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高周波回路はなぜ電力で考えるのでしょうか?

「高周波測定では正確な電流・電圧測定が困難だが、
電力は高周波でも正確に測れる」

という、ただ単純な測定の平易度が理由なのでしょうか?

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A 回答 (4件)

高周波回路ではインピーダンスの異なる部品を接続する事が行われます。


この時、インピーダンスマッチングを行わないと信号源から供給される電力が有効に利用できません。
受信機の場合は受信レベルが低下する事により信号のS/Nが悪化して性能が低下します。
送信機の場合は必要以上の電力を送りだすことになり無駄が生じます。また無駄な電力は負荷から反射してきて、場合によっては送信機を損傷します。

このような理由でインピーダンスマッチングを行うのですが、インピーダンスマッチングを行うと電圧が変化します。
その為、電圧で表示する場合はその時のインピーダンスとともに表示しないと意味のない値になってしまいます。
電力で表示してあればこのような面倒くささがなくなります。
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基本的に高周波の伝送路を接続する場合、接続端での反射を考慮せねばなりませんし、その反射も周波数依存性がある場合が普通です。


インピーダンスマッチングがピッタリととれていれば反射無く電力は伝わりますが、少しでもずれていると反射が起きます。
そういうとき、精度良く波形観測ができず、反射波込みの有効伝送波の有効電力を測定する方が楽なのです。
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高周波では、波長が回路素子や伝送線路に比べて短くなることが根本原因だ。



http://www.mogami.com/paper/sparameter/sparamete …

が参考になると思う。
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少し前提条件が異なっているので、修正させてください。



>「高周波測定では正確な電流・電圧測定が困難だが、
電力は高周波でも正確に測れる」
   ↓  ↓
「高周波測定では正確な電流測定は困難だが、
電圧と電力は高周波でも正確に測れる」
の方が依り正確な表現では無いかと考えられます。

高周波の場合インピーダンスのミスマッチでの反射で定在波が発生し、測定電圧は正確さを欠きます。
そこで、高周波の場合、特性インピーダンスで終端して電圧を測定しているので、**dBmや**dBμVなどで表し電圧や電力で表現しているのです。
不整合減衰量を考慮して、3dBや6dBのATT(減衰器)を介してレベル測定しているのも、電圧を測定して電力換算して表示しているのです。
 
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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

QRF(高周波)電源の原理

発振周波数13.56MHzの自励発振方式の高周波電源を用いてプラズマを発生させ、プラズマ重合というものにより薄膜を形成する実験を行っているのですが、自励発振方式、進行波、反射波、マッチングBOXなどわからないものが盛りだくさんです。高周波電源、RF電源で検索にかけてもヒットするものはなく、図書館でもキーワード「高周波電源」では本が出てこないです。高周波電源の原理に関する文献などありましたら紹介してください。よろしくお願いします。
(装置のマニュアルにも原理はありませんでした)

Aベストアンサー

No.2のymmasayanです。

「自励発振」という言葉と「高周波電源の原理」という言葉に惑わされて
的外れの回答をしてしまったようです。

発振方式には自励式と水晶式、PLL式などがあり、一方電源としては自励式と他励式が
あります。
同じ自励式という言葉でも意味がぜんぜん違います。発振周波数13.56MHzということは
水晶発振による自励式電源ですね。
ここでいう自励式電源とは発振回路を内蔵している電源のことです。
他励式というのは他の装置(発振回路)から信号をもらって増幅器だけを持つものを
いいます。

>高周波電源、RF電源で検索にかけてもヒットするものはなく

Googleで「高周波電源」で約1300件、「高周波電源 マッチング」で
約120件ヒットします。1例を参考URLに記載します。

「進行波、反射波、マッチング」は無線機とケーブルとアンテナに関するものが
詳しいと思います。又No.2の参考URLで紹介した書籍にも第1章に載っています。

少し難しいですが下記URL
http://www.mogami-wire.co.jp/paper/tline/tline-01.html
の 5. 定在波 6. リターンロスと反射損失
のところにも「進行波、反射波、マッチング」の話が載っています。

