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LPF (低域通過フィルタ)

LPF (低域通過フィルタ、ローパスフィルタ)、あるいは高域遮断フィルタは、 低い周波数を通過させ、高い周波数を減衰させるフィルタであり、 ノイズの除去などの目的で広く用いられている。

LCフィルタ

次のような、信号源と直列にインダクタ L を、負荷と並列にコンデンサ C を接続した、 単純なL型の低域通過LCフィルタを考える。

低い周波数では、L のインピーダンスは低く、C のインピーダンスは高いため、 信号はあまり影響を受けずに通過する。 だが、周波数が高くなると、L のインピーダンスは高くなり、C のインピーダンスは低下するため、 周波数がある程度高くなると周波数の上昇に伴って信号の減衰は大きくなる。

但し、条件によっては、上の図で見られるように、 f = 1 / (2π√(LC)) において、直列共振に伴うゲインを生じることがある。 この共振は、信号源の出力抵抗が低く、かつ負荷抵抗が大きい時に顕著となるが、 信号源の出力抵抗が大きくなる、かつ/もしくは負荷抵抗が小さくなれば制動される。 インダクタのコアとしてソフト・フェライトのような 高い周波数で損失が増加するものを用いることで、共振によるゲインを防止できる場合もある。 場合によっては、いずれかの箇所に直列、もしくは並列に抵抗を接続することで、 共振を制動させることが必要となるかも知れない。

実際のフィルタでは、インダクタ L はそれと並列の浮遊容量を、 コンデンサ C はそれと直列の寄生的なインダクタンス(ESL) を持ち、 これらはフィルタの高周波での性能に影響する。

従って、高い周波数まで効果を発揮させるためには、 インダクタの (そして、その他の入出力間の) 浮遊容量を小さく、 またコンデンサの ESL (そして、それと直列となるトレースなどのインダクタンス) を小さくすることが重要となる。

インダクタンスの小さいインダクタはインダクタンスが大きいものよりも小さい浮遊容量を持つ傾向があり、 その浮遊容量は巻き方の工夫などによってさらに抑えることができる。 コンデンサの ESL は、貫通コンデンサでは非常に小さくなる。 このため、広い周波数範囲での減衰が必要な場合、次の図のダブルL型フィルタの例のように、 効果のある周波数範囲をずらしたフィルタを直列で接続することもある。

上で例示したものは、片側の端子(通常は入力側)と直列に L を、 反対側の端子と並列に C を接続した L型のものであるが、 これに L、あるいは C を追加した、T型、あるいはπ型のフィルタも良く用いられている。

RCフィルタ

インダクタLを抵抗Rで置き換えると、RCフィルタとなる。

このような単純な受動RCフィルタは、上記のLCフィルタと比較して、

といった特徴を持ち、 オペアンプやロジックICの入力のような高入力インピーダンスの回路で良く用いられる。


by T.Sato, 2012-11-25