フィルタリングは多くの回路の基本的な部分であり、オーディオ処理、ラジオ受信、電源回路の調整など、幅広い用途があります。フィルタリング コンポーネントとしてのコンデンサの基本を理解するには、フィルタの種類とその機能を理解することから始まります。
一般的に、フィルターは信号の不要な部分を除去するために使用されます。たとえば、無線受信機の近くで放射される不要な周波数をブロックする（つまり、放射される無線周波数干渉を減らす）ために使用できます。信号処理フィルターは周波数に反応するため、影響を与える周波数によって決まるさまざまな種類のフィルターが存在します。
信号処理フィルタのさまざまなタイプ
ローパスフィルター
名前が示すように、ローパス フィルターは高周波数をブロックし、低周波数を回路に通します。
ローパス フィルター: コンポーネント仕様値の計算の詳細については、 こちらを参照してください。
ハイパスフィルター
ハイパス フィルターは逆の機能を実行し、高い周波数を許可し、低い周波数をブロックします。
ハイパスフィルタ: コンポーネント仕様値の計算の詳細については、 こちらを参照してください。
バンドパスフィルタ
バンドパスフィルタは特定の周波数範囲に反応し、その範囲内の周波数のみを回路に通過させます。
バンドパス フィルター: コンポーネント仕様値の計算の詳細については、 こちらを参照してください。
バンドストップフィルタ
バンドストップフィルタは、バンドパスフィルタとは逆に、限られた範囲の周波数をブロックし、他のすべての周波数を通過させます。
バンドストップ フィルター: コンポーネント仕様値の計算の詳細については、 こちらを参照してください。
機能の違い以外にも、フィルターはアクティブタイプとパッシブタイプに分けられます。アクティブフィルターには外部電源が必要ですが、パッシブフィルターには必要ありません。
フィルタコンデンサの用途
回路フィルタリングにおけるコンデンサ
コンデンサは低周波を遮断する回路部品です。ただし、ハイパス フィルター での使用に限定されるわけではありません。回路の構成に応じて、コンデンサはローパス フィルターの形成にも使用できます (たとえば、抵抗器付きのコンデンサは、部品の配置に応じて、ハイパス フィルターまたはローパス フィルターのいずれかを形成できます)。
コンデンサは、バンドパス システムまたはバンドストップ システムの一部として使用して、回路を通過する信号の下限値 (たとえば、バンドパス システムの下限しきい値) を決定することもできます。可変コンデンサ（機械的または電子的に静電容量を変更できるコンデンサ）は、ラジオ受信機のチューニングコンポーネントとしてよく使用されます。
ノイズフィルタリング用途に使用されるコンデンサ
コンデンサは、誘電体と呼ばれる絶縁層と、それを挟んだ「プレート」と呼ばれる2つの導電体という2つの主要部分で構成されています。ノイズ フィルタリング アプリケーションで使用されるコンデンサは、誘電体に使用される材料に応じて、主に3つのタイプに分類できます。
- セラミック: 長寿命と高電圧を特徴とするが、静電容量は低い。これらは、よく使われる万能の選択肢です。
- プラスチックフィルム: 誘電体用の薄いプラスチックシートは、さまざまなプラスチック(マイラー、ポリプロピレンなど)で構成できます。フィルム コンデンサは比較的大きくて高価ですが、高電圧と非常に長い寿命を誇り、金属化フィルム コンデンサは最高の耐久性を備えています。フィルムコンデンサ特有の短い電流経路のため、抵抗損失 (ESR) は非常に低くなります。これらは、ハイエンドのオーディオ信号パス アプリケーションに最適です。
- 電解： 化学絶縁体がプレートの1つに直接塗布され、プレート同士の距離がさらに近づくため、静電容量が増加します。その結果、これらのコンデンサは低コストで高い静電容量を提供し、電力フィルタリングに最適です。ただし、他のタイプよりも寿命が短く、プレート間で電流が漏れやすい傾向があります。
コンデンサ回路フィルタの用途
コンデンサは、それが使用されるシステムに制限を課すだけでなく、信号内の情報を分類するためにも、非常に効果的に使用できます。例えば：
- ホームオーディオ: ホームステレオレシーバーでは、スピーカーセットのツイーターコーンに送信される信号の低周波数をブロックするためにコンデンサが使用されることがあります。これにより、ツイーターは設計された高周波音のみを再生できるようになります。
- ライブオーディオ/音楽: バンドストップ フィルターは、狭い周波数帯域 (「ノッチ」と呼ばれることもあります) を妨害してフィードバック ループの発生を防ぎ、結果として生じる音を防ぐことで、増幅装置からのフィードバックを排除または低減するためによく使用されます。ハイパス フィルターは、ベース以外の楽器からのオーディオ信号をクリーンアップするためにもよく使用されます。チャンネルが非常に低い周波数 (ベース ギターやピアノなど) を伝送することを目的としていない限り、非常に低い周波数に有用な音が含まれている可能性は低いため、信号源 (マイクなど) とボードの間にハイパス フィルターを配置すると、より高い音質を実現できます。
- 録音: ローパス フィルターは、マイク録音でよく見られる歯擦音 (または「ヒス」) を除去または軽減するために使用されます。アンチエイリアシング フィルターは、アナログ信号を調整し、サンプリング定理の要件を満たすようにするために、アナログからデジタルへの変換で使用される別のタイプのローパス フィルターです。
- 電子機器/電源回路: コンデンサは、繊細な電子機器を保護するためにバンドストップ回路で使用できます。一部のデバイスは電源の高調波に敏感であり、これらの特定の高調波周波数を除去するために電源の「調整」が必要です。このような場合、バンドストップ回路を使用して、基本電力波形は通過させますが、高調波を含む高周波範囲は通過させません。このバンドストップ フィルタは全体的に「ローパス」システム (高周波数の高調波をフィルタリングする) であるにもかかわらず、ブロックされる周波数帯域の上限を定義するためにコンデンサを使用します。
コンデンサは、ギターアンプから車のスターター、そして今コンピューターに接続されているサージプロテクターまで、私たちが使用するあらゆる種類の電子機器に使用されています。さまざまなタイプとその動作を理解することは、あらゆる電気技師にとって重要な知識です。
