目次

第1章　フィルタのあらまし
1.1　フィルタの特性と種類
　　　● フィルタのいろいろ…本書では周波数領域のフィルタ
　　　● 雑音とフィルタの帯域幅
　　　● ホワイト・ノイズに対するフィルタの効果
　　　● エリアシングを防ぐにはローパス・フィルタ
　　　● ハイパス・フィルタ(HPF)の役割
　　　● バンドパス・フィルタ(BPF)の役割
　　　● バンドエリミネート・フィルタ(BEF)の役割
　　　● アナログ・フィルタとディジタル・フィルタ
　　　● 自作できるフィルタ
　　　● メーカの用意するフィルタ
1.2　フィルタの周波数応答と時間応答特性
　　　● フィルタ次数と減衰傾度
　　　● 最大平坦…バタワース(Butterworth)特性
　　　● ステップ応答の整定が速いベッセル(Bessel)特性
　　　● 急峻特性を実現するチェビシェフ(Chebyshev)特性
　　　● さらに急峻…連立チェビシェフ(Elliptic)特性
　　　● フィルタの副作用
　　　● ハイパス・フィルタの時間応答特性
　　　● バンドパス・フィルタの時間応答特性

第2章　RCフィルタとRC回路網の設計
2.1　もっとも手軽なRCフィルタ
　　　● RCローパス・フィルタの特性
　　　● DCプリアンプにはRCフィルタを付加しよう
　　　● RCフィルタを多段接続すると
2.2　RC回路網のイメージを熟知しておこう
　　　● 回路網の動作イメージをつかむ万能曲線
　　　● 設計のときは漸近線を使う
　　　● 素直な特性…高域カットオフ/低域カットオフの万能曲線A
　　　● 位相の戻り特性が特徴の万能曲線B
　　　● PLL回路で有効な高域カットオフ万能曲線B
　　　● OPアンプの位相補正などに有効な低域カットオフ万能曲線B

第3章　アクティブ・フィルタの設計
3.1　アクティブ・フィルタのあらまし
　　　● アクティブ・フィルタ…定数決定の自由度が高い
　　　● 2次アクティブ・フィルタが基本
3.2　アクティブ・ローパス・フィルタの設計
　　　● もっともよく使う正帰還型2次LPF(利得=1)の構成
　　　● 5次バタワースLPFの計算例
　　　● 増幅度を持たせたいときは
　　　● 正帰還型LPF(利得≠1)の構成
　　　● 素子感度やひずみを小さくしたいときは多重帰還型LPF
　　　● アクティブLPFは高域特性に注意する
3.3　アクティブ・ハイパス・フィルタの設計
　　　● 正帰還型2次HPFの構成
　　　● 5次チェビシェフHPFの計算例
　　　● 多重帰還形HPFの構成
3.4　ステート・バリアブル・フィルタの設計
　　　● ステート・バリアブル・フィルタとは
　　　● 反転型と非反転型による特性の違い
　　　● 可変周波数/可変Qのユニバーサル・フィルタへの応用
　　　● 市販のステート・バリアブル・フィルタ・モジュール
　　　● よく似た構成…低ひずみにはバイカッド・フィルタ
　　　《コラムA》 ステート・バリアブル・フィルタの低ひずみ発振器への応用
3.5　バンドパス・フィルタの設計
　　　● LPFとHPFをカスケードにすると
　　　● Q=10以下ならOPアンプ1個の多重帰還形BPF
　　　● 中心周波数1kHz，Q=5のバンドパス・フィルタ
　　　● 高いQを得るには増幅器2個のBPF(DABP…Dual Amp Band Pass Filter)
　　　● OPアンプの雑音評価に使用できる帯域幅100HzのBPF
3.6　バンドエリミネート・フィルタの設計
　　　● BPFを使用したバンドエリミネート・フィルタ
　　　● ひずみ計測用ツインTノッチ・フィルタ
Appendix　　アクティブ・フィルタ設計のための正規化テーブル
　　　● S平面(複素周波数平面)とは
　　　● バタワース特性は
　　　● チェビシェフ特性のとき
　　　● ベッセル特性は

