電子回路シミュレーション事例集Ⅰ（MySFDB-Simu1）の使い方

電子回路シミュレーション事例集 Ⅰ (MySFDB-Simu1) の使い方 ( 回路シミュレータ SIMetrix/SIMPLIS による ) 2014-4 CDTLab iwasawa CDTLab (Circuit Design Technology Laboratory) http://www.cdtlab.jp

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 1 2014-1 目次 1. はじめに 2. 回路シミュレータについて 3.MyDBMS-Simu1 について 4. シミュレーション回路事例集 (Ⅰ) 1-1 CR 回路 ( コンデンサの電荷の放電 ) 1-2 RC 回路のステップ応答 1-3 LR 回路のステップ応答 1-4 交流 ( 正弦波 ) の波形 1-5 コンデンサに流れる電流の位相 1-6 コイルに流れる電流の位相 1-7 RC 回路の伝達特性 1-8 一次伝達関数の特性 1-9 LRC 回路のステップ応答 1-10 LRC 直列共振回路 1-11 LRC 直列共振回路のインピーダンス特性 1-12 LRC 並列共振回路のインピーダンス特性 1-13 LRC 回路の伝達特性 1-14 二次伝達関数の周波数特性 2-1 シリコン ダイオードの温度特性 2-2 ツェナー ダイオードの特性 3-1 npn トランジスタのコレクタ電圧 - 電流特性 3-2 npn トランジスタの直流増幅率 3-3 npn トランジスタのベース電圧 -ベース電流特性 3-4 npn トランジスタのベース電流 -コレクタ電流特性 3-5 npn トランジスタのベース電圧 -コレクタ電流特性 3-6 npn トランジスタのエミッタ接地直流動作 3-7 npn トランジスタのエミッタ接地交流増幅動作 3-8 npn トランジスタのコレクタ電圧 - 電流特性 3-9 npn トランジスタのエミッタ接地交流増幅動作と動作点 3-10 npn トランジスタのベース接地交流増幅動作 3-11 npn トランジスタのコレクタ接地交流増幅動作 3-12 npn トランジスタのエミッタ接地の固定バイアス 3-13 npn トランジスタのエミッタ接地の自己バイアス 3-14 npn トランジスタのエミッタ接地の電流帰還バイアス

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 2 2014-1 3- npn トランジスタのエミッタ接地 ( 電流帰還バイアス ) の交流増幅特性 3-16 npn トランジスタのエミッタ接地の入力カップリング コンデンサによる低域周波数特性 3-17 npn トランジスタのエミッタ接地のエミッタ デカップリング コンデンサによる低域周波数特性 3-18 npn トランジスタのエミッタ接地のカップリング コンデンサによる低域周波数特性 3-19 npn トランジスタのエミッタ接地の周波数特性 3-20 npn トランジスタのエミッタ接地の入力インピーダンス特性 3-21 npn トランジスタのエミッタ接地の出力インピーダンス特性 3-22 npn トランジスタのエミッタ接地の電流帰還による利得の変化 3-23 npn トランジスタのエミッタ接地の電流帰還による入力ンピーダンスの変化 3-24 npn トランジスタのコレクタ接地交流増幅動作 3-25 npn トランジスタのコレクタ接地の周波数特性 3-26 npn トランジスタのコレクタ接地の入力インピーダンス特性 3-27 npn トランジスタのコレクタ接地の出力インピーダンス特性 3-28 ミラー効果 4-1 n 形 JFETのドレイン電圧 -ドレイン電流特性 4-2 n 形 JFETのゲート電圧 -ドレイン電流特性 4-3 n 形 MOS-FETのドレイン電圧 -ドレイン電流特性 4-4 n 形 MOS-FETのゲート電圧 -ドレイン電流特性 4-5 JFET(2SK30A-Y) のゲート電圧 -ドレイン電流特性 4-6 JFETT(2SK30A-Y) ソース接地交流増幅回路 4-7 JFETT(4-7 2SK30A-Y) ソース接地増幅回路の周波数特性 4-8 JFETT(2SK30A-Y) のソース接地増幅回路の入力インピーダンス特性 4-9 JFETT(2SK30A-Y) のソース接地増幅回路の出力インピーダンス特性 4-10 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地交流増幅回路 4-11 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地増幅回路の入力インピーダンス特性 4-12 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地増幅回路の出力インピーダンス特性 4-13 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地増幅回路の周波数特性 5-1 トランジスタ (2S8GR) のカスコード接続 5-2 トランジスタ (2S8GR) 差動増幅回路 5-3 JFET(2SK30A-Y) の差動増幅回路 1 5-4 JFET(2SK30A-Y) の差動増幅回路 2 5-5 カレント ミラー回路 1