参考URL:http://www.thp.co.jp/rf_pro/matching.htm

No.2のymmasayanです。

「自励発振」という言葉と「高周波電源の原理」という言葉に惑わされて
的外れの回答をしてしまったようです。

発振方式には自励式と水晶式、PLL式などがあり、一方電源としては自励式と他励式が
あります。
同じ自励式という言葉でも意味がぜんぜん違います。発振周波数13.56MHzということは
水晶発振による自励式電源ですね。
ここでいう自励式電源とは発振回路を内蔵している電源のことです。
他励式というのは他の装置(発振回路)から信号をもらって増幅器だけを持つも...続きを読む

Qコンデンサの「リプル」とは?

お世話になります。
コンデンサの規格を見ると「リプル電流」という言葉が出てきますが、そもそもこの「リプル」とはどういった意味なのでしょうか?
わかりやすくお教えいただければ助かります。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

誠に僭越で恐縮ですが・・・

>つまり電源電圧変動を抑えるために、コンデンサが蓄えていた電流をどれだけ放出できるかという性能を示すものと理解してよいのでしょうか?

これは、全く逆の方向に理解が行っていると思いますので、あえて書き込みさせていただきます。

電気の世界では、「ripple:脈動電流」としています。
例えば50Hzを両波整流して得られた電源からは、100Hzの脈流電流(リプル)が平滑回路のコンデンサに流れ込みます。
(交流電流は、ダイオードで整流しただけでは「脈流」であり、コンデンサを通って初めて、平らな「DC」になることにご留意ください)

コンデンサにとってはこの脈動電流は負荷になります。
コンデンサ自体には、「ESR:等価直列抵抗」という特性があります。
これが、脈流電流によってジュール熱を発生し、場合によっては、コンデンサが破壊されることがあるからです。
電解コンデンサは、特にこのESRが大きいので、熱破壊を防止するために、「リプル耐量」を規定する必要があり、これを表示することになっています。
「リプル電流の大きい方が性能がよい」というのは、「耐量=許容量」、が大きいということなのです。
コンデンサには「定格電圧」というのがありますが、これと同じようなもの、と考えてもらってもよいかと思います。
(タンタルコンは電解コンデンサの一種であるが、ESRが小さいという特長がある)

メーカーサイトの資料です。1-2に「リプル電流が大きいと、コンデンサの等価直列抵抗分(ESR)によって自己発熱(ジュール熱)によって破壊する」という説明があります。
http://www.chemi-con.co.jp/support/chuui/C02.html

メーカーサイトの資料ですが、上記よりももう少し詳しく書いてあります。
http://www.rubycon.co.jp/notes/alumi_pdfs/Life.pdf

なお、「tanδ=誘電損失係数」も交流特性のひとつですが、ESRが低周波で問題にされるのに対し、tanδは高周波での特性を表すものと考えられます。

参考URL:http://www.chemi-con.co.jp/support/chuui/C02.html

誠に僭越で恐縮ですが・・・

>つまり電源電圧変動を抑えるために、コンデンサが蓄えていた電流をどれだけ放出できるかという性能を示すものと理解してよいのでしょうか?

