ローパスフィルターとは

 ArduinoUNOは電圧を変化させて出力出来ないので、代用としてPWMを使用します。しかしフラットな電圧をどうしても出力したい時がたまにあります。

 そんな時はローパス・フィルターと言う定番の回路を使うとなんとかなる可能性がありますのでご紹介します。

1. ローパスフィルターとは

1.1 理想のローパスフィルター

 図1の様にPWM信号(デューティ比50%)がローパスフィルターを通過後、電圧が平滑化(2.5V一定)してくれるのが理想です。

図1：理想

 

1.2 現実のローパスフィルター

 実際に使用するローパスフィルターは、ノイズを除去すればする程タイムラグが発生します。ラジコンの操作で使おうとするとタイムラグが極力少ないのが良いですが、ノイズは極力除去したいです。

 許容出来る一番遅い周波数は、せいぜい50Hz程度なので、以下50Hzで計算してみました。

 

1.3 計算お助けソフト

 iPadの無料アプリでRS-ToolBoxとOkawaさんのサイトで簡単に計算出来ます。

2. RS-ToolBox

 iPadの無料アプリでRS-ToolBoxと言う便利な物がありますのでそれを使って各種ローパスフィルターの適切な部品の選定が出来ます。

 

2.1  R-C LOW-PASS

 RS-ToolBoxに「R-C LOW-PASS」と言う、RCローパスフィルターで使う適切な部品の値を計算してくれる機能があります。

 それを使って計算した結果を図2-1に示します。

図2-1:R-C LOW-PASS計算結果

 

2.2  L-C LOW-PASS

  RS-ToolBoxに「L-C LOW-PASS」と言う、LCローパスフィルターで使う適切な部品の値を計算してくれる機能があります。

 それを使って計算した結果を図2-2に示します。

図2-2:L-C LOW-PASS計算結果

 

2.3  R-L LOW-PASS

  RS-ToolBoxに「R-L LOW-PASS」と言う、RLC ローパスフィルターで使う適切な部品の値を計算してくれる機能があります。

 それを使って計算した結果を図2-3に示します。

図2-3:R-L LOW-PASS計算結果

3. Okawaさんのサイト

Okawaさんのサイトでは物凄く細かく、しかも簡単に計算出来ます。

 

3.1  CRローパス・フィルター

 リンク先で計算した結果です。

図3-1:ＣＲローパス・フィルター

 

3.2  LRローパス・フィルター

 リンク先で計算した結果です。

図3-2:ＬＲローパスフィルター

3.3  RLCローパス・フィルター

 リンク先で計算した結果です。

 

図3-3:RLCローパスフィルタ

 

3.4  オペアンプ正帰還型ローパス・フィルター

 リンク先で計算した結果です。

図3-4:オペアンプ正帰還型ローパスフィルタ

4. まとめ

 今回、各種回路で使う適切な部品が分かりましたので、次回iCircuitを使ってそれぞれの回路をシュミレートしてみたいと思います。

 うまく行けば、ラジコンの受信機とサーボモーターの間にArduinoを挟む事が出来ます

 

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