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 3 2014-1 5-6 カレント ミラー回路 2( ウイルソン型 ) 5-7 カレント ミラー回路の応用 1(JFET 差動増幅回路の定電流 ) 5-8 カレント ミラー回路の応用 2(JFET 差動増幅回路のアクティブ負荷 ) 6-1 オペアンプによる非反転増幅回路 6-2 オペアンプによる反転増幅回路 6-3 オペアンプによる加算増幅回路 6-4 オペアンプによる減算増幅回路 6-5 オペアンプによる積分回路 1( 方形波応答 ) 6-6 オペアンプによる積分回路 2( ボーデ線図 ) 6-7 オペアンプによる微分回路 1( 方形波応答 ) 6-8 オペアンプによる微分回路 2( ボーデ線図 ) 6-9 オペアンプ TL072 の出力オフセット電圧 6-10 オペアンプ RC4558 の出力オフセット電圧 6-11 オペアンプ RC4558 の出力オフセット電圧の改善 6-12 オペアンプのオープン ループ ゲインの周波数特性 6-13 オペアンプ TL072 の負帰還周波数特性 6-14 オペアンプによるボルテージ フォロワの周波数特性 6- オペアンプによる AC 反転増幅回路 6-16 オペアンプによる AC 非反転増幅回路 6-17 オペアンプとダイオードによる理想ダイオード回路 1 6-18 オペアンプとダイオードによる理想ダイオード回路 2 6-19 オペアンプとダイオードによる理想ダイオード回路 3 6-20 オペアンプによる理想ダイオード回路の半整流動作 6-21 オペアンプによる理想ダイオード回路の全波整流動作 6-22 オペアンプとダイオードによる片側リミット回路 6-23 オペアンプとダイオードによる両側リミット回路 6-24 オペアンプによる可変リミット回路 6-25 オペアンプによる正入力対数回路 6-26 オペアンプによる一次 LPF 回路 6-27 オペアンプによる一次 LPF 回路の位相特性 6-28 オペアンプによる一次 HPF 回路 6-29 オペアンプによる一次 HPF 回路の位相特性 6-30 オペアンプによる一次 LPF 回路の縦続接続 6-31 オペアンプによる一次 LPF の 2 段縦続接続と二次 LPF 6-32 オペアンプによる一次 LPF の 3 段縦続接続と三次 LPF

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 4 2014-1 6-33 オペアンプによる 1 次 ~5 次ハ ターワース型 LPF の特性 6-34 オペアンプによる 1 次 ~5 次ハ ターワース型 HPF の特性 6-35 オペアンプによる方形波発振回路 6-36 オペアンプによるウイーンブリッジ正弦波発振 6-39 ウイーンブリッジ正弦波発振回路用 BPF の特性 7-1 トランジスタの Ib-Ic 特性 7-2 トランジスタのスイッチング動作 7-3 トランジスタのスイッチング動作の高速化 7-4 MOS-FET の Vg-Id 特性 7-5 MOS-FET のスイッチング動作 1 7-6 MOS-FET の高速スイッチング動作 7-7 リレー駆動回路 7-8 MOS-FET による H ブリッジ回路 8-1 トランジスタによる B 級 SEPP 回路 8-2 トランジスタによる AB 級 SEPP 回路 8-3 トランジスタによる A 級 SEPP 回路 8-4 C 級増幅回路と C 級バイアスの確認 8-5 D 級電力増幅回路の動作 9-1 オペアンプの負帰還回路 9-2 負帰還の効果 ( 入力インピーダンス ) 9-3 負帰還の効果 ( 出力インピーダンス ) 9-4 3 次時定数を持つ負帰還回路 9-5 負帰還回路のナイキスト線図 9-6 負帰還回路のボーデ線図 9-7 トランジスタのエミッタ接地回路における電流帰還の効果 1 9-8 トランジスタのエミッタ接地回路における電流帰還の効果 2 9-9 トランジスタのエミッタ接地回路における電流帰還の効果 3 9-10 トランジスタ 2 段 AC 負帰還回路 1 9-11 トランジスタ 2 段 AC 負帰還回路 2 9-12 オペアンプ非反転増幅回路 9-13 オペアンプ反転増幅回路 9-14 負帰還回路 ( 位相進み補償 ) のボーデ線図 6- 負帰還回路の方形波応答 1 6-16 負帰還回路の方形波応答 2

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 5 2014-1 9-17 オペアンプを使用したシリーズ型定電圧回路 10-1 ノイズ除去フィルタとは 10-2 ノイズ除去フィルタの周波数特性 10-3 RC によるノイズ除去フィルタ 10-4 RC フィルタのボーデ線図 10-5 RC3 次フィルタ特性 10-6 RC フィルタ回路の矩形波応答 10-7 一次ローパス フィルタの伝達関数の周波数特性 10-8 一次ハイパス フィルタの伝達関数の周波数特性 10-9 二次ローパス フィルタの伝達関数の周波数特性 10-10 二次ハイパス フィルタの伝達関数の周波数特性 10-11 二次バンドパス フィルタの伝達関数の周波数特性 10-12 二次バンド エリミネート フィルタの伝達関数の周波数特性 10-13 RC による LPF 回路の周波数特性 10-14 RC による HPF 回路の周波数特性 10- RC による二次 HPF 回路の周波数特性 10-16 RLC による二次 LPF 回路 10-17 RLC による二次 HPF 回路 10-18 RLC による BPF 回路 (1) 10-19 RLC による BPF 回路 (2) 10-20 LC による BEF 路 (1) 10-21 RLC による BEF 回路 (2) 10-22 一次アクティブ フィルタ LPF 回路 10-23 一次アクティブ フィルタ HPF 回路 10-24 二次アクティブ フィルタ LPF 10-25 二次アクティブ フィルタ HPF 10-26 二次アクティブ フィルタ LPF(2) 10-27 二次アクティブ フィルタ HPF(2) 10-28 5 次バタワース LPF 10-29 5 次チェビシュエフ LPF( リプル 0.1dB) 10-30 LC による3 次バタワースLPF 10-31 LC による 3 次ベッセル LPF 10-32 LC による3 次チェビシェフLPF 10-33 LC による3 次バタワースHPF 11-1 RC 位相発振回路

