親子におすすめの新型プラネタリウムとは?

集積回路の勉強をしていると低周波において高インピーダンスと書いてあったのですが、回路における低周波・高周波とはどうゆうことなのでしょうか?
周波数が低いか高いかで何が重要になるのでしょうか?
また交流は低周波と記載されていたのですが、では直流は高周波なのでしょうか??

宜しくお願い致します。

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A 回答 (3件)

周波数帯の呼び方の参考に


http://www14.plala.or.jp/phys/topics/4.html

 上記定義から行くと、低周波は300kHz以下ということになりますが、普通に言う場合は#1さんが言われるようにオーディオ帯を指して言っている場合が多いです。

 周波数が高くなると、低周波では影響しない小さな容量(コンデンサ)やインダクタンス(コイル)でも周波数に比例して影響をしてきます。また、トランジスタ(ICの基にもなっている)の動作も周波数が高くなるほど難しくなりますし、特性も変ってきます。

 貴方が言われている交流というのは、AC電源のことだと思いますが、これも50又は60Hzの低周波です。
 直流は直流として、交流とは区別して理解した方が良いと思います。
 交流は、一般的に、電流の流れが行ったり来たり(振動)していて、平均プラスマイナスゼロです。直流は、振動せずに一方向に一定です。 
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
交流と直流について理解できました。

お礼日時:2007/06/30 11:41

既になされた回答に補足です。



「低周波において高インピーダンス」というのは、「高周波において定インピーダンス」を暗に含んでいると思います。

インピーダンスの周波数変化は、コイルとコンデンサが本来もつ周波数依存性のZ=jwLとZ=1/(jwC)があります。低周波で高インピーダンスということは、コンデンサが接続されていることが予想されます。

既に回答されているように、高周波になると、配線などによる分布定数回路と呼ばれるLとCが無視できない大きさになり効いてきます。

その他には、コンデンサに使われている誘電体の周波数依存性(分散)が効いてくることもあります。電解コンデンサは低周波では比較的大きな容量を保っていますが、周波数が少し(!)高くなると誘電緩和時間が電源周波数の変化速度に追従できなくなり誘電率が減少してしまい、誘電率の減少すなわち容量値の減少を引き起こしてしまいます。このような場合も、「高周波で低インピーダンス」の原因になります。

「集積回路の勉強」の中での疑問ということでしたので、おそらくセラミックコンデンサやその他の酸化物誘電体によるコンデンサか、あるいはpn接合もしくはMOS FETでの等価コンデンサが予想されます。半導体をコンデンサとして使用する場合には、電子や正孔の寿命(ライフタイム)がこの誘電緩和時間に相当してきます。

もしコンデンサの周波数依存性を問題にしているのであれば、その対象によって周波数の桁は変化してくると思います。(いずれにしても数百キロHz以上だと思います。)
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
MOSの簡単な回路(MOSと抵抗素子)において、コイルやコンデンサはありませんが周波数の考慮は必要なのでしょうか?

お礼日時:2007/06/30 11:40

回路素子には、抵抗とコイルとコンデサの3つがあります。

この中で抵抗は周波数には無関係ですが、コイルとコンデンサは周波数によって効果が変化します。低周波、高周波というのは相対的ですが、オーディオ領域と電波領域の区切りとしては概ね30kHzと考えていいでしょう。(但しVLFという電波は3kHz~30kHzでオーディオの範囲と重なる)なお、0.1Hz~数100Hz程度を扱う粘弾性などの分野では、100Hzでも高周波と呼んでいます。直流は周波数がゼロの交流と考えて下さい。低周波の極限です。
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Q周波数と帯域幅について。

携帯電話が高周波化していることについて色々調べているのですが
高速データ通信を行う為に、広帯域であることが必要であるというのは理解できたのですが、何故周波数を高くすると帯域幅が広くなるのかが分かりません。

困っています、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

同じ1%でも、100MHzの1%は1MHz、
1GHzの1%は10MHzですから、
周波数が高い方が広い帯域を確保し易くなります。

また、アンテナの問題もあります。
アンテナは共振させて使うのですが、
中心周波数に対して、1%~5%程度の
帯域幅しか取れません。
たとえば50MHz帯域の通信をやろうとすると
100MHzでは超広帯域の特殊アンテナ(ログぺりなど)を
使用しないといけないのですが、
1GHzであれば、比較的帯域の広い物なら使えます。
また、3GHzでは使えないアンテナはありません。

もうひとつ、逆の理由(帯域が狭いと
低い周波数しか使えない)として、
ドプラー効果の問題もあります。
高速で動く移動体ではドプラー効果は無視できず、
その分だけ同調精度が落ちることになりますから、
広帯域の信号(同調精度が低くても良い)は
高い周波数で伝送することができますが、
狭帯域の信号を高い周波数で伝送することは
困難があります。

Q高周波とは??

