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集中定数回路

集中定数回路

集中定数回路とは、低周波で小規模な電気回路のこと。

集中定数回路は取り扱う周波数の波長よりも小さな形状の電子部品や短い配線長で構成されており、さらに部品間の配線インピーダンスがごく僅かになります。
つまり、電気信号の波長に比べると空間的に短いスケールを持ち、信号の位相において空間的な変化を無視できるため数学的な取り扱いが容易になります。
そのため、計算の近似的解法では配線距離がゼロの電気・電子回路といえます。

配線距離がゼロの集中定数回路の特性には「配線や部品の距離・寸法がゼロのため、信号伝達時間もゼロ」「線路は寄生成分を持たない」「線路上の電圧はどこでも同じ」があります。
これらの性質は、分布定数回路とは正反対になります。

回路の特性は電子部品の組み合わせによって決定します。電子部品の電流と電圧の関係は電子部品のインピーダンスの行列で表すことができます。
そのため、行例を解析することでそれぞれの部品に流れる電流やかかる電圧を計算することが可能です。

集中定数回路では、回路図において単なる線で結ばれた所はすべて同じ電流・電圧になります。たとえば、あるICの出力(A点)と別のICの入力(B点)を接続する際、回路図上ではA点とB点を線でつなぐだけになります。
さらにA点とB点の波形は同じになります。つまり、集中定数回路では空間的広がりを考えなくていいので、部品と部品を接続するだけで問題ないのです。

どこまでが集中定数であるとみなすのかは、その配線を伝わる信号の変化の速さによって決定します。
この変化の速さは「立ち上がり・立ち下がり時間」で表されます。
立ち上がり時間が遅い場合、配線のすべての波形がほぼ同じになりますが、立ち上がり時間が速いと近端の変化がすぐには遠端の信号に伝わらないため、波形が異なります。
信号がドライバからレシーバに到達し、反射してドライバに戻るまでの時間は伝搬遅延の2倍になります。
そのため反射波形がドライバに戻るまでに波形が立ち上がってしまう時は分布定数といえます。
反射波形がドライバに戻ったときにちょうど波形が立ち上がった場合は、分布定数と集中定数の境界と考えることができます。

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