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 6 2014-1 11-2 位相発振回路の位相シフト 11-3 ウィーンブリッジ発振回路 (1) 11-4 ウィーンブリッジ発振回路 (2) 11-5 トランジスタによるマルチバイブレータ (1) 11-6 インバーター IC によるマルチバイブレータ (2) 11-7 オペアンプによるマルチバイブレータ (3) 11-8 LC コルピッツ発振回路 11-9 LC クラップ発振回路 11-10 LC クラップ発振回路 C3 可変 11-11 3.5MHz 水晶等価回路 11-12 3.5MHz 水晶クラップ発振回路 11-13 10MHz 水晶ピアス CB 発振回路 1 11-14 10MHz 水晶ピアス CB 発振回路 2 11- 水晶オーバートーン等価回路 11-16 3.5MHz 基本波コルピッツ水晶発振回路 11-17 3 倍オーバートーン水晶発振回路 11-18 5 倍オーバートーン水晶発振回路 11-19 EXOR による位相比較器 1 11-20 PLL 用 ICHC4046 の位相比較器 2 11-21 PLL 用ループ フィルタ 1 11-22 アクティブ PLL 用ループ フィルタ 2 11-23 分周器 11-24 PLL のフェイズ ループ解析 11-26 PLL IC 4046 のシミュレーション 12-1 ダイオードによる半波整流 1 12-2 ブリッジダイオードによる全波整流 1 12-3 トランスとダイオードによる半波整流 2 12-4 トランスとダイオードによる両波整流 12-5 トランスとダイオードによるブリッジ整流 12-6 4.7V ツエナー電圧 - 電流特性 12-7 ツェナー ダイオードの温度特性 12-8 ツエナー電圧特性 ( 負荷の影響 ) 12-9 ノイズの抑圧効果 12-10 簡易安定化電源 ( 負帰還無 ) 12-11 簡易安定化電源 ( 負帰還無 ) のノイズ フィルタ効果

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 7 2014-1 12-12 直列制御安定化回路 ( 負帰還型 ) 12-13 直列制御安定化回路ボーデ線図 12-14 オペアンプによる直列制御安定化回路 12- 定電圧回路のボード線図による位相余裕判定 2-16 低飽和型直列制御安定化路 2-17 JFET による定電流特性 2-18 トランジスタの電流特性 2-19 トランジスタによる定電流特性 1 2-20 トランジスタの電流特性 2 2-21 カレント ミラー電流特性 2-22 負帰還型定電流回路 12-23 降圧型 DC-DC コンバータの動作 1 2-24 降圧型 DC-DC コンバータの動作 2 12-25 降圧型 DC-DC コンバータの動作 3 12-26 降圧型 DC-DC コンバータのボーデ線図 12-27 昇圧型 DC-DC コンバータの動作原理 (1) 12-28 昇圧型 DC-DC コンバータの動作原理 (2) 12-29 昇圧型 DC-DC コンバータ 12-30 昇圧型 DC-DC コンバータのボーデ線図 12-31 同期整流降圧型 DC-DC コンバータの原理 12-32 フォワード型 DC-DC コンバータの動作 12-33 フライバック型 DC-DC コンバータの動作 13-1 CMOS インバータ回路 13-2 CMOS NAND 回路 13-3 CMOS NOR 回路 13-4 CMOS アナログ スイッチ回路 13-5 NOR 型 RSフリップフロップ回路 13-6 D 型フリップフロップ回路 13-7 JK 型フリップフロップ回路 13-8 D 型 FF による 4 進カウンタ 13-9 JK 型 FF による4 進カウンタ 13-10 JK 型 FF による 10 進カウンタ 13-11 JK 型 FF による同期式 10 進カウンタ 13-12 シフトレジスタ 13-13 8 ビット A-D 変換回路

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 8 2014-1 13-14 1ビットΔΣ 型 A-D 変換回路 13-1ビットΔΣ 型 A-D 変調器 13-16 4 ビット電圧加算モード型 DAC 13-17 PWM 信号変換の原理 13-18 PWM 信号変換回路 13-19 自励型 PWM 回路

