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準尖頭値検波の使用の動機

EMC の黎明期 (1930年頃) にエミッションの制限の必要性が認識された頃の主な懸念は アナログのラジオ放送や通信への干渉の問題であり、 これは現在も用いられている検波器の特性にも関係している。

尖頭値検波

ノイズの評価を行おうとした時、 単純にはノイズのピーク値で評価する方法が考えられる。 これを実現するものが尖頭値検波であり、 これはノイズの持続時間や発生の周期とは無関係に最大値に応じた値を示す。 だが、ノイズはしばしばパルス性のノイズのように間欠的なものとなるが、 間欠的なノイズがラジオ放送などの受信に与える影響を考えると、 ノイズの影響 (迷惑さ) がその大きさだけではなくその持続時間や頻度の影響も受けること、 例えば次の2つの例で上のものよりも下のものの方が影響が大きいであろうことは明らかであろう。

従って、尖頭値検波は、ノイズの大きさのみが重要な場合には良いものの、 間欠的なノイズのラジオ放送などの影響の評価のために適したものであるとは言い難い。

平均値検波

これに対して平均値検波は ある程度長い時間でのノイズの平均値に応じた応答を示すようにしたものである。 これはノイズの持続時間が同じであればその発生の周期が高くなれば高い値を、 ノイズの発生の周期が同じであればその持続時間が長くなれば高い値を示すことになるので、 一見、このような間欠的なノイズの評価に適しているように見えるかも知れない。

だが、次のサンプルで示すように 持続時間の短いノイズが頻繁に発生した場合と持続時間の長いノイズが低い頻度で発生した場合とで それらのノイズがラジオなどの受信に与える影響は大きく異なることが予期されるのに対して、 平均値検波はそれらのノイズの持続時間と発生周期の比率 (デューティ) が同程度であれば同程度の値を示す。

また、平均値検波は発生周期が非常に長い、 あるいは単一の過渡的なノイズに対しては非常に低い値を示すが、 そのようなノイズも影響が非常に小さいとは限らない。

従って、平均値検波も 間欠的なノイズのラジオ放送などの影響の評価のために適したものであるとは言い難い。

だが、平均値検波は ガソリン・エンジンの点火ノイズのようなパルス性のノイズに対しては非常に低い値を示し、 発振器が発生するような連続的なノイズに対しては尖頭値検波と同様の値を示すため、 パルス性のノイズがある中での連続的なノイズの評価のためには非常に有用である。

準尖頭値検波

準尖頭値検波は過渡的なノイズに対してほどほどの応答を示すとともに その影響がほどほど速やかに減衰するようにしたものであり、 ノイズの持続時間が同じであればその発生周期が長くなれば高い値を、 ノイズの発生周期が同じであればその持続時間が長くなれば高い値を示すとともに、 ノイズの持続時間と発生周期の比率が同程度であっても ノイズの持続時間が長ければ高い値を示す。 このため、準尖頭値検波では先に示したサンプルで示した 持続時間 5 ms, 周期 20 ms のノイズよりも 持続時間 500 ms, 周期 2000 ms のノイズ の方が高く評価されるようになる。

また、単一の過渡的なノイズに対しても、 その持続時間が非常に短ければ低い値を示すが、 持続時間が長くなればそれが示す値は高くなり、 持続時間がある程度以上となれば尖頭値検波と同様の値を示す。

従って、応答特性 (古典的には充電時定数と放電時定数、 及びその出力を表示するメータの時定数によって決定される) を適当に選択した準尖頭値検波を用いればノイズの主観的な影響の大きさ (ラジオ放送や通信の受信にとってそのノイズがどの程度迷惑か) と ある程度の相関を持つ値を表示させられることが期待できる。

この検波器は EMC の黎明期に アナログのラジオ放送や通信の受信への主観的な影響を反映した値を示すものとして考えられ、 今でも本質的にはそのまま変更されずに用いられているものと考えられる。

補足

検波器の応答のイメージ

持続時間の異なる間欠的なノイズに対する応答

発生周期の異なる間欠的なノイズに対する応答

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by Tom Sato, 2018-04-21