素人な質問で大変恐縮です。
よく、高周波という言葉を聞くのですが、ズバリ、高周波とは何者なのでしょうか??どのような働きをするのでしょうか??

Aベストアンサー

こんにちは。
素朴ながら実は結構高度なご質問ですね。少々単純化しすぎてはいますが、つぎのような回答ではいかがでしょう。

ポイントは、「電線の中の電気は低周波、電線の外に飛び出すと高周波・・・」

電気にプラスとマイナスがあるのはご存じですよね。買ってきた電池の平らな底がマイナスでおへそが出っ張っているほうがプラスで、間違えると機械は動きませんね。
おへその方に赤い電線を、底のほうに黒い電線をつないでみると、当然赤い線の先にはプラスの電気が、黒い線の先にはマイナスの電気が現れ、離れた場所でモーターを回したり電球を点灯させたりできますね。
このとき、電池を逆に(黒い線におへそを、赤い線に底を)つなぐと、電線の先にはさっきと逆のプラスマイナスが現れてモーターを逆に回すことができます。

このような切り替えを1秒に数十回以上というスピードで頻繁に繰り返すと、これを「交流」と言います。
1秒間に行われる切り替えの数(切り替え速度)を「周波数」と言いますが、「高周波」も「低周波」もこの交流の仲間で、切り替え速度が速いと「高周波」、遅いと「低周波」と呼びます。

でも何でこんな使いにくそうな「交流」を使うの? それに速い・遅いっていったいどこが境?

実は交流には大きく分けて2つの働きが期待されます。

ひとつは音などの信号を運ぶこと。「音」は、茶碗などの物が振動したとき、回りの空気に小さな「濃い」ところと「薄い」ところができて、この「濃さ」(圧力)の違いが耳に入ると神経が刺激されて感じることができる・・・という原理のものですが、マイクロホンという一種の発電機を使うと、「濃い」ときに「赤がプラス」の電気、「薄い」ときに「黒がプラス」に当たる電気が発生するので遠くまで音を送ることができます。
このとき、切り替わる速度は1秒に100回(どーん)から1万回(ちーん)程度で、これ以上速いと人間では聞こえません。

もうひとつは、電線の外に電気を飛び出させること。
 実は電気は磁気を、磁気は電気を生むことができ、両方を上手に組み合わせると、両者が助け合って電線がなくても信号を遠くまで伝えることができ、携帯電話などに使うことができます。この助け合いは、電波あるいは電磁波と呼ばれ、プラスとマイナスの切り替えを素早く行うことで自然に発生します。
 このような助け合いの起きる速度は1秒に百万回程度が必要で、これより速ければ電気が電線の外に飛び出します。

さて、これでだいたいおわかりですね。

他の方の回答でもばらついているように、高周波・低周波は境目がはっきり定められているわけではなく、用途も混在しているのですが、概ね、音として聞こえる1秒1万回程度以下の切り替え速度が低周波、電波として使う1秒百万回以上の場合が高周波と呼ばれています。
(その中間の1秒に数十万回の辺りは利用する技術分野によって高周波と呼ばれたり低周波と呼ばれたりします。)

従って、「低周波治療器」は1秒に数回~数万回くらいの切り替えの電気を筋肉に流すことが多く、「高周波調理器」は1秒に百万回程度以上(電子レンジでは2億回)切り替えの電気を食品や鍋に加えて熱を与えるものを言います。
(もちろん、特定の目的のために速い切り替え速度の電気ではあるもののあくまで電線を使うような応用分野もあります)

なお、電源コンセントの電気も交流であり、1秒に数十回切り替わっていますが、この目的はまた別の機能です。

さてさて、ご質問の趣旨に合いましたでしょうか。
お役に立てば幸いです。

こんにちは。
素朴ながら実は結構高度なご質問ですね。少々単純化しすぎてはいますが、つぎのような回答ではいかがでしょう。

ポイントは、「電線の中の電気は低周波、電線の外に飛び出すと高周波・・・」

電気にプラスとマイナスがあるのはご存じですよね。買ってきた電池の平らな底がマイナスでおへそが出っ張っているほうがプラスで、間違えると機械は動きませんね。
おへその方に赤い電線を、底のほうに黒い電線をつないでみると、当然赤い線の先にはプラスの電気が、黒い線の先にはマイナスの電気が...続きを読む