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 9 2014-1 1. はじめに 回路エンジニア脳 をつくる電子回路設計習得の秘訣とは 1 基礎知識を習得する一言で電子回路設計といっても 非常に範囲が広く簡単に習得できるものではありません ジグソー パズルのように 技術知識 ノウハウのピースを一つずつ習得し 埋めてゆかなくてはなりません そして ある程度ピースが埋まってくると ある日突然全体が理解できるようになります いままで個別に集めてきた個々のピースの有機的な繋がりが見え 個々のピースの意味がわかるようになってくるのです 電子回路設計技術を習得するという作業もこれと同じです この知識 ノウハウのパーツ ( モデル ) を作り蓄積して行くことを CKH モデリング (Circuitry Know- How Model) と呼んでいます しかし どこから手を付けたらいいのか お悩みの方も多いことと思います 過去に電子回路を学んだことがあるが 完全に理解できなかった もっと確実にしたいなど 電子回路設計基礎の復習をお考えの方 このシミュレーション回路事例集 (Ⅰ) の事例を活用して 基礎をマスターしてください そして CKH モデルを脳の中に蓄積し回路エンジニアとして成功するための 回路エンジニア脳 と成ってください 2 知識を身に付いた技術力に高めるには まずは手本をまねる そして活用してみる 先ずは 手本をまねてみる手本となる回路をまねてみる それにより回路の動作を理解することが重要です シミュレーション回路事例集 Ⅰ(MySFDB-Simu1) のシミュレーション ファイルを開き シミュレーション結果を見る そして 回路定数などを変更した場合 動作がどう変わるか これにより深く理解することができるようになります 具体的な回路を設計し応用してみるテキストで学んだ知識も 実際に具体的な回路の上で活用できなければ意味がありません そして 実際に回路を設計してみて初めて理解でき 理解できていないところがわかってきます 実際に設計した回路を基板で組み立て 実験するそして設計した回路を実際の部品を組み立て動作させて 初めて設計が正しかったかどうかがわかります

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 10 2014-1 このようにして 回路設計技術 ノウハウのピース (CKH モデル ) を増やし埋めてゆくのです 3 効率的なツールを活用する 回路シミュレータの活用現在では実際に 基板を製作する前にコンピュータ上で確認する便利なツールがあります それが回路シミュレータというものです 回路シミュレータにもいろいろありますが 当シミュレーション回路事例集 (Ⅰ) で使用しているのは SIMetrix-SIMPLIS というアナログ回路からスイッチング回路まで両方シミュレーション可能なもので 無料で使用できる評価版を使用しています SIMetrix-SIMPLIS については 次項 2. 回路シミュレータについて を参照ください 2. 回路シミュレータについてこのシミュレーション回路事例集 (Ⅰ) では 回路シミュレータ SIMetrix/SIMPLIS によるシミュレーション回路の事例を多数収録しています このシミュレーション ソフトは アナログ回路 ( 線形回路 ) に適した Spice 系のシミュレーション (SIMetrix) とスイッチング回路 ( 非線形回路 ) に適したシミュレーション (SIMPLIS) の両方を含むものです このシミュレーション ソフトの評価版は 誰でも無償でメーカーサイトからダウンロードして使用できます 基礎講座で使用しているシミュレーション ファイルは この無償の評価版でシミュレーション可能な範囲です SIMetrix-SIMPLIS の特徴 SIMetrix は spice 系シミュレータで 回路図入力 出力波形ビュワーなどの基本インタフェースをもちろん プロービング機能 AC/DC 解析 ノイズ解析 モンテカルロ解析 伝達関数解析が可能な使いやすいソフトウエアです SIMPLIS は スイッチング電源回路などの非線形のシミュレーションのために開発されたもので Spice 系シミュレーション (SIMetrix や他の Spice 系シミュレーション ソフト ) と比較して収束時間が速いという特徴があります また SIMPLIS は スイッチング素子を含む負帰還回路の安定度を判断するボーデ線図をシミュレーションすることができます (Spice 系シミュレーション ソフトではできない )

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 11 2014-1 SIMetrix と SIMPLIS の回路図入力の部分は同じ操作で可能であり 線形回路のデバイスモデルと非線形のスイッチング回路用のデバイスモデルの多くは共通に使用できます また SIMetrix と SIMPLIS の切り替えも メニューで選択するだけで切り替わります 詳しくは SIMetrix-SIMPLIS の導入 を参照ください