これは、全く逆の方向に理解が行っていると思いますので、あえて書き込みさせていただきます。

電気の世界では、「ripple:脈動電流」としています。
例えば50Hzを両波整流して得られた電源からは、100Hzの脈流電流(リプル)が平滑回路のコンデンサに流れ込みます。
(交流電流は、ダイオードで整流しただけでは「脈流」であり、コ...続きを読む

Qオシロの入力インピーダンスについて

私の使っているオシロスコープは入力インピーダンスを
50Ωと1MΩに切り替えることができるのですが、切り替えたらどうなるのかよくわかりません。
マニュアルには観測できる垂直軸(電圧)の領域が1MΩのほうが大きいとしか書いてないです。
同じシグナルを入力したときに50Ωと1MΩとでは波形が違うみたいです。
切り替えると何が起こるのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

50Ω

信号は電力伝送されますから
あまり強い信号を入力してはいけません。
測定相手が50Ω系であれば、配線を切って
オシロに接続することで、反射の無い
きれいな(本来の)波形を観測することができます。
また、50Ωだと受け側は純抵抗に近くなりますから
容量成分で生じる不都合(スパイクなど)も
発生しません。
ただし、配線を切れないところの測定には適しません。
(こちらに電流が流れてしまうため)

1MΩ

信号はハイインピーダンス受けとなりますから、
配線を負荷につないだままで、
もしくは回路の途中からでも信号を取り出して
波形を観測することができます。
しかし、ハイ受けですから、回路に多少影響を
与えます。
また、出力回路のような処では
別に終端抵抗を必要とします。
そしてインピーダンスは高くても
プローブの容量成分(20pFぐらいかな)は
そのまま残りますから
波形に乱れが生じる場合もあります。

なお、オシロの回路は、1MΩ受けに造られていて
50Ωの時は入力端に抵抗が挿入されるように
作られているはずです。

50Ω

信号は電力伝送されますから
あまり強い信号を入力してはいけません。
測定相手が50Ω系であれば、配線を切って
オシロに接続することで、反射の無い
きれいな(本来の)波形を観測することができます。
また、50Ωだと受け側は純抵抗に近くなりますから
容量成分で生じる不都合(スパイクなど)も
発生しません。
ただし、配線を切れないところの測定には適しません。
(こちらに電流が流れてしまうため)

1MΩ

信号はハイインピーダンス受けとなりますから、
配線を負荷につないだ...続きを読む

QDC電源の入力電流と出力電流の関係

一般的なDC電源の出力電流は、入力電流とどのような関係があるでしょうか?
たとえば、入力AC100V 出力DC25V 2AMaxのDC電源の場合、
出力2AMaxで使用したとすると、入力AC側にも、大体2A流れていると考えていいでしょうか?
上記情報は、DC電源を管理するブレーカ選定中に疑問になり、質問しております。

Aベストアンサー

あまりキチンした回答がなさそうなので。
まずAC電源を入力としたDC電源の関係式は以下のとおりです。

  入力電圧×入力電流×力率×電源効率=出力電圧×出力電流

実際は、電流値がそれぞれ時間で一定になっていないので計算式は
飽くまでも試作時の目安にします。

質問者の求めているのはブレーカの電流値であり、それが入力の
AC電源側につけるのであれば、電源の皮相電力から求められます。
皮相電力は、電源に通常記載されています。
大抵、125VAなどと VAの単位で書かれているものです。

もし、AC電源電圧が100Vで電源の皮相電力が 150VAならば
最大で 1.5Aの電流が流れます。
(これは、100V×1.5A=150Wを意味するものではありません)
この場合、余裕を見て 2A程度のブレーカを挿入すれば良いことになります。

電源の皮相電力からブレーカの電流値を求めてください。

突入電流等が無視できない程度発生するときは、電源の仕様書等に
書いてはるはずなので参照してください。

Q空芯コイルはなぜ高いQが得られるのか?

例えば、直径1mmφのエナメル線を、径30mmで30回スペース巻きした空芯コイルと、径10mmの棒状フェイライトコアに10回くらい巻いて同じインダクタンスを得られたコイルを比較してみます。
文句なしに前者の方がQは高いでしょう?
なぜ空芯コイルは高いQが得られるのでしょうか?

シャープな通過帯域を持つBPFが欲しい場合、Qの低いコイルは致命的です。
かといって、低い周波数帯域で(100kHzくらいで)数mHの空芯コイルを作るのも至難の業です。
コア入りで空芯と同等なQを得る方法はありませんか?

