初心者のためのLTspice入門 フィルタ回路の再確認（4）オールパス・フィルタ
次に示す回路はオールパス・フィルタです。出力の振幅は一定ですが、位相が低域では0°となり、高周波数の領域では-180°と通過する信号の周波数に応じて変化します。R3とC1の値によって、
| f ＝ 1 / (2πCR) |
の周波数では、位相は-90°になります。
●LTspiceで位相の状況をシミュレーションする
V1、V2のvoltageでOPアンプの±電源を用意し、V3のvoltageでテスト回路の正弦波の信号を供給するようにしました。
R1、R2は10kΩ、R4の負荷抵抗は1kΩに設定し、C1は0.01μF、R3は変数VRとして .stepコマンドで1kΩから50kΩまで変化させています。
●AC解析
OPアンプ大全には、0Hzで0°と説明されていました。AC解析ではスタート周波数は正数値を設定しなければならないので0.1Hzと設定し、500kHzを終了周波数としました。
抵抗R3の値は、
| Step1 1000Ω Step2 2000Ω Step3 4000Ω Step4 8000Ω Step5 16000Ω Step6 32000Ω Step7 50000Ω |
と変化します。
Step4のR3が8000Ω、C1が0.01μFのときに位相が-90°になる周波数を、次のように計算します。
| ｆ ＝ 1 / (2πCR) ＝ 1 / (2π × 8000 × 0.00000001) ＝ 1989Hz |
R3が8000Ω、C1が0.01μFで位相が-90°になる周波数は1989Hzと計算されました。
グラフ画面を拡大して次に表示します。
R3が8000Ωのシミュレーションの位相の結果は緑色の鎖線のラインで、-90°の位相で2kHzの左側で交差しています。計算値と同等の値となっています。
Step4の結果のみグラフ表示するために、グラフ画面をマウスの右ボタンでクリックし表示されるリストからViewを選択し、次に表示されるリストからSelect Stepsを選択します。この操作で表示される次のSelect Displayed Stepsのウィンドウから該当するStep4を選択します。
この操作で、グラフには選択されたシミュレーション結果のみ表示されます。
●R3とC1を入れ替える
R3とC1ではローパス・フィルタを構成しています。これを入れ替えるとハイパス・フィルタになります。次は、R3とC1を次のように入れ替えてハイパス・フィルタに変更してテストします。
シミュレーション結果を次に示します。出力の振幅は高域まで一定で、位相の変化も同様な変化を示しています。
次のようにグラフの画面を拡大して様子を確認します。位相の変化が周波数の低いところの0.1Hzでは180°で周波数の増加に従い0°に収斂します。
| f ＝ 1 / (2πCR) |
で示される周波数ｆの位相は、90°になります。
次回は、2次のオールパス・フィルタについてシミュレーションし動作を確認します。
（2019/10/3 V1.0）
<神崎康宏>