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。
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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。
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トランジスタのリストにSPICEモデルを追加する
回路図のトランジスタのシンボルをマウスの右ボタンでクリックすると、次のトランジスタの仕様を示すウィンドウが表示されます。このトランジスタの仕様を決めるために「Pick New Transistor」ボタンをクリックすると、用意されているトランジスタの一覧表が表示されます。
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トランジスタの信号増幅回路
トランジスタのスイッチング動作は、十分なコレクタ電流が流れるように、必要とするコレクタ電流の1/電流増幅率 以上の電流がトランジスタのベースに供給できるように考えれば第一の関門は解決します。
しかし、トランジスタでアナログ信号の増幅を行う場合は、トランジスタの動作点の設定が重要な課題になります。よく利用されるエミッタ共通の増幅回路で、その動作を確認してみます。基本となる回路をLTSPICEの回路図エディタで作成し、次に示します。
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正弦波の交流信号を増幅しますので、入出力はコンデンサC1、C2で直流成分を切り離します。信号源は電圧源V2を使用して1kHzの正弦波を作成しています。
入力信号の大きさは0.5Vとしました。この回路の増幅率は、
R1/R4=10k/2k=5
となり、入力信号に対して5倍の出力が想定されます。
前回に引き続き、R3の値を8kΩから24kΩまで4kごとに増加して、入出力の関係をシミュレーションで確認します。
QBのシミュレーション結果
トランジスタのコレクタの出力について、R3の抵抗値を変化させたときのコレクタ出力QCを次に示します。
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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
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