ローパスフィルタ

質問

フォトダイオードを使った光復調回路で周波数1kHzと100kHzの方形波を観測したところ、1kHzの方はきれいな方形波が出たのですが、
100kHzの方は三角波のような波形が出ました。
これはローパスフィルタが原因と考えてよろしいのでしょうか？

回答No.2

phobos · ベストアンサー

横から失礼します。
まず、ANo.1の方の言う「デバイス」とは、フォトダイオードのことです。

念のためにお聞きしたいのですが、「ローパスフィルタが原因？」とありますが、問題の光復調回路にローパスフィルタ回路が組み込まれているとか追加されているというわけではありませんよね？
もしそうであるのなら、まさにそれが原因だと思われますが……。
ここでは「ローパスフィルタを入れたのと同じ効果が生じている」という意味だろうと理解させていただきます。

いずれにせよ、フォトダイオードの応答が悪いとか復調回路全体の高周波特性が悪い（＝ローパスフィルタ効果）場合には、方形波入力に対して出力はANo.1のご回答のように「波形がなま」ります。方形波のカドが丸くなる、と言えばよいでしょうか。

「フーリエ級数を使って考える」というのは、方形波をフーリエ展開すると理論的には無限に高周波項が出てくることを指しているのだろうと思います。実際のデバイスや回路は無限大の周波数には対応できない（＝ゼロ時間で応答することはできない）ですよね。つまり高周波成分がカットされる（＝ローパスフィルタ効果）わけで、その結果波形がなまるわけです。

これは方形波のフーリエ展開式（無限項）を、初めの数項だけにして実際に計算してみると確認できるのではないでしょうか。

なお、１kHzの時の波形は「きれいな方形波」に見えているでしょうが、オシロのTIME/DIVを100kHzの時と同じ値にしてパルスの立ち上がり部分を観測してみれば、やっぱり同じようになまっているのが観測できるはずです。

お礼

とてもわかりやすい解説ありがとうございます。

回答No.1

saru_1234

フォトダイオードは使ったことがなく、フォトカプラでの経験からの推測ですが...

そのデバイスの応答速度はどれくらいですか？
100kHzの方形波だとハイレベル・ローレベル時間がそれぞれ５μSec です、
応答速度がこれよりも充分高速でないと歪みが大きく方形波に見えません。
「遅い」デバイスは、単純にタイムシフトするのではなく、
実例のように「波形がなまった」形になるものが大勢です。

お礼

回答ありがとうございます。
オシロスコープで波形を観測したのですが、デバイスの応答速度というのはオシロスコープの立ち上がり時間ということでしょうか？
オシロの立ち上がり時間は 17,5ns でした。
実験で先生に聞いたところ、デバイスの応答速度が原因ではないみたいです。
どうやらフーリエ級数を使って考えると、答えが出てくるらしいのですが・・・