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 12 2014-1 3.MySFDB-Simu1 の使い方 3-1.MySFDB-Simu1 とは その特徴 MySFDB は 大量のシミュレーション ファイルを管理するために EXCEL シートを使い [ タイトル ] [ シミュレーションの概要 ] [ シミュレーション ファイル名 ] などを一覧表で整理 管理するシステムです 特徴 1: 使い慣れたマイクロソフト エクセル (MS-RXCEL) シートで管理できる 特徴 2:[ シミュレーション ファイル名 ] の登録されたセルをダブル クリックすることで シミュレーション ソフトを起動した後 シミュレーション ファイルを自動で開くこと ができます 特徴 3:[ シミュレーション ファイル名 ] の登録も 簡単にダイアログ ボックス ( ファイルを開く ) から選択することで [ シミュレーション ファイル名 ] を登録することができます 従って ファイル名を手でキーボードから入力する必要もなく ファイル名を間違う危険性からも解放されます 特徴 4: これらの機能は MS-EXCEL に付属の VBA(Visual Basic for Applications) で プログラミングされています VBA のプログラミングの知識があれば 自分で変更するこ とも出来ます 特徴 5: ファイル名を登録してあるセルをダブル クリックすることで アプリケーションを起動しファイルを開く 機能は シミュレーション ファイルだけでなく Windows に関連付けられた (Word,EXCEL,PDF,TXT,CAD) など あらゆるファイルを扱うことができますので あらゆる技術情報を管理することができます ちなみに Windows に関連付けられたアプリケーションとは Windows Explorer で実行ファイル (****.exe) をダブル クリックしてアプリケーションを起動し ファイルをオープンできるようになっているアプリケーションのことです この MySFDB システムで 電子回路設計基礎講座 のテキストで事例として説明され ているシミュレーション ファイルが登録されているのが MySFDB-Simu1 です

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 13 2014-1 3-2.MySFDB-Simu1 の構成 (1) ファイル管理の階層構造 : MySFDB-Simu1 のフォルダ内の階層は次のようにな っており エクセル ファイル (MySFDB_Manager.xlsm) によって全体が管理されます [ フォルダ ---MySFDB-Simu1] MySFDB_Manager.xlsm : MySFDB-Simu1 の全体を管理する EXCEL ブック [ フォルダ--- 電子回路 (1)] [ フォルダ--- 電子回路 (1)-1 回路理論 ] MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm: テキスト電子回路 (1)-1 のファイル管理 [ フォルダ--- 回路理論 ]: シミュレーション ファイル [ フォルダ--- 受動回路 ]: シミュレーション ファイル [ フォルダ--- 電子回路 (1)-2 半導体素子 ] MyDBS_ 電子回路 (1)-2.xlsm: テキスト電子回路 (1)-2 のファイル管理シミュレーション ファイル [ フォルダ--- 電子回路 (1)-3 トランジスタ ] MyDBS_ 電子回路 (1)-3.xlsm: テキスト電子回路 (1)-3 のファイル管理 [ フォルダ---トランジスタ ]: シミュレーション ファイル [ フォルダ---FET]: シミュレーション ファイル [ フォルダ--- 電子回路 (2)] [ フォルダ--- 電子回路 (1)] と同様に階層構造 [ フォルダ--- 電子回路 (3)] [ フォルダ--- 電子回路 (1)] と同様に階層構造 [ フォルダ--- 電子回路 (4)] [ フォルダ--- 電子回路 (1)] と同様に階層構造 シミュレーション ファイル自体は フォルダ--- 電子回路(1)-1 回路理論 の場合 シミュレーション ファイル管理 EXCEL ブック (MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm) により管理され VBA マクロの機能により ファイル名が登録されているセルをダブル クリックすることで 自動で SIMetrix/SIMPLIS を起動しファイルを開くことができます 参照 ( 図 3-5-1 MyDBS_ 電子回路 (1).xlsm からシミュレーション ファイルを実行) この階層構造は MySFDB_Manager.xlsm で全体を管理され これは 電子回路 (2)~(4) も同様です もし ここで EXCEL ファイルを開いた時 マクロの警告が出た場合には 許可してく

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 14 2014-1 ださい また EXCEL のブック形式によりファイルの拡張子は次のようになっていますので 選択してください MySFDB.xls は 97-2003 ブックの拡張子 MySFDB.xlsm は 2007 ブック以降のマクロを含む拡張子 (2) 電子回路設計基礎講座のシミュレーション ファイルのデータ電子回路 (1)-1 に関するシミュレーション ファイルは シミュレーション ファイル管理 EXCEL ブック MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm が置かれている同じフォルダかその下層のフォルダに置く必要があります 電子回路 (2)~ 電子回路 (4) のフォルダも同様です 実際のフォルダ構造は 次の項を参照ください 3-3.MySFDB-Simu1 フォルダの設置 データベース フォルダ (MySFDB-Simu1) を任意のディレクトリーにフォルダごとコピーする ( 下図 3-3-1 は シミュレーション回路事例集 Ⅰ(MySFDB-Simu1) をコピーしたところ ) 図 3-3-1 MySFDB-Simu1 のフォルダ このフォルダに MyDBS_Manager(EXCEL ファイル ) がコピーされている この MyDBS_Manager.xlsm から 電子回路(1)~ 電子回路 (4) の中のシミュレーション ファイル管理 EXCEL ブック MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm ~ MyDBS_ 電子回路 (4).xlsm を開くことができる ( 図 3-4-1 MySFDM_Manager.xlsm から MyDBS_ 電子回路 (1).xlsm を開くを参照 )

