「夫を成功」へ導く妻の秘訣 座談会

学校の実験でローパスフィルタと積分回路を同じ回路で行ったのですが、入力が正弦波の場合と矩形波の場合の回路の出力の性質についての類似点と相違点は何でしょうか。わかる方がいらっしゃればどうか回答よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

こんにちは。



入力の周波数によるのですが、

A:非常に高い周波数の正弦波を積分回路に入力すると、平坦に近いのっぺらぼうの波形が出力されます。
B:低い周波数の正弦波を積分回路に入力すると、入力と出力がほぼ同じ波形になります。
これがローパスフィルタと呼ばれる所以です。

一方、
C:高い周波数の矩形波を積分回路に入力すると、平坦に近い波形が出力されます。

D:わりと低い周波数の矩形波を積分回路に入力すると、こんな感じになります。

入力
┌┐  ┌┐  ┌┐  ┌┐  ┌┐
┘└──┘└──┘└──┘└──┘└

出力
 _   _   _   _   _
ノ )_ノ )_ノ )_ノ )_ノ )

E:非常に高い周波数の正弦波を積分回路に入力すると、平坦に近いのっぺらぼうの波形が出力されます。

AとEが類似点です。
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Q微分回路・積分回路について

微分回路と積分回路は、ローパス・フィルタやハイパス・フィルタと、どのような関係があるのでしょうか?

今読んでいる書籍に、チラッと載っているのですが、Webで見ると同一回路ではなく、どのような関連性があるのか分かりません。

ご教授のほどを、お願いします。

Aベストアンサー

 電子回路の動作を観るときに、時間軸で観る場合と周波数軸で観る場合があります。ご質問の内容は正にそれにあたっていると思います。
【微分回路と積分回路】
 回路の動作として、入力波形が出力時に、時間軸でみた場合に、どのように変化をしているのかと言う立場で解釈すると、あたかも微分や積分したかのように動作する回路のことをいいます。具体的には波形整形を行う場合に、これらの回路を使います。
【ローパス・フィルタやハイパス・フィルタ】
 周波数軸でみた場合に、ある周波数以下の信号を通過させるのがローパス・フィルタで、ある周波数以上の信号を通過させるのがハイパス・フィルタです。
【両者の関係は?】
 回路に要求する事が違うのですが、ローパス・フィルタの仲間に積分回路が含まれ、ハイパス・フィルタの仲間に微分回路が含まれると言う解釈が成り立つと思います。
【追記】
 kansai_daisukiさんには以前も回答した記憶があります。勉強を続けられているんですね。「継続は力なり」。尊敬します。さて、電子回路はリアルな学問です。実際には回路を製作して実験するのがスキルアップには一番なのですが、その環境を求めるのが困難なら、PSPICEは、いかがですか?電子回路のシミュレータプログラムです。これなら、パソコンさえあれば実験できます。参考にしてください。

参考URL:http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/36/36271.htm

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Qハイパスフイルタが微分回路になるのはなぜ?

機械工学科出身のものです。電子回路について一冊本を
読んで基礎を勉強したのですが、いまいちピンときません。

電気回路に詳しくような人間でも理解できる説明が
あったらお願いできませんか?もう何冊か電子回路の本を
勉強するつもりですが・・・

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

回路の意味の考え方
機械系と電気系の相対性があります。電気回路の現象は2次の微分方程式で記述できますが、この微分方程式の係数になる抵抗、キャパシタンス(コンデンサ)、インダクタンス(コイル)を機械系の微分方程式に置き換えて考察するものです。

ローパスフィルタは機械であれば配管内の圧力の変動周期の短期変動成分検出して除去させる機能です。除去する部分はハイパスフィルターになっていて、本管に生じた圧力変動を検出してダンパー回路に導いて減衰させています。フィルタの特性は配管径(圧損)とサージサプレッサ(サージタンクやダンパー)の容量で決まることになります。