Aベストアンサー

欲しいインダクタンスは決まっている。
空芯コイルだと巻数が多いので,巻線抵抗が大きい。
コア入りコイルだと,巻数は少ないので巻線抵抗は下がる。しかし,コアの鉄損は増える。

難しいところですね。定性的には,
高い周波数帯なら,コアの鉄損が大きくなり,コアを入れる価値は少ない。
低い周波数帯なら,空芯で巻数が多いよりは,コアを入れる価値がある。

100kHzくらいなら,環状またはEI形フェライトコアで使える物があるように思います。
磁気回路が環状に閉じると,磁気回路が開放している棒状フェライトコアよりも,
さらに巻数を小さくできます。
うまくすればQが上がるのではないかしら。

分析的に追求するなら
・試作コイルの実測Q値
・コアの損失
・巻線抵抗(直流での測定値)
・巻線抵抗(使用周波数へ表皮効果で換算)
を計算・比較して,コイルの損失として何がもっとも効いているのか調べる手はあります。

Q単相と3相の違い

単相交流と3相交流の違いが知りたいです。
あと3層交流をモーターにつないだとき青と赤を
入れ替えると逆回転しますがどのような理屈になるのでしょうか?
白はは真ん中と決まっているのでしょうか?

Aベストアンサー

一般の家庭などに供給されているのは“単相交流”です。
工場などで、“動力”などと呼ばれているのが“三相交流”です。
単相は電線が2本で、三相は電線が3本、または4本です。

単相電力では、プラス・マイナスの電流の方向が交互に変化します。つまり“上下運動”のように電圧が正負にめまぐるしく切り替わっています。
ですから、このままではモーターは回りません。そこで少し右に回るように手を加えてやると、右にどんどん回りだします。
左に回るように力を与えれば、これまた左にどんどん回りだします。
つまり、単相では、どちらかの方向に“起動トルク”を与えれば、回転方向が決まります。

三相は、それぞれ120度の位相差を持った“単相”を三つ重ねたものです。
この特徴は“回転磁界”を伴う事です。最初から回転する特性を持っていますので、起動トルクを加える必要がありません。
3本の電線なら、その2本を入れ替える事で、“位相差”が逆になります。
そうなると、“回転磁界”も反転する事になります。

以上の説明は、図に描かないと非常に理解し難いものなのです。
できれば書店で電気の“交流理論”に関する参考書をお求めください。
それを学ばれてから、今一度理解できないところをお尋ねいただいた方が良いと思います。

一般の家庭などに供給されているのは“単相交流”です。
工場などで、“動力”などと呼ばれているのが“三相交流”です。
単相は電線が2本で、三相は電線が3本、または4本です。

単相電力では、プラス・マイナスの電流の方向が交互に変化します。つまり“上下運動”のように電圧が正負にめまぐるしく切り替わっています。
ですから、このままではモーターは回りません。そこで少し右に回るように手を加えてやると、右にどんどん回りだします。
左に回るように力を与えれば、これまた左にどんどん回りだします。
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Q高周波におけるマッチングの必要性

高周波ではマッチングが必要という話をよく聞きますがこれはなぜなのでしょうか。例えば出力抵抗50Ωの1Vの電圧源に高入力インピーダンスの負荷をつないだとします。その場合は負荷に1Vの電圧がかかります。しかしマッチングをとった場合では0.5Vの電圧しかかからないようにおもいます。(低周波では低出力抵抗、高入力インピーダンスがよいという話を聞きます)なので高周波でも高入力インピーダンスの回路のほうがよいと思います。質問自体がナンセンスな場合、そのことについても言及してもらえるとありがたいです。

