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ここでは単純なバイパスコンデンサのノイズ除去特性が、基本特性とは違ってくる仕組みを紹介していきます。このような仕組みを知っていると、より少ないコストでノイズ除去効果の優れたフィルタを組んだり、コストパフォーマンスの良い部品を選ぶときに役立ちます。
コンデンサを利用したノイズ除去フィルタにバイパスコンデンサがあります。図1のように、バイパスコンデンサはノイズの電流をグラウンドにバイパスすることでノイズを除去します。
【図1】バイパスコンデンサの働き
このときバイパスコンデンサのインピーダンスが小さい方が、図1の (1) の電流が流れやすくなりますので、より多くのノイズを除去することができます。すなわち、挿入損失が大きくなります。 たとえば、6-4項で紹介した1000pFのコンデンサで、挿入損失とインピーダンスを比べると、図2のようにグラフの形状はほとんど同じになります。これはインピーダンスが25Ω以下となる周波数域で3dBの挿入損失が発生し、それ以上の周波数ではインピーダンスが小さくなるほど挿入損失が大きくなるためです。
【図2】コンデンサのインピーダンスと挿入損失の関係
このようにコンデンサのノイズ除去効果は、減衰域ではインピーダンスで表現することができますので、ここから先は説明を単純にするために、インピーダンスだけで説明することにします。 ご存じのようにコンデンサのインピーダンスは、周波数と静電容量に反比例するため、インピーダンスのグラフは図2 (a) で理論値として示したように、単純な右下がりの直線になります。以降のグラフではこの理論値を「理想コンデンサ」と呼び、比較対象に使うことにします。
各種のコンデンサのインピーダンスを測定した例を図3に示します。ここではフィルムコンデンサ、MLCC、電解コンデンサをとりあげています。 MLCCとフィルムコンデンサは類似の形状で、概ねV字型の曲線を示しています。電解コンデンサは下部が丸いU字型の形状となっています。これらは図2の1000pFのコンデンサでみられた傾向が、コンデンサが変わっても共通であることを示しています。このような形状になる理由を以降で説明していきます。 なお、ここで取り上げている測定値はあくまで傾向を示すための一例であり、製品によっては異なる場合があります。
【図3】コンデンサの周波数特性の例
続いて、同一種類のコンデンサで静電容量を変えた場合を示します。 図4は、MLCC (1608サイズ SMD) の静電容量を1000pFから1μFまで、公称値で10倍ずつ変えたときの動きです。比較のために、理想コンデンサのインピーダンスを破線で示しています。 図のように、コンデンサのインピーダンスはV字型曲線の左側で理想コンデンサに近く、静電容量の順にきれいに並ぶことがわかります。この周波数域では、コンデンサは単純な静電容量素子として見ることができます。
【図4】各種容量のMLCCのインピーダンスの例 (1608サイズ)