電気回路は並列回路の場合は電圧方程式で考え、直列回路の場合は電流方程式で考えるため、LとCの意味が変わります。

電圧方程式の場合、
Ri+L di/dt+ 1/Cx(iの時間積分)=0
電流方程式の場合
e/R + C de/dt + 1/L x(eの時間積分)=0
で表現されます。

微分回路は回路に直列のコンデンサか回路と並列に入れたコイルになります。
または回路に直列のコイルか、回路に並列のコンデンサになります。
微分回路=変化を検出する回路です。上記のL di/dtまたはC de/dt の部分がこれにあたります。微分回路に信号(電流または電圧)を減衰させるRを加えるとフィルタになります

変化を検出して変化した信号成分は抵抗で減衰させてしまうというのがローパスフィルタ(高周波領域阻止)の基本的な発想です。
変化を検出した信号以外を減衰させるとハイパスフィルタ(低域減衰)となります。

勉強の仕方
フィルタは奥が深く、電気系でも回路の定数をすぐに思い浮かべることができる人は少ないと思います。これは車のサスペンションの最適設計と同レベルです。
サスペンションにはダンパー、コイル、ばね下重量のつなぎ方といった定石があるのと同じく、フィルターにもチェビシェフとか基本回路が存在します。
また電子回路シミュレータにはこれらの回路の特性を模擬実験させる機能がありますので理解に役立ちます(フリーソフトもあります)
実務で行う場合、基本回路の知識を増やし、フィルタに要求される仕様をはっきりとさせ、シミュレータで当たりをつけ、実際の部品で実験してオシロやFFTアナライザで観測して実際と理論の違いを確かめるといった手順になります。

最近ではFFTのように演算によってフィルタを実現することで回路を使わないことも流行しています。(ワンチップICで実現しているものもある)でも意図しないノイズや回り込みの除去には外部フィルタは有効であり続けるので回路方程式からのアプローチは今後もなくならないと思います

回路の意味の考え方
機械系と電気系の相対性があります。電気回路の現象は2次の微分方程式で記述できますが、この微分方程式の係数になる抵抗、キャパシタンス(コンデンサ)、インダクタンス(コイル)を機械系の微分方程式に置き換えて考察するものです。

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Qエクセルで片対数グラフを作る

エクセルで片対数グラフを作る方法を詳しく教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

グラフの数値軸のところで右クリックして
軸の書式設定(O)→目盛(タブ名)

対数目盛を表示する(L)
にチェックを入れてください。

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反転増幅器の周波数特性

入力電圧V1=300mV、R1=10kΩ、Rf=100kΩの反転増幅回路で周波数を100Hzから200kHzまで徐々に変化させていくと、10kHz以降から位相差が生じて、出力電圧、利得が減少しはじめました。どうしてこんなことが起きるのでしょうか?その根拠がわかりません・・・
そしてなぜ10kHzから生じたのかという根拠もわかりません。
どなたかご回答の程よろしくお願いします。

Aベストアンサー

関連する質問を紹介しますので、この回答を参考にレポートを書いてください。

μPC741というオペアンプを使って反転増幅の周波数特性をG=0,10,20dBと3種類測定しました。
(1)3種類とも利得が-3dBになる高域遮断周波数が約40kHzになりました。理論値と比較したいのですが理論式の導出がわからない
(2)周波数をあげると生じる入出力の位相差の原因とその理論式(たぶんスルーレートが関係すると思うのですが)
(3)位相差と利得の低下にはどんな関係があるのか http://okwave.jp/qa3510524.html

基本的な反転増幅回路における周波数特性が右下がりになる理由を理論的に説明したいのですが、回路にコンデンサが使われていないので、カットオフ周波数が求められなくて困っています。オペアンプは751です。右下がりになる理由はカットオフとオペアンプの周波数特性によるものですよね? http://okwave.jp/qa3048059.html

