- ベストアンサー
フィルターの設計に関する質問
http://fx.104ban.com/up/src/up7230.jpg TI社のFilterProを使って上記のようなカットオフ周波数300kHzでpoleが6のフィルター設計を行い、 その周波数応答を見てみたのですが、 なぜか200kHzあたりでゲインが増大するという現象が見られています。 それ以外は特に問題ないのですが、これはなぜなのでしょうか？ 周波数特性グラフでは300kHzほどで群遅延は増大していますが、 ゲインはずっと平坦になっています。 それなのにゲインが増大する理由が分かりません。 一応、全ての素子が間違っていないかチェックしてみたのですが、 間違いはありませんでした。 この理由について教えて頂けますでしょうか？
- motarou
- お礼率19% (55/279)
- 科学
- 回答数6
- ありがとう数2
- みんなの回答 （6）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
”シミュレーションでは平坦で問題がないのに、実際に組立実装した場合にはゲンイが平坦ではなくピークが生じている”ということと理解して推定すれば、理論値は問題なく、実装上の問題であると考えられますので 一番に考えられることは、出力側の信号が入力側に正帰還して、見かけ上ゲンイが上昇してるのでしょう。この症状がさらに大きいと回路全体が発振状態に入ります。ではその原因は 原因その１ 信号的にグランドである部所が出力信号で揺すられている。つまりバイパスコンデンサ等による処理が不適当な場合。 多くの場合実装経験が少ない場合に生じます。オペアンプの電源端子のバイパスコンデンサの容量不足。一例として電源端子すべてに470uFと0.1uFを並列でバイパスコンデンサとして使用する 原因その２ 微少浮遊容量による正帰還で、回路図にあらわれない実装上の問題で生じる入出力間の部品の物理的接近での静電容量的な結合によるもの。 同様に部品間、配線間の絶縁抵抗の低下による結合。 部品間の距離、配置で入出力間を離す。シュミレーションでこれらの浮遊容量、抵抗を加味して部品の最適値を求める。 原因その３ 設計値と実際の使用部品の誤差による偏差をシミュレーションしていないために生じる設計ミス 以上、記述ミス、勘違いがあるかもしれませんが がんばって下さい。
その他の回答 (5)
- ricardo_
- ベストアンサー率19% (14/72)
http://fx.104ban.com/up/src/up7230.jpgをクリックすると関係ない画像が現れる。 いたずらしているのか？
- inara1
- ベストアンサー率78% (652/834)
間違いがありました。 ・この回路は反転増幅形式なのでオペアンプの入力容量の影響をほとんど受けません（回路シミュレータでも確認しました）。 ・6次のチェビシェフLPF（リップル0.1dB)の3段目のカットオフ周波数は、全体のカットオフ周波数の1.06273倍でした（手元の書籍の読み間違い）。 ３段目の反転入力（-）と出力間の帰還経路に入っているコンデンサ（3pF）の値は正しいでしょうか。ここが数pF違うと特性がかなり変わります。オペアンプにLM7171を使い、この容量を変えたときの全体の特性（TINA-TIによるシミュレーション）を添付します。
- inara1
- ベストアンサー率78% (652/834)
LM7171ならGB積は220MHzなので十分ですので、オペアンプの入力端子容量が原因だと思います。 設計値のカットオフ周波数未満でピークが出るのは、Q値の一番大きな３段目のカットオフ周波数（全体のカットオフ周波数より低い周波数）がずれているのが原因です。そのズレの原因の１つがオペアンプのGB積が小さいことですが、もう１つ、オペアンプの入力端子容量による誤差があります。ANo.3で帰還コンデンサの値が小さいことに触れましたが、これが小さいと、オペアンプの入力容量の影響を受けて、その段のカットオフ周波数が設計値からずれてしまいます。データシートには入力容量は出ていませんが、回路シミュレータにLM7171がありますので調べてみます。 ６次のチェビシェフLPF（リップル0.1dB）の３段目のカットオフ周波数は、全体のカットオフ周波数の0.941倍で、Q値は4.63でなければ所望の特性になりません。3段目のコンデンサC1(3pF)の容量を変えてみると、カットオフ周波数はかなり変わることが分かりました。このフィルタはコンデンサの値が全体に小さいのでオペアンプの入力容量の影響を受けやすいようです。入力容量の影響を受けにくいように、コンデンサの値を大きくしても同じ特性が得られるかちょっと試してみます。
- inara1
- ベストアンサー率78% (652/834)
ANo.2さんのコメント通り、オペアンプのGB積が小さいとカットオフの300kHz未満で利得のピークが出ます。 Tina-TIというTI社の無料回路シミュレータを使い、GB積の異なるオペアンプで比較してみると、添付図のように、GB積が小さいほど利得ピークが大きくなっています。位相の変化と群遅延のピーク位置も、ピーク周波数に連動して動きます。GB積が50MHz以上のオペアンプを使ったほうがいいでしょう。 過去の質問[1]の回答4にTana-TIのダウンロード法が出ていますのでシミュレーションしてみてはいかがでしょうか。また、同じ回答者（私）ですが、周波数特性のグラフの描き方も過去の質問[2]で紹介されています。 なお、容量の小さなコンデンサ(3pF)が使われていますが、この値が変わったときに特性が大きく変化しないかシミュレーションで見ておいたほうがいいと思います。回路パターンの引き回しの良否や、手を近づけたりしたとき、1pF程度の浮遊容量の変化がありえますので。 [1] Tana-TIのダウンロード法、使い方マニュアル（回答４） http://sanwa.okwave.jp/qa4582417.html [2] Tina-TIでのAC解析（周波数特性）・過渡解析・パラメトリック解析の方法（回答2、3） http://sanwa.okwave.jp/qa4565195.html
- A_Einstein
- ベストアンサー率46% (39/83)