第4章　LCフィルタの設計
4.1　LCフィルタのあらまし
　　　● 10kHz以上ではLCフィルタの価値は大きい
　　　● 正規化テーブルとシミュレータで設計は簡単になってきた
　　　● LCフィルタ二つの型
4.2　LCフィルタの設計
　　　● ローパスLCフィルタの設計
　　　● 正規化テーブルの使い方
　　　● ローパス・フィルタ(LPF)からハイパス・フィルタ(HPF)への変換
　　　● バンドパス・フィルタ(BPF)への変換
　　　《コラムB》 関数電卓も愛用してます
　　　● BPFの帯域幅が狭くなるほど応答は遅くなる
4.3　LCフィルタの実験試作
　　　● 5次ローパス・フィルタ付きプリアンプ
　　　● バタワースBPFの試作

第5章　LCシミュレーション型アクティブ・フィルタの設計
5.1　LCシミュレーションとは
　　　● コイルを使わないLようにするために
　　　● FDNRを実現する回路
5.2　実用的FDNRフィルタの設計
　　　● 5次LPFを設計する
　　　● OPアンプの直流ドリフトの影響が出ないのも特徴
　　　● 最大入力レベルに注意する
　　　● 信号源抵抗=0ΩのFDNRフィルタ
　　　● 信号源抵抗0ΩのFDNR5次ローパス・フィルタの試作
　　　● アンチエイリアス用7次チェビシェフ・フィルタの設計
　　　● 特性を細かく検証すると
　　　● 高速A-Dコンバータを使うとフィルタの負担が楽になる
　　　● コンデンサをインダクタに変換するGIC

第6章　フィルタに使用するRCL
6.1　フィルタに使用する抵抗器
　　　● 抵抗器のいろいろ
　　　● フィルタ回路には金属皮膜抵抗器
　　　● 抵抗の周波数特性
6.2　フィルタに使用するコンデンサ
　　　● コンデンサは等価直列抵抗Rsに注意する
　　　● アルミ電解コンデンサは精密なフィルタには登場しない
　　　● 積層セラミック・コンデンサ
　　　● フィルム・コンデンサ
　　　● スチロール・コンデンサ
　　　● マイカ・コンデンサ
6.3　フィルタに使うコイル
　　　● コイルの種類と等価回路
　　　● マイクロ・インダクタ(ドラム形)
　　　● ポット・コア
　　　● ポット・コアでインダクタを自作するときのポイント
　　　● ポット・コアによる100mHインダクタの設計
　　　● 角形金属ケース入りインダクタ
　　　● トロイダル・コア
　　　● トロイダル・コアによるインダクタの設計例
　　　《コラムC》 E系列標準数とは

第7章　トランスを活用しよう
7.1　トランスのあらまし
　　　● 嫌われもののトランス…だが侮れない
　　　● トランスの基本動作
　　　● トランスの等価回路
　　　● 低域特性を決定する励磁インダクタンスと巻き線抵抗
　　　● 高域特性を決定する漏れインダクタンスと巻き線容量
7.2　入力トランスで計測アンプの雑音特性を改善する
　　　● 入力トランスによる信号昇圧
　　　● 低雑音OPアンプ回路の雑音特性をさらに改善する
　　　● 入力トランスはコモン・モード雑音除去にも役立つ
　　　● 入力トランスのパラメータを計測するには
　　　● トランスの出力を開放して励磁インダクタンスを求める
　　　● トランスの出力を短絡して漏れインダクタンスを求める
　　　● 代表的な入力トランスのパラメータは
　　　● 入力トランスのシミュレーション
　　　● 高域ピークの補正
7.3　電源からの雑音をカットする
　　　● 電源からの雑音混入はトランスの仕様書で決まる
　　　● 電源トランスの形状
　　　● コモン・モード雑音を阻止する静電シールド
　　　● 漏れ磁束を抑えるには電磁シールド
Appendix　電源雑音を積極対策したノイズ・フィルタ・トランス
　　　● ノイズ・フィルタ・トランスとは
　　　● ノイズ・フィルタ・トランスの使い方
　　　● ノイズ・フィルタ・トランス使用上の注意

