ビヘービア・モデルの設定
LTSPICEには、パルスや正弦波や任意の出力を折れ線グラフで設定できるなどシミュレーションに必要な機能をもった電圧源のVoltage、Battery、電流源のCurrent Sourceが用意されています。その他に、BV(Arbitrary Behavioral voltage source)、BI(Arbitrary Behavioral current source)など、各種の関数などを組み合わせて多様なシミュレーションを行える信号源などが用意されています。
今回このうちのBVを利用して、パルスと正弦波を組み合わせた信号を合成してみます。
音声信号に反応するスイッチを考えているとき、信号検出回路のマイクからの入力信号シミュレートした時の組み合わせを想定しています。このBVで作成したマイク入力の擬似信号で、音声検出回路の検討を行います。
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今回、OPアンプによる増幅回路のシミュレーションを行います。リニアテクノロジー社の実際のシミュレーション・モデルを利用してその特性を確認してみます。
LT1013
単一電源の一般的な汎用OPアンプの例としてLT1013の、周波数特性、信号振幅の様子などを確認してみます。
このOPアンプを用いて、10倍の反転増幅器を次のように回路図ウィンドウに作成しました。
ダイオードのモデル
LTspice/SwitcherCADIIIには、デフォルトのダイオード・モデル以外によく利用されるタイプの実モデルが63種類用意されています。シリコン・ダイオード、ショットキー・バリア・ダイオード、ほかツェナー・ダイオード、日亜のLEDなど各種のダイオードのモデルがありました。
小信号用シリコン・ダイオードのIN4181、ショットキー・バリア・ダイオードRB10L-40(ローム)、デフォルトのダイオードの電圧、電流の関係をDC解析によりシミュレートしてみました。
各タイプのトランジスタが用意されている
電子工作でもICを使う場合が多いのですが、LEDを点灯するためには電流の出力が少ない、異なった電圧のデバイスに出力が必要なときなどに便利に使っています。
まず、ICの出力の1mA以下の電流をトランジスタで何十倍かに増幅する回路の動作を確認してみます。トランジスタについては、バイポーラ・トランジスタ(PNP、NPN)、FET(NMOS、PMOS、NJF)についてそれぞれ実在のモデルが用意されています。リニアテクノロジー社ではこれらのデバイスを製造していないので、各社のデバイスが選択できます。
ユーザーがSPICEモデルを追加できる
ルネサス、ロームなど国内のメーカの製品もありました。電子工作などでよく目にする2SC1815は見つかりませんでした。リストにないデバイスもSPICEモデルのデータがあれば、このリストに追加する方法が用意されています。2SC1815についても、このリストに追加して、簡単に利用できるようにします。
モンテカルロ解析
乱数を用いてシミュレーションや数値計算を行う方法をモンテカルロ法と呼んでいます。乱数はさいころを転がしても生じます、モナコ公国のカジノの街の名にちなんでモンテカルロ法と呼ばれています。
ここでのモンテカルロ解析は、ノイマンの考案した、数値計算やシミュレーションで利用されるモンテカルロ法とは別物で、デバイスの素子のばらつきによる回路の動作の変動を把握するシミュレーションのことを指しています。
トランジスタ増幅器の抵抗のばらつきの影響を確認
トランジスタのオン/オフをスイッチで行うシミュレーションのために、電圧制御スイッチを利用します。
シミュレーション結果
電圧源V2からPWL(折れ線近似)で単発のパルスV(cv1)が出力されます。V(cv1)が立ち上がり、2Vを超えると電圧制御スイッチがオンになります。V(cv1)の出力の立ち下がりで2Vを通過するときに、スイッチがオフになります。
これは、
Model TR-SW SW(VT=2.0)
VT=2.0とスレショルド電圧を2.0Vに設定していて、ヒステリシスの電圧を設定するVhを設定していないため、デフォルトのVh=0となっているので、VT=2.0の2Vでスイッチがオン/オフされています。
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