Aベストアンサー

#3 です。少々補足を。

またまた、オーディオとテレビとの例ですけど、なぜテレビの技術的な性能要求が厳しくなるのでしょうか。

 (1) 人間の聴覚と視覚の敏感さの違い。(視覚のほうが敏感)
 (2) 信号の占有帯域幅の違い。(テレビのほうが広帯域)
 (3) 信号化してから再生に至るまでの伝送経路の「段数」。(テレビのほうが多段)

(ほかにもありそうですが....)
いずれもテレビ信号のほうに高い忠実度を要求する原因となっており、技術的には (3) が優先課題の感があります。
伝送経路の「段数」が多いため、個々の機器の性能だけ締めつけても、相互接続個所でミスマッチを生じると水泡に帰します。

たとえば、全体の伝送特性(振幅/位相の周波数特性)が各段の単純和になることを前提に仕様規格の設定・配分を決めたとしましょう。
この「各段の単純和になる」というのは、接続個所におけるインピーダンス・マッチングが完全という意味です。
もし接続個所での反射損失(リターンロス)が低いと、単純和特性からのずれが増大して信号の忠実度低下の原因になるのです。
事実、幹線伝送路では接続個所での反射損失が規格アイテムに含まれています。

オーディオなら趣味の範囲にとどまっていたアイテムも、テレビだと必需品になるというお話でした。

#3 です。少々補足を。

またまた、オーディオとテレビとの例ですけど、なぜテレビの技術的な性能要求が厳しくなるのでしょうか。

 (1) 人間の聴覚と視覚の敏感さの違い。(視覚のほうが敏感)
 (2) 信号の占有帯域幅の違い。(テレビのほうが広帯域)
 (3) 信号化してから再生に至るまでの伝送経路の「段数」。(テレビのほうが多段)

(ほかにもありそうですが....)
いずれもテレビ信号のほうに高い忠実度を要求する原因となっており、技術的には (3) が優先課題の感があります。
伝送経路の「段数」が...続きを読む

QNをkgに換算するには?

ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?一応断面積は40mm^2です。
1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?
ただ、式の意味がイマイチ理解できないので解説付きでご回答頂けると幸いです。
どなたか、わかる方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kgfです。

重力は万有引力の一種ですから、おもりにも試験片にも、地球からの重力はかかります。
しかし、試験片の片方が固定されているため、見かけ、無重力で、試験片だけに40kgfの力だけがかかっているのと同じ状況になります。

試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
 = 40kg×9.8m/s^2
 = だいたい400N

あるいは、
102グラム(0.102kg)の物体にかかる重力が1Nなので、
40kg ÷ 0.102kg/N = だいたい400N


>>>1N=9.8kgfなので、「40kg=N×0.98」でいいのでしょうか?

いえ。
1kgf = 9.8N
ですね。


>>>一応断面積は40mm^2です。

力だけでなく、引っ張り応力を求めたいのでしょうか。
そうであれば、400Nを断面積で割るだけです。
400N/40mm^2 = 10N/mm^2 = 10^7 N/m^2
1N/m^2 の応力、圧力を1Pa(パスカル)と言いますから、
10^7 Pa (1千万パスカル) ですね。

こんにちは。

kgfはSI単位ではないですが、質量の数値をそのまま重さとして考えることができるのがメリットですね。


>>>
ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
ということですか?

・・・であるとして、回答します。

40kgのおもりなので、「おもりにかかる重力」は40kg...続きを読む

Qオープンコレクタ出力ってうまく理解できないんですが?教えていただけます

オープンコレクタ出力ってうまく理解できないんですが?教えていただけますか。

Aベストアンサー

まず、『うまく理解できない』とのことですが、あなたの電気・電子の知識がどのくらいなのか分からないと教えることができません。
以下のリンクを見て、どこまで理解でき、どこの部分が分からないかを示して下さい。 トランジスタの動作が分からないとお手上げです。

http://www.wdic.org/w/SCI/%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%97%E3%83%B3%E3%82%B3%E3%83%AC%E3%82%AF%E3%82%BF