バンドパスフィルタの設計、実装、実用的ヒント

バンドパスフィルタの作り方

多くの電子システムでは、特定の周波数範囲のみを信号経路で通過させる必要があります。バンドパスフィルタは、まさにその帯域を通し、それより低い周波数と高い周波数の両方を阻止します。ローパスフィルタとハイパスフィルタの段を組み合わせることで、この要件を満たす単一フィルタが得られます。

以下は概念を示すシステムレベルのブロック図です：

バンドパスフィルタのシステムレベルブロック図

コンデンサを使用したバンドパスフィルタの設計

2つの段を直列に接続すると、結果の回路は「低すぎず、高すぎない」周波数のみを通過させます。以下は受動部品で構築した典型的な回路図と、対応する周波数応答です。

バンドパスフィルタの設計、実装、実用的ヒント

コンデンサ型バンドパスフィルタ

capacitive bandpass filter
v1 1 0 ac 1 sin
r1 1 2 200
c1 2 0 2.5u
c2 2 3 1u
rload 3 0 1k
.ac lin 20 100 500
.plot ac v(3)
.end

バンドパスフィルタの設計、実装、実用的ヒント

コンデンサ型バンドパスフィルタの応答は狭い周波数範囲でピークを持つ

インダクタを使用したバンドパスフィルタの設計

インダクタでもバンドパス応答を実現できますが、コンデンサの方がリアクタンス特性においてより高い「純度」を提供する傾向があり、設計者に明確な利点を与えます。代表的なインダクタベースの設計を示します：

バンドパスフィルタの設計、実装、実用的ヒント

インダクタ型バンドパスフィルタ

ハイパス段とローパス段の順序を入れ替えても、基本的なフィルタリング作用は変わりません。依然として、所望の帯域外の周波数を阻止します。

しかし、各段のブロッキング作用のみに依存すると実用的な制限が生じます。フィルタのピークでさえ、ローパスとハイパス段の結合減衰により信号振幅が減少する可能性があります。上記のSPICE解析では、1 Vの電源に対して負荷電圧が0.59 Vを超えません。フィルタをより急峻または選択的にすると、減衰は悪化します。

より高度な技術を用いると、信号強度を犠牲にすることなくフラットトップの通過帯域を実現できます。それらの手法については、この章の後半で探ります。

まとめ：

バンドパスフィルタは、指定範囲内の周波数のみを通し、より低い周波数と高い周波数の両方を阻止する
ローパスフィルタとハイパスフィルタをカスケード接続することで構築可能（逆順でも可）
「減衰」とは信号振幅を減らすこと、ステレオのボリュームコントロールを下げるのと同じ原理

関連ワークシート：

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産業技術