Qターフェル傾斜と交換電流密度

実験値からターフェル傾斜と交換電流密度を算出する手続きと白金の交換電流密度を教えてください。

下記のような測定条件で得た実験値に対して、"自分なりの手続き"を加えて白金の水素電極反応におけるターフェル傾斜と交換電流密度の算出を試みました。しかしながら、いまだ納得のいく値を得られておらず、この"自分なりの手続き"に問題があるのではと考えています。問題点のご指摘、解決法のご教授を宜しくお願いします。

作用電極:Pt plate (0.8cm^2)
参照電極:SCE
スウィープテクニック:LSV
挿引速度:1mV/s
電解質溶液:0.5M 硫酸
初期電位:450 mV
最終電位:-350 mV

得られた電流密度i-電位E曲線を見ると、450~-150mVの領域で残余電流はもっぱら10μA以下だったため、水素発生電位を電流が10μA(=i')流れ始める電位(=E')としました。過電圧η(=E-E')(V)に対して電流密度log|i-i'|(A/cm2)のグラフを作成しました。残念なことに、このグラフには直線と言えるような明確な領域はありませんでした。ここで、面指数に関係なく白金の場合、Tafel傾斜は-30mVであるという喜多氏による報告を参考に、傾き-0.03Vくらいの直線を無理矢理引いてみました。すると交換電流密度はlogi0(A/cm2)=-6程度になりました。この交換電流密度を文献値と比較することで"自分なりの手続き"の整合性を確かめようとしました。しかしながら、文献によって値が違うために混乱しています。

喜多氏の論文によると交換電流密度logi0(mA/cm2)は約-3(J.Mol.Cat.A:Chem.199(2003)161)であるのに対し、喜多氏・魚埼氏著の「電気化学の基礎」(技報堂出版、1版1刷、1983年)ではlogi0(A/cm2)は約-3となっていました。ちょうど10^3倍の違いなのでどちらかが誤りを記載しているのだろうと思いますが、どうでしょうか?

以上まとめますと、問題点は2点です。水素発生電位を決定する"自分なりの手続き"の問題点、交換電流密度の正しい値です。ご存知の方がいらっしゃいましたら、どうぞ宜しくお願いします。また、簡単な方法などご存知であれば、そちらの紹介も宜しくお願いします。

実験値からターフェル傾斜と交換電流密度を算出する手続きと白金の交換電流密度を教えてください。

下記のような測定条件で得た実験値に対して、"自分なりの手続き"を加えて白金の水素電極反応におけるターフェル傾斜と交換電流密度の算出を試みました。しかしながら、いまだ納得のいく値を得られておらず、この"自分なりの手続き"に問題があるのではと考えています。問題点のご指摘、解決法のご教授を宜しくお願いします。

作用電極:Pt plate (0.8cm^2)
参照電極:SCE
スウィープテクニック:LSV
挿...続きを読む

Aベストアンサー

全然解決とは縁遠いお話ですが。
>喜多氏の論文によると交換電流密度logi0(mA/cm2)は約-3(J.Mol.Cat.A:Chem.199(2003)161)であるのに対し、喜多氏・魚埼氏著の「電気化学の基礎」(技報堂出版、1版1刷、1983年)ではlogi0(A/cm2)は約-3となっていました。

…て、同じ値だと思いますが、どこで「10^3倍の違い」が現れているというのでしょう???

Q計算値と理論値の誤差について

交流回路の実験をする前に、ある回路のインピーダンスZ(理論値)を計算で求めたあと、実験をしたあとの測定値を利用して、同じ所のインピーダンスZ(計算値)を求めると理論値と計算値の間で誤差が生じました。
そこでふと思ったのですが、なぜ理論値と計算値の間で誤差が生じるのでしょうか?また、その誤差を無くすことはできるのでしょうか? できるのなら、その方法を教えてください。
あと、その誤差が原因で何か困る事はあるのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

LCRのカタログ値に内部損失や許容誤差がありますが、この誤差は
1.Rの抵抗値は±5%、±10%、±20% があり、高精度は±1%、±2%もあります。
2.Cの容量誤差は±20% 、+50%・ー20% などがあり
3.Lもインダクタンス誤差は±20%で、
3.C・Rは理想的なC・Rでは無く、CにL分、Lに抵抗分の損失に繋がる成分があります。
これらの損失に繋がる成分は、試験周波数が高くなると、周波数依存で増大します。
また、周囲温度やLCRの素子自身で発生する自己発熱で特性が変化します。
測定器や測定系にも誤差が発生する要因もあります。
理論値に対する測定値が±5%程度発生するのは常で、実際に問題にならないように、
LCRの配分を工夫すると誤差やバラツキを少なく出来ます。
 

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」

「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

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む


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