RCフィルタと三角波、方形波

質問

こんにちは。先日RCフィルタについて実験を行いました。
高域通過フィルタでは高い周波数の波を入力するとそのままの波が出力されて低い周波数の波を入力すると小さな振幅の波が出力されます。
低域通過フィルタではこの逆だと思います。

そこで高域通過フィルタに三角波と方形波を入力したときについて出力波形を観察してみました。

三角波を入力した場合、高い周波数ではほとんど同じような形で出力されました。低い周波数では小さな振幅で出力されましたが、形が方形波みたいになりました。

方形波を入力した場合、高い周波数ではほとんど同じような形で出力されました。ところが低い周波数では振幅が０に近いところもあればかなり大きな振幅のところもありました。（タンジェントみたいなグラフ？）

分からないことは
（１）三角波を入力したときに振幅が小さくなるのは分かるんですが、なぜ三角波ではなく方形波みたいな波形で出力されたのか？
（２）方形波を入力したときになぜ方形波ではなく違った波形で表示されるのか？
（３）三角波や方形波を入力することにどのような意味があるのか？

実験を通してフィルタについて興味を持ちました。ちょっとしたことでもいいので回答してもらえるとうれしいです。
よろしくお願いします。

回答No.1

tatsumi01 · ベストアンサー

RCフィルタは厳密な微分回路ではありませんが、微分に類似した特性があります。
（１）三角波を入力したとき方形波みたいになる
　→　三角波を微分したらどんな波形になるかが理解できれば判ると思います。
　　　三角波は x=at+C1 と x=-at+C2 を交互に切り替えた波形ですね (微分すると x=a と x=-a)
（２）方形波を入力したときの波形
　→　これも方形波を微分してみて下さい。
　　　方形波の立ち上がりの部分では鋭く立ち上がり、立ち下がりでも下に鋭い波形が出ます。
　　　－－－－↑－－－－↓－－－－↑－－－－↓－－－－↑－－－－↓
　　　（こんな感じ）
　　　完全な微分なら、上向きと下向きの完全なパルスですが、不完全微分なので少しなまった波形になります。
（３）三角波や方形波を入力する意味
　→　正弦波を入力しても良いけれど、微分特性が理解できるのは三角波や方形波を入力したときです。

なお、低域通過フィルタに方形波を入力してみて御覧なさい。三角波に近い波形が出る筈です。不完全積分なので、きれいな三角波にはなりませんが。

お礼

回答ありがとうございます！高域通過フィルタで出力時の波形は入力時の波形を微分したような形になって、低域通過フィルタでは出力時の波形は入力時の波形を積分したような形になるということですよね？
それならば納得できます。参考になりました！

回答No.2

ymmasayan

三角波も方形波もひずみ波交流で基本波の他に沢山の奇数次高調波を含んでいます。
このため、基本波と高調波がフィルターの遮断周波数とどういう関係にあるかによって
出力波形が大きく変化します。

参考にGoogleで「方形波を用いたひずみ波交流の学習」：ＰＤを見てください。

お礼

「方形波を用いたひずみ波交流の学習」を見させてもらいました。三角波や方形波について少し分かったような気がします。ありがとうございました！