第8章　コモン・モード・チョークと雑音対策
8.1　復習…電子機器への外来雑音
　　　● 外来雑音にはノーマル・モードとコモン・モードがある
　　　● ノーマル・モード雑音とその対策
　　　● コモン・モード雑音は共通グラウンドで発生
　　　● 自分の装置内で発生するコモンモード雑音
8.2　コモン・モード・チョークを活用しよう
　　　● コモン・モード・チョークの働き
　　　● コモン・モード・チョークの等価回路は
　　　● コモン・モード・チョークを巻いてみると
　　　● 漏れインダクタンスの小さいチョークを選ぶ
8.3　電源用にはライン・フィルタ
　　　● ライン・フィルタの動作
　　　● ライン・フィルタには選択の幅がある
　　　● ライン・フィルタのデータは使用状態とは異なる
　　　● ライン・フィルタの取り付け方法
　　　● パルス電流によるコアの飽和に注意する
　　　● ライン・フィルタの漏れ電流による感電に注意する
　　　● 非常時のコモン・モード・チョーク・コア

第9章　ロックイン・アンプの原理と実験
究極のSN比を実現するために
9.1　ロックイン・アンプのあらまし
　　　● 周波数帯域を狭めるとQが高くなる
　　　● ロックイン・アンプのしくみ
　　　● 基本はフェーズ・デテクタ…PSD
　　　● 乗算にはスイッチング…同期検波
　　　● 位相調整をなくすには…2位相ロックイン・アンプ
　　　● どのくらいの雑音を許容できるか…ダイナミック・リザーブ
　　　● 測定限界を決定するのは位相雑音
　　　● ローパス・フィルタの特性は時定数で表す
　　　● 雑音密度を計測するには
9.2　ロックイン・アンプの実験
　　　● 試作するロックイン・アンプのあらまし
　　　● PLLには74HC4046
　　　● VCOの特性を改善する工夫
　　　● 位相比較には位相周波数比較型を使う
　　　● 参照信号回路の具体的構成
　　　● 正確な参照信号を作るために
　　　● PLLローパス・フィルタの定数算出
　　　● 位相調整のための回路
　　　● PLL回路の応答特性を確認するには
　　　● 位相調整回路の設計ポイント
　　　● PSDの設計ポイント
　　　● 時定数回路の設計ポイント
　　　● DCゲインとダイナミック・リザーブは
　　　● 振幅と位相を求めるためのベクトル演算
　　　● ロックイン・アンプとしての調整
　　　《コラムD》 市販の位相検波器モジュール

第10章　ロックイン・アンプの使い方
10.1　ロックイン・アンプを上手に使うには
　　　● 市販のロックイン・アンプのしくみ
　　　● ロックイン・アンプを使う環境
　　　● 参照信号はどうするか
　　　● 差動バランスも正確に
　　　● 入力信号の接続が重要
　　　● ダイナミック・リザーブの設定のしかた
10.2　ロックイン・アンプの応用を拡大するために
　　　● 微小変化を検出するには
　　　● 出力信号にふらつきがあるときの観測方法
　　　● 光計測に使うとき…ライト・チョッパの活用
　　　● 光源の特性変化を補う…ライト・チョッパでのデュアル・ビーム法
10.3　ロックイン・アンプを使った応用計測
　　　● 広がる微小信号計測分野
　　　● 赤外分光光度計への応用
　　　● 2次量子光分光分析への応用
　　　● 光音響分光計(PhotoAcoustic Spectroscopy)への応用
　　　● 超伝導材料評価への応用
　　　● 金属材料引っ張り試験への応用
　　　● オージェ電子分光計(Auger Electron Spectroscopy)
　　　● 金属探知器への応用
　　　● 過流探傷器への応用
　　　● LCRメータへの応用
　　　● ケミカル・インピーダンス測定への応用
　　　● 電子ビーム計測への応用

参考文献

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