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 2014-1 図 3-3-2 MySFDB-Simu1 の電子回路 (1)-1 のフォルダの配置 電子回路(1) のフォルダのは 電子回路 (1)-1 電子回路(1)-2 電子回路(1)-3 の三つのフォルダで構成され それぞれに シミュレーション ファイル管理 EXCEL ブック MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm MyDBS_ 電子回路 (1)-2.xlsm MyDBS_ 電子回路 (1)-3.xlsm 及びシミュレーション ファイルが格納されている 図 3-3-3 MySFDB-Simu1 の電子回路 (1)-1 回路理論のシミュレーション ファイルの配置フォルダ 電子回路 (1)-1 回路理論 の中の フォルダ 回路理論 の中に シミュレーション ファイルが格納されている

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 16 2014-1 3-4.MySFDB-Simu1 の使用法次図のように 電子回路設計基礎講座のテキストによる大きな項目の分割に従い MySFDB-Manager.xlsm の中も分割されている そこで 目的のテキスト名の行の 例えばテキスト 電子回路 (1)-1a のシミュレーション ファイル管理 EXCEL ブック MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm のセルをダブル クリックすると MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm のファイルを自動で開くことができる 更に MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm の中で講座テキストの中にあるシミュレーション事例のファイル名と同じ行のセルをダブル クリックすることで SIMetrix/SIMPLIS を自動で起動した後 シミュレーション ファイルが開かれる テキスト名タ フ ル クリックで MyDBS_ 電子回路 (1)-1.xlsm を開く タ フ ル クリックで SIMetrix を起 動し ファイルを開く テキストからシミュレーショ ン ファイル名を選択 シミュレーションの概要 図 3-4-1 MySFDM_Manager.xlsm から MyDBS_ 電子回路 (1).xlsm を開く

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 17 2014-1 3-5. シミュレーションの実行前記説明のように テキストに載っているシミュレーション ファイル名の行の 5 列セルをダブル クリックすることで シミュレーション ファイルを自動で開きます その状態で [Simulation] [Run] をクリックすることで テキストのシミュレーション結果と同じ結果がシミュレーションできます タ フ ル クリックで SIMetrix を起動 し ファイルを開く [Simulation] [Run] でシミュレーション を実行する 図 3-5-1 MyDBS_ 電子回路 (1).xlsm からシミュレーション ファイルを実行 また回路定数やシミュレーション条件を変更して シミュレーションを行うことで そ の回路を深く理解することができます 3-6. 変更したシミュレーション ファイルを追加する 前記シミュレーションで回路定数やシミュレーション条件を変更した結果も重要な経 験 ノウハウです これは シミュレーション ファイルを別名で保存した後 次の作

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 18 2014-1 業で シミュレーション ファイル管理 EXCEL ブック に追加保存し 簡単に活用できるようになります シミュレーション ファイル管理 EXCEL ブック の 6 列 ( 図で黄色の縦のセル ) をダブル クリックすると ファイルを開く のダイアログボックスが開きます ここで名前を変え新規に保存したファイルを選択します するとファイル名が隣の 5 列に登録されます また 解りやすいタイトルや変更内容 ノウハウ等を記録しておくことで 自分だけの技術ノウハウ データベースを構築することができます タ フ ル クリックで ファイルを開く のダイアログボックスを表示 ファイル名を選択し 開く をクリック ( 注意 : ここではファイルは開かれない ) 新規シミュレーション名 シミュレーションの 変更内容を記入する 選択された フォルダ名 ファイル名 が登録される

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 19 2014-1 4. シミュレーション回路事例集 (Ⅰ) 電子回路 (1)-1 1-1 CR 回路 ( コンデンサの電荷の放電 ) 下 は コンデンサ ( 初期電荷 1 クーロン ) の放電電圧をシミュレーションしたもので のように電荷の減少に基づいてコンデンサ の電圧が減少している Probe1-NODE 1 IC=1 1 file: CR_Volts.sxsch 1-2 RC 回路のステップ応答下 は直流電圧 (1V) を RC 回路に加えた時の ( 初期値 0V から 1V のステップ電圧を加えた時 ) コンデンサ の電圧をシミュレーションしたものである のようにコンデンサ の充電に従い電圧が上昇している 1 1 Probe1-NODE 1 IC=0 file:rc_step.sxsch 1-3 LR 回路のステップ応答 は 電圧 (1V) を LR 回路に加えた時の ( 初期値 0V から 1V のステップ電圧を加えた時 ) 抵抗 の電圧をシミュレーションしたものです 抵抗 =1Ωであり のグラフはコイルに流れる電流でもあります 1 1 IC=0 L1 Probe1-NODE 1 file: LR_Step.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 20 2014-1 1-4 交流 ( 正弦波 ) の波形 は最大値 1 で周期 1mSec 位相遅れ 45 の正弦波信号を交流信号源で発生したシ ミュレーションです -pos 5 Sine(0 1 1k -125u 0) file: AC_Sine.sxsch 1-5 コンデンサに流れる電流の位相 は交流信号源 にコンデンサ が接続されている時に の電圧波形と流れる電流波形をシミュレーションしたものです のように電流は電圧より π 位相が進んでいることがわかる 2 file: AC_C.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 21 2014-1 1-6 コイルに流れる電流の位相 は 交流信号源 にコイル L1 が接続されている時に の電圧波形と流れる電流波形をシミュレーションしたものです のように電流は電圧よりπ/2 位相が遅れていることがわかる -pos IPROBE1 1u IC=0 L1 file: AC_L.sxsch 1-7 RC 回路の伝達特性 は RC 回路の伝達特性をシミュレーションしたもので 利得と位相の変化を表している このように 利得と位相の周波数特性を一緒に表したものをボーデ線図とよび 交流回路の解析では頻繁に使われる file: RC_LPF(3).sxsch では ボーデ プローブを使用し 入力と出力の間の利得と位相をシミュレーショ ンしている

