ハイパスフィルタ

質問

ハイパスフィルタに関して質問があります。

発振器を用いた実験をしているのですが、その出力に若干のDCオフセットが乗っており、困っています。ちなみに、発振器の出力は50mV～100mVppの振幅で周波数は2～7kHzの範囲で使用しており、オフセットは10mV程度出ています。

そこで、簡単なCRハイパスフィルタ（ACカップリング回路）を通してDCオフセットを除去することにしたのですが、設計に関して疑問点が出てきました。フィルタのカットオフ周波数はCRの積で決まりますが、ということはCとRの選び方に自由度が出てきます。計算上は、例えば、400Hz程度の設計の場合、R=1kΩ、C=0.4uFでもよいですし、R=100Ω、C=4uFでも良いことになると思います。
あまり回路実装の経験がないのですが、このような場合通常何を考慮してRやCを決定するのでしょうか。また、コンデンサの種類でおすすめのものがあれば合わせて教えていただけますでしょうか。
よろしくお願いいたします。

回答No.1

tance · ベストアンサー

このくらいの周波数だったら主に考慮するのは駆動能力でしょう。

2～7kHzの信号はCを素通りしてRに流れます。このルートが発振器の
負荷として重すぎないかを検討する必要があります。
これはRの下限を決めます。

また、本来の負荷がつながったときにCのインピーダンスが大きすぎると
信号が減衰してしまいます。（カットオフ周波数が400Hzより高くなることと同じ）
この条件からCの下限が決まります。

それぞれ上記の条件で少しは絞り込めると思いますが、それでも
広範囲の選択肢がある場合がほとんどです。

その先は、設計者の気配りによります。

例を挙げます。
●他の場所で使っている部品と同じものを選ぶ。（部品の種類を増やさない）
●在庫のある（手元にある）部品を使う。
●異常負荷などのときにどうなるかを考慮する
●コストを考慮する
●サイズを考慮する

など。

お礼

丁寧に説明していただきどうもありがとうございました。
計算上同じでも、極端な場合（抵抗が極端に大きくて、キャパシタンスが極端に小さい等）は
うまくいかないだろうな、とは想像していたのですが、そのあたりがすっきりしました。
大変参考になりました。

回答No.3

KEN_2

DCオフセットの除去には、ACカップリング回路で負荷抵抗の値と通過周波数範囲で、カップリングのＣの値を決定します。
C・Rのハイパスフィルタで考えますが、Ｒの値は負荷側で範囲が決定されますので使用は不要です。
周波数は2～7kHzの範囲であれば、400Hz程度以上を通過させる大まかなＣの値を選択すれば良いのです。

目安のＣの値と種類ですが、
負荷が10KΩ程度の場合；0.1μＦ程度
負荷が1KΩ程度の場合；0.47μＦ程度
の無極性で25V耐圧以上のフイルムコンデンサなどを使用するのが定石です。
有極性のアルミ電解コンデンサなどや、あまりにも大きなＣの値は使用してはいけません。
電源の投入時に過渡電圧が負荷に印加されてしまいます。

お礼

回答していただきどうもありがとうございます。
細かい数値なども提示していただき参考になりました。

回答No.2

P0O9I

ハイパスフィルタとしてではなく、DCオフセットを無くすためのACカップリングのためですよね。それならカットオフ周波数は厳密に計算する必要は有りません。
Rの値は負荷側の入力インピーダンスと考えればよいのです。そこにわざわざ抵抗を入れる必要はありません。

Cの値はカットオフ周波数と負荷インピーダンスから自動的に決まってきます。それよりマージンを見て、２倍程度大きな値の物を入れれば良いだけです。
マージンをたっぷり取れば、種類もあまり選びません（少々容量値が変化しても影響がない）が、極性のあるケミコン類は避けた方が良いでしょう。

お礼

ご回答して頂きありがとうございます。
確かにその通りで、ハイパスフィルタというよりACカップリング用の回路です。
なるほど、たしかに負荷側の入力インピーダンスを考えると、Rはいらないですね、
気づきませんでした。なにぶん電子回路はほぼ初心者ですので大変参考になります。
実際に、いくつかCやRを変えて違いを見てみようと思います。