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出力節点でローパスかハイパスかを選ぶ

電源抵抗と負荷抵抗を考慮して一次フィルタを設計します。

出力節点がフィルタを変える

直列RCはコンデンサ両端を出力にするとローパス、抵抗両端ならハイパスです。無負荷ハイパスはH(s)=sRC/(1+sRC)H(s)=sRC/(1+sRC)です。DCではコンデンサが遮断し出力0、高周波では理想容量インピーダンスが0へ向かい出力が入力へ近づきます。ローパスは相補的な一次形式1/(1+sRC)1/(1+sRC)です。

R = 100 kΩ、C = 1 μFのハイパスコーナーは1.591549 Hzです。10 Hzで振幅約0.987570、位相進み約9.043°です。DCオフセットを除き遅いAC信号を通せますが、本来のDCセンサ値も除きます。結合コンデンサ追加前に、欲しい情報にDCが含まれるか決めます。

電源と負荷が理想応答を変える

電源抵抗10 kΩ、直列コンデンサ1 μF、接地抵抗100 kΩとします。高周波利得は100/(10+100) = 0.909091、時定数は(10 kΩ + 100 kΩ) × 1 μF = 0.11 s、コーナー1.446863 Hzです。単純な100 kΩ × 1 μF式では通過帯域損失と極移動の両方を見落としました。

電源抵抗を通して駆動するローパスでは、それを直列Rに含めます。1 kΩ電源抵抗と10 kΩフィルタ、100 nFなら無負荷コーナー144.686312 Hzです。後続の抵抗負荷はDC利得と容量の実効抵抗をさらに変えます。

除去したいものを選ぶ

一次ローパスは急峻な壁ではありません。fc = 100 Hzなら1 kHz干渉は入力振幅の0.099504、約−20.043 dBにしか減りません。複雑にする前に十分か決めます。段の直列接続は負荷考慮やバッファ挿入が必要です。通過帯域利得、カットオフ基準、信号位相、干渉減衰を記録します。「フィルタを使う」は受け入れ基準ではありません。

自分で考えてみましょう

無負荷ハイパスでR = 10 kΩ、C = 1 μFのfcとfcでの利得を求めてください。

解説を見る

fc = 15.915494 Hzです。fcの振幅は0.707107、位相+45°です。理想高周波利得は1です。

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