非反転増幅、反転増幅の回路実験を行ったのですが、1kHzや100kHz を入力すると、約10倍の増幅が確認できたのに対し、1MHzを入力した場合、約1.2倍となりほとんど増幅が確認できませんでした。 これはなぜでしょうか http://okwave.jp/qa3055112.html

反転増幅回路と非反転増幅回路に周波数特性に違いがあるらしいのですがそれがどういった違いなのかわかりません。わかる方いらっしゃいましたら教えてください。 http://okwave.jp/qa4078817.html

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Q積分回路で、出力電圧波形を描きたい

添付ファイルにて
理想オペアンプの性質を用いて、積分回路の入力電圧viに対する出力電圧voの波形を描きたいのですがよくわかりません。
理想オペアンプの為、vo=-500∫vidtという式が成り立つことはわかりました。
このため、入力電圧の式を積分すればいいと思うのですがどのように式に直すのかわかりません。(フーリエ級数で求めるのでしょか?)
また、積分したとしても波形をどのように描けばいいのかわかりません。(おそらく三角波になると思いますが、式からどのように描けばいいのかわかりません。)
よろしくお願いいたします。

※入力電圧は方形波で、最大電圧が10V,周期は4msです。

Aベストアンサー

添付図に計算方法を書きました。入力電圧の値が切り替わるのが2msおきなので、2msごとに区切って出力波形を求めていけばいいです。

オペアンプの出力電圧の初期値が与えられていないと波形を描けないのですが、初期値が0Vだとすれば以下のようになります。tの単位はmsです。
t=0~2msのとき、Vout1 = -5*t
t=2ms~4msのとき、Vout2 = 5*( t - 2ms ) -10
t=4ms~6msのとき、Vout3 = -5*( t -4ms )
t=6ms~8msのとき、Vout4 = 5*( t -6ms ) -10

Vout1からVout4まで描くと三角波になります。以下の4点を直線でつないだ波形です。
t=0でVout=0V
t=2msでVout=-10V
t=4msでVout=0V
t=6msでVout=-10V
t=8msでVout=0V

Qしきい電圧とは?

電気を勉強しているものですが、しきい電圧とは
どのようなものか分かりません。
もしよろしければおしえてください。

Aベストアンサー

半導体での意味ではどうように使われるのか?
N形半導体とP形半導体が接合されている場合、低い電圧では電子の移動がない(電流が流れず絶縁された状態)のですがN形半導体とP形半導体の間に加わる電圧が高くなり『しきい電圧』(通常はしきい値電圧と呼ぶと思うのですが・・・)を超えると電子の移動が始まり電流が流れます。
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参考URL:http://www.infonet.co.jp/ueyama/ip/semi_cnd/transistor.html

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微分回路、積分回路について

先日オペアンプとコンデンサを用いた基本的な微分回路と積分回路について実験を行いました。基本的な回路では微分積分どちらの回路でも波形が歪んで出力されました。
その後微分回路はコンデンサと直列に抵抗を接続する回路、積分回路はコンデンサと並列に抵抗を接続する回路に作り替え同じ条件で実験すると出力波形の歪みが小さくなっていました。
なぜ抵抗を追加しただけで歪みが小さくなるか教えてください。

Aベストアンサー

 微分回路は コンデンサと直列に抵抗を接続 しないと発振しやすくなります。入力する信号源のインピーダンスが十分に低ければ完全に発振してしまいます。

 積分回路は帰還回路がコンデンサだけだとオペアンプの出力のDC電位が定まりません。コンデンサに充電された電圧でオペアンプの動作点が決まりますので場合によっては動作点がオペアンプのプラスかマイナスのどちらかの電源電圧に近づいてしまうと波形がその近づいた電源電圧で潰れてしまいます。
 帰還コンデンサに並列に抵抗を挿入すれば、出力の動作点はGND近くで動作するようになります。結果、歪も少なくなります。


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