えていただければ幸いです。（１つでもかまいません。）

１．教科書によって、カップリングコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）が短絡してあったり、なかったりします。なぜですか？

２．バイパスコンデンサ（ＣＥ）はコンデンサの容量は十分大きくないと開放できないのか？

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４．この時、小信号等価回路はどのようになるのですか。（ＲＥは無視できるのか）

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

コンデンサについて語ると、かなり長くなるので、ポイントを述べます。

この増幅回路で扱われる周波数を次の3つに分けます。

低周波数領域
中間周波数領域
高周波数領域

ここで、結合コンデンサやバイパスコンデンサの大きさが関係してくるのは、低周波数領域の遮断周波数となります。
高周波数領域の遮断周波数を決めるのは、分布容量であり、回路図には内容量で10~40pF程度の分布容量で決まりますが、今回は割愛します。

最終的にC1に注目すると、低域遮断周波数fL1は、

ｆL1=1/(2πC1(Rg+hie))　・・・（１式)

Rgは、信号源抵抗

こんな式で表されるので、C1の大きさで低域遮断周波数が決まります。

次にバイパスコンデンサですが、これも結論を言いますと、

ｆL1≒（1+β）/(2πCE(Rg'+hie))　・・・（２式）

ただし、Rg'は、Rg、R1、R2の並列合成抵抗。

1式と比べてみると、C1とCEが同じ容量なら、2式の方が、(1+β）倍だけ、遮断周波数が高くなります。
逆に言えば、CEはC1より約β倍、大きな容量を必要とすることになります。
とは言っても、同じにする必要はなく、低周波遮断周波数は、CEかC1の大きい方で低域遮断周波数が決まると言うことです。


分かりにくくてすみません。
まだ、細かいことも良い忘れているのですが、なかなか記述するのが難解ですので、あとは詳しい参考書を一読してみてください。

コンデンサについて語ると、かなり長くなるので、ポイントを述べます。

この増幅回路で扱われる周波数を次の3つに分けます。

低周波数領域
中間周波数領域
高周波数領域

ここで、結合コンデンサやバイパスコンデンサの大きさが関係してくるのは、低周波数領域の遮断周波数となります。
高周波数領域の遮断周波数を決めるのは、分布容量であり、回路図には内容量で10~40pF程度の分布容量で決まりますが、今回は割愛します。

最終的にC1に注目すると、低域遮断周波数fL1は、

ｆL1=1/(2πC1(Rg+hie))　・・・（１...続きを読む

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ご参考に。

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変圧器で、無負荷試験を銅損試験、短絡試験を鉄損試験とも言うのは何故なんでしょうか？いくら調べてもわかりません。もしよろしければ教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

まず、質問内容が間違ってますよ。

＜無負荷試験＞
２次側を解放（無負荷）なら、理論上は１次側の消費電力もゼロです。しかし、鉄心に電流が流れて（渦電流という）電力を消費します。無負荷でも鉄心で損失する。→無負荷＝鉄損

＜短絡（全負荷）試験＞
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