大半は先の回答者が話しているのでもう一つ。 ｐｏｌｅ６ともなると実際に使用したｏｐアンプのＧＢＷ（ＧＢＰ）がFilter Proで計算したときに要求している値より低い。
関連するQ&A
- デジタルフィルタのフィルタ設計
デジタルフィルタを設計するとき、乗算することでカットオフ周波数が制御できるのですが、最初に指定した、カットオフ周波数と測定結果のカットオフ周波数が違うのですが、何が原因かわかりません。 例えばカットオフ周波数100Hzで、サンプリング周波数が1kHzで、 計算方法が、Ωc=fc/fs h0=2Ωc hk=2Ωc*(sin2πkΩc)/2πkΩc で信号に乗算してカットオフ周波数が調節できます。測定結果が、カットオフ周波数が80Hzとかになるんですけど、どうしてでしょうか？
- ベストアンサー
- 物理学
- ディジタルフィルタについて
現在モータの制御プログラムを書いており、式中に微分項を組み込もうとしております。 その際に、単純な差分を用いると高周波ノイズが強調されてしまい、不安定になってしまうことは一般的に知られていることです。 そこで、一次もしくは二次のローパスフィルタをディジタルの差分方程式に変換し、式中に組み込もうとし、ボード線図を見ながらカットオフ周波数を決めているのですが、どうしてもゲイン特性と位相特性の整合性がとれません。 つまり、ゲイン特性と位相特性を通常の微分に近づけようとする（傾きを20dB、位相特性を90°に近づける）と、カットオフ周波数を予定より大きめにしなければならず、高周波の影響を受けやすくなり、また逆に高周波をカットしようとカットオフ周波数を小さくすると、所望の帯域でのゲイン特性と位相特性が悪くなってしまいます。 高周波をカットしつつ、かつ所望の帯域での特性を良くする（私の場合は、カットしたいところと所望の周波数帯域が近いことが問題ではあると思いますが・・・）ということは難しいことは理解しているつもりですが、そういった場合どこに妥協点を見出せばよいのでしょうか？ どなたか専門家の方がいらっしゃったらお答えいただければ嬉しく思います。 以上、宜しくお願いします。
- ベストアンサー
- その他([技術者向] コンピューター)
- D級アンプのLCフィルタのカットオフ周波数
可聴域の最大20kHzまできれいに出力するにはD級アンプのLCフィルタのカットオフ周波数は40kHz,50kHz,60kHzのどれがいいでしょうか。 カットオフ周波数の1/2でゲインが変動することがあるとかいう情報もあり悩んでいます。音質で大差がないのであればfcを高めにすることでL、Cを小さくできるのでお得ですよね。
- 締切済み
- 電気設計
- RCフィルタ回路のR,Cの求め方
カットオフ周波数が既に算出されている回路において、RとCの求め方が分かりません。 カットオフ周波数を求めるには、「f=1/(2πRC)」という公式だと思います。 仮にカットオフ周波数が200kHz、回路に入力される周波数が100Hzだとすると、 200kHz=1/(2πRC) RC=(1/(2π))×200kHz とまでは分解したのですが、ここから煮詰まっています。 どなたかわかりましたら宜しくお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- アクティブフィルタの周波数特性について
２次VCVS型LPFとHPFの周波数特性を測定しました。 (1)周波数特性のグラフで、遮断周波数において利得がピークになりました(共振したような波形)。このときQ値(Q=1/α)が共振周波数(=遮断周波数)のゲインであると参考書に載っていました。しかし、なぜLが入っていないのに共振するのでしょうか？ (2)一般的に一次系のLPFの傾きは-6dB/oct、もしくは-20dB/decで表わされます。また、二次系のLPFの傾きは-12dB/oct、もしくは-40dB/decで表わされます。一次系LPF(CR回路)の伝達関数を考えると、T(s)=1/(s+1)となります。ただしs=jw/wc(wc：カットオフ角周波数)です。例えばfc=1[kHz]のときf=2[kHz]→f=4[KHz]を考えるとs=j2→s=j4となり、|T(s)|=1/{5^(1/2)}→|T(s)|=1/{17^(1/2)}とすると、利得は-5.134[dB]/octとなりました。これより一般的に一次系のLPFの傾きは-6dB/octと言われている。このように参考書などを参考にしながら考えたのですが、自信がありません^^;このような考え方でよろしいのでしょうか？ 基本的なこととは思いますが、どなたが教えてください。お願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- アクティブフィルターのQ値とpoleが分かりません。
NF回路などが出しているアクティブフィルターに関して教えて下さい。 アクティブフィルターにはローパス、ハイパス、バンドパスフィルタなどがありますが、Q値とpoleはどちらとも大きな値を示すほどより急峻なフィルタ性能を示すということを表します。 Q値は半値幅をカットオフ周波数で割ったもので、poleはフィルタを何段連続で使っているかということを表しているかを表しているだと解釈しています。 例えばQ値100でpole8とQ値200でpole4のフィルタではどちらの方が急峻なのでしょうか？ Q値とpoleの対応関係について教えて頂けますでしょうか？
- ベストアンサー
- 科学
- 反転増幅器のカットオフ周波数の求め方
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？
- ベストアンサー
- 物理学
お礼
皆さんありがとうございます。 オペアンプには３つとも http://www.national.com/JPN/ds/LM/LM7171.pdf を使用しています。 Unity gainが200MHzになっているのですが、これのせいなのでしょうか？ 確かにIC2まではほとんどピークは出ておらずIC3でピークが出ることを確認していますので、これのせいなのでしょうか？ Tina-Tiを使えば、GB積がいくつ以下のオペアンプを使用した設計とかも可能になるのでしょうか？