RCで構成されたLPFとHPFのバンドパスフィルタの特性について

質問

RCで構成されたLPFとHPFのバンドパスフィルタの特性について

BPFをRCのLPFとHPFで構成した場合、BPFの利得はLPFの利得とHPFの利得の積になると思うのですが
SPICEシミュレーション(HSPICE)で周波数特性を出力したところ
理論よりも利得が低くなってしまいます。
LPFとHPFの間の電圧を出力してみると、周波数特性が階段状に歪んでいました。
また、このBPFに使ったものと同じLPFとHPFを単体でシミュレートすると、理論通りの結果を返します。

BPFの利得が理論通りにならない原因が分かる方、ご教授お願いしますm(_ _)m

回答No.4

178-tall · ベストアンサー

>BPFをRCのLPFとHPFで構成した場合、BPFの利得はLPFの利得とHPFの利得の積になると思うのですが SPICEシミュレーション(HSPICE)で周波数特性を出力したところ 理論よりも利得が低くなってしまいます。

RC の LPF と HPF を (たとえば、終端 zero - open の条件で) 個別に設計し、それをタンデム接続したからじゃありませんか？
もしそうなら、皆さんのコメントにもあるように、LPFの利得とHPFの利得積にはなりません。

BPF の BPF-伝達関数 G(s) を作り、回路展開するのが常道です。
RC の受動回路なら、たとえば、
　G(s) = Kp/{(p+a)(p+b)}
といった形。

お礼

回答ありがとうございます。
LPF-HPFの順で繋いでいたのですが、LPFの出力がHPFの入力になるから利得は積で表される・・・
といったような単純なものではなかったのですね。

>>RC の LPF と HPF を (たとえば、終端 zero - open の条件で) 個別に設計し、それをタンデム接続したからじゃありませんか？

おっしゃるとおりです。BPFの伝達関数を計算し、改めてシミュレートしてみます。

回答No.3

tance

No.1 tanceです。ちょっと本題と離れてしまいますが・・・。

HSpiceってマイクロ波用(?)のSpiceですよね。もちろん低周波もシミュレート
できますが、主たる用途はやはり高周波だと思うのです。

だとすると、No.2の方のお考えのようにRCフィルタというのは異様です。
もちろん特殊な用途で10GHzでもRCフィルタを使うこともあります。

しかし、LPDとHPFを併せてBPFにするといった使い方では、抵抗という
ロスのある素子は適していません。

事情は解りませんが、やはり最初からLCでBPFを設計するのが
高周波での常道です。

勝手に用途を仮定しての書き込みです。当てはまらない場合は無視してください。

お礼

No.1と併せて、回答ありがとうざいます。
入力インピーダンスや負荷インピーダンスの違いが出るということですね。
その辺の特性を調べて、考慮にいれて改めてシミュレートしてみます。

今回はアナログ回路初心者としてRCフィルタの特性の研究をしているので(質問文に書いておくべきでした。すみません。) Lを使えないのです。

回答No.2

KEN_2

RCのLPFとHPFのバンドパスフィルタで構成されているので、音声周波数の帯域で600Ω系で設計されていると考えられます。
既にANo.1様が20dBのPADを入れる様に回答されていますが、少し補足説明します。
単独のLPF、HPFをLCで構成された場合は、通常6dB/600ΩのPADで終端して出力を接続してください。
インピーダンスのミスマッチで周波数特性が乱れます。
もし6dBのPADで減衰を問題にされる場合は1段でBPFを構成されるか、マッチングを取ってオペアンプなどで入出力のレベル合わせの回路としてください。

お礼

回答ありがとうございます。
インピーダンス整合の問題は考えていませんでした。
といっても、まだインピーダンスの違いによる影響をよく理解していない身なので、この機会に勉強してみます。

今回は研究課題としてRCフィルタの特性を調べているので、Lやオペアンプを使うわけにはいかないのですが(質問文に書いておくべきでした。すみません。)
No.1の回答者様と併せまして、RCフィルタの不得意な領域を探すのに参考にさせてください。

回答No.1

tance

単体でシミュレーションした場合は信号源も負荷も純粋な50Ωだったと
思います。でもLPFとHPFをタンデムにつなぐと、（どちらが先かわかりませんが）
片方にとっては、信号源のインピーダンスが周波数によって変わり、
他方にとっては、負荷のインピーダンスが周波数によって変わります。
この影響ではないかと想像します。

試しに、LPFとHPFの間に20dBくらいのPAD（抵抗アッテネータ）を入れて
みてください。この20dBの減衰も含めて計算に近くなるのではないかと
思います。

もしくは、「ダイプレクサ」というキーワードで検索してみてください。