アナログ電子機器は、3つの基本的な線形受動部品を採用しています。 抵抗器 （R）、 コンデンサ （C）、そして インダクタ （左）。これら3つのコンポーネントにより、RC、LC、RL、RLCの4つの基本回路が作成されます。回路の名前は、関係するコンポーネントを示します。
RC回路とその動作は多くのアナログ電子機器の基礎を形成し、パッシブ信号フィルターはそれらに大きく依存しています。以下で説明するように、RCフィルターは通常、不要な周波数をブロックします。
RC回路とは何ですか?
RC回路の最も純粋な形式は、一定のDC電源と並列に接続された抵抗器とコンデンサで構成されます。 誰かが電源を切ると、コンデンサから放電される電流は抵抗器を流れる電流と等しくなります。電圧は時間の経過とともに指数関数的に減少し、完全に放電するのに必要な時間は5つの時定数、つまり Ƭ です。
RC回路の式ではƬを次のように定義します。
この場合、 Ƭ は秒、 R はオーム、 C はファラッドで表します。電源とコンデンサの間に抵抗器を直列に接続した同様の回路では、コンデンサを完全に充電するには5つの時定数がかかります。ただし、「完全に」というのは近似値であることに注意することが重要です。5つの時定数にわたって適用した電荷量は、最大電荷の約99.3パーセントを占めます。その時点では電荷の流れはごくわずかであり、コンデンサは「完全に」充電または放電されているとみなすことができます。
RC電源回路
電荷が蓄えられたコンデンサは、変動する電源を平滑化することができます。コンデンサが方形DC波形を出力する場合、コンデンサは次の動作を実行できます。
- 電源サイクル中に充電する
- 電力レベルがゼロのときに放電する
時定数によって、回路の出力がどの程度滑らかになるかが決まります。電源サイクルの周期が5Ƭ より大きい場合、回路の出力は依然としてゼロ値に近づきます。回路の時定数が高くなるほど、出力は完全に滑らかなDCに近づきます。
RCハイパス フィルターとローパス フィルター
画像はウィキメディア・コモンズより
コンデンサの充電と放電にはある程度の時間がかかるため、これらのデバイスは周波数フィルターとして使用するのに最適です。ローパス フィルタ (RC積分器とも呼ばれます) として機能するには、上の図に示すように、電圧源を抵抗器に直接接続し、コンデンサを電圧出力と直列に接続します。このシナリオでは、入力周波数が高すぎるとコンデンサが完全に充電されないため、パルスが発生すると回路の出力に流れるはずの電流がコンデンサによって遮断される可能性があります。その結果、特定の周波数を超えると電気出力はゼロに近づきます。
画像はウィキメディア・コモンズより
RCハイパス フィルター (RC微分器とも呼ばれます) は、逆の動作をします。上図に示すように、入力信号は出力と並列の抵抗器を介してコンデンサに直接適用されます。このようにコンポーネントを配置することで、高周波信号は通過でき、低すぎる周波数はコンデンサによってブロックされます。したがって、振動が最小速度を超えた場合、コンデンサは開回路として機能します。
RC回路は、アナログ エレクトロニクスの基礎となる4つの基本回路タイプの1つです。最も純粋な形では、2つのコンポーネントのみで構成されます。シンプルであるにもかかわらず、これらのコンポーネント間の関係をさまざまなアプリケーションに活用できます。