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 22 2014-1 1-8 一次伝達関数の特性 は 前項 1-7 のような一次伝達関数をラプラス モデルを使用してシミ 1+s 1u ュレーションしたものです 1 1/(1+s*1u*1k) LAP1 5 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) IN OUT =OUT/IN file: Primary transfer function.sxsch 1-9 LRC 回路のステップ応答 は LRC 回路のステップ応答のシミュレーションで コイル L1=1[H], コンデンサ =1[F] のとき 抵抗 が 1Ω 2Ω 3Ω の時のシミュレーション回路です 2 1 IC=0 Probe1-NODE 1 L1 1 IC=0 file: LRC_Step.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 23 2014-1 1-10 LRC 直列共振回路 は LRC 直列共振回路の電流をシミュレーションしたものです のように共振 特性をしめしている IPROBE1 1 5m IC=0 L1 5u file: LRC_Series Resonance(1).sxsch 1-11 LRC 直列共振回路のインピーダンス特性 は 直列共振回路のインピーダンス特性とシミュレーションしたもので 当然ではあるが電流特性の逆のカーブを描いている また共振周波数では インピーダンスは直列の抵抗値となることがわかる 100 5m IC=0 L1 5u file: LRC_Series Resonance(2).sxsch 1-12 LRC 並列共振回路のインピーダンス特性 は LRC の並列共振回路の特性をシミュレーションしたもので 抵抗 =50Ω 100 Ω Ωの場合の特性です のように 並列共振の場合は抵抗 が大きいほど選択特性がよくなることがわかる I1-neg I1 100 5m IC=0 L1 5u file: LRC_Parallel Resonance.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 24 2014-1 1-13 LRC 回路の伝達特性 は RLC 回路の伝達特性を 抵抗 が 1Ω 100Ω Ωの場合でシミュレーションしたものです のように 抵抗 が 1Ωの場合 Hz でピークが表れている これは共振特性が強く表れていると考えると理解しやすい また周波数特性がなだらかに変化しているほど 位相の変化もなだらかであることがわかる IN =OUT/IN OUT 100 5m L1 5u file: LRC_Transfer.sxsch 1-14 二次伝達関数の周波数特性 は二次伝達関数の伝達特性のシミュレーションで 伝達関数は R=1Ω L=5mH,C=5 μf の伝達特性です 1/(1+s*1*1u+s^2*5m*5u) LAP1 5 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) IN OUT =OUT/IN file: Secondary transfer function.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 25 2014-1 電子回路 (1)-2 2-1 シリコン ダイオードの温度特性 は シリコンダイオードの温度を 0 ~50 で電圧 - 電流特性をシミュレーションしたグラフです file: Temp_diode.sxsch 2-2 ツェナー ダイオードの特性 は の を 0~V 変化させたときの ツェナー ダイオード D1 の電圧と電流特性です 4.7V 以上では一定電圧になっていることがわかる D1-N 5 BZX79-4V7 D1 D1-N file:zener diode-1.sxsch 図 ( b) 2-3 ツェナー ダイオードの負荷電流図 (d) は 抵抗 を Ω~10KΩに変化させた場合である 図のように 負荷を小さくすると 定電圧の領域が少なくなってしまうことがわかる D1-N 5 BZX79-4V7 D1 ) file: Zener diode-3.sxsch 図 ( b)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 26 2014-1 電子回路 (1)-3 3-1 npn トランジスタのコレクタ電圧 - 電流特性 は 直流電圧 E1 を 0~10V まで変えた場合に ベース電流を 1μA~100μA まで 5 段階で変化させたときのコレクタ電流 -コレクタ電圧の特性例である file: npntr-dc-1.sxsch 図 ( b) 3-2 npn トランジスタの直流増幅率 は 直流電圧 E1 を 5V に固定し ベース電流を 0~100μA 変化させたときの ベース電流 -コレクタ電流特性です file: npntr-dc-2.sxsch 図 ( b) 3-3 npn トランジスタのベース電圧 -ベース電流特性 は トランジスタのベース電圧とベース電流の関係であり 基本的には np 接合のダイオードの特性と同じです 1 IPROBE1 Q2N2222 5 file:npntr-dc-3.sxsch 図 ( b)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 27 2014-1 電子回路 (2)-1 3-4 npn トランジスタのベース電流 -コレクタ電流特性 は トランジスタのベース電流とコレクタ電流の関係をシミュレーションしているもので 直流増幅率を表している 1m I1 -collector Q2N2222 20 file:b2-1-1(tr-ib-ic).sxsch 図 ( b) 3-5 npn トランジスタのベース電圧 -コレクタ電流特性 は エミッタ接地の場合で トランジスタのベース電圧 Vbe とベース電流 I B 及びコレクタ電流流 Ic のシミュレーションです IPROBE2 IPROBE1 100 Q2N2222 20 (1)I B 0.75 (2)I C file:b2-1-2(tr-vbe-ic).sxsch 3-6 npn トランジスタのエミッタ接地直流動作 は エミッタ接地の場合のベース電圧 ( ベース バイアス電圧 ) とベース電流及び 100 IPROBE1 0.75 -collector Q2N2222 20 (3)V CE (1)I B file:b2-1-2(tr-vbe-vce).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 28 2014-1 コレクタ電圧をシミュレーションしたものです 3-7 npn トランジスタのエミッタ接地交流増幅動作 は トランジスタのエミッタ接地増幅回路において ベース バイアス電圧の動作を理解するシミュレーションです のように ベース バイアスにより動作点が変わり 最適動作点のためのベース電圧がわかります file:b2-1-3(tr-(ac+vbe).sxsch 3-8 npn トランジスタのコレクタ電圧 - 電流特性 は トランジスタの基本特性であるコレクタ電圧 Vce とコレクタ電流 Ic の特性を ベース電流を変えてシミュレーションする回路図です 1m I1 -collector Q2N2222 20 file:b2-1-4(tr-vce-ic).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 29 2014-1 3-9 npn トランジスタのエミッタ接地交流増幅動作と動作点図 (e) は ベース バイアス電流を 120μA 240μA 480μA の場合のシミュレーションです のように 最適なベース バイアス電流からずれると 出力信号が歪むことがわかります 240u I1 200 10u -collector Q2N2222 20 file:b2-1-5(tr-acinput) 3-10 npn トランジスタのベース接地交流増幅動作 は トランジスタのベース接地増幅回路のシミュレーションです のよう に 最適なベース バイアス電圧からずれると 出力信号が歪むことがわかります file:b2-1-6(tr-(acinput)).sxsch 3-11 npn トランジスタのコレクタ接地交流増幅動作 は コレクタ接地の増幅回路のシミュレーションです のように 出力信号は ベース電位に追従し 増幅度は 1 であることがわかります Q2N2222 20 -emitter 10 V3 100 file:b2-1-7(tr-acinput).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 30 2014-1 電子回路 (2)-2 3-12 npn トランジスタのエミッタ接地の固定バイアス は トランジスタのエミッタ接地の固定バイアアス方式の増幅回路のコレクタ出力波形のシミュレーション回路図です には シミュレーション時のベース電流及びコレクタ電流の値が表示されています 10u 37.5914u 380k 1k 8.06567m -collector Q2N2222 file:b2-1-8(tr-fixed bias).sxsch 3-13 npn トランジスタのエミッタ接地の自己バイアス は トランジスタのエミッタ接地自己バイアス方式のコレクタ出力波形のシミュレーション回路図です では シミュレーショしたときの ベース電流値が表示されている 1k 10u 180k 36.0903u -collector Q2N2222 トランジスタの自己バイアス file:b2-1-9(tr-self bias).sxsch 図 (c)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 31 2014-1 3-14 npn トランジスタのエミッタ接地の電流帰還バイアス は トランジスタのエミッタ接地電流帰還方式バイアスのシミュレーションです 図では シミュレーション実行したときの ベース電位 エミッタ電位 コレクタ電流の 18.1k 1k -7.62133m 10u 1.69865 -collector Q2N2222 1.07201 2.43k 140 C2 100u file:b2-1-10(tr- Current feedback bias).sxsch 値が表示されている また のエミッタのコンデンサ C2 は 抵抗 Re による電流帰還により交流信号の増幅度の低下を防ぐためのバイパス コンデンサであり C2=1pF のときは のように出力が小さくなっているのが分かる 3- npn トランジスタのエミッタ接地 ( 電流帰還バイアス ) の交流増幅特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイア ス ) のシミュレーションです 190k 7k 10u 10u -pos AC 1 0 Sine(0 20m 1k 0 0) 24.8k Q8GR C3 100u C2 R5 file: Tr18GR-Emitter_ g.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 32 2014-1 3-16 npn トランジスタのエミッタ接地の入力カップリング コンデンサによる低域周波数特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で 入力のカップリングコンデンサ の周波数特性をシミュレーションする回路で エミッタのバイパスコンデンサは 1(F) と非常に大きくしている 190k 7k 1k R6 10u 24.8k db Q8GR C2 1 file: Tr18GR-Emitter_g(A) 3-17 npn トランジスタのエミッタ接地のエミッタ デカップリング コンデンサによる低域周波数特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で エミッタのバイパス コンデンサ C2 の周波数特性をシミュレーションする回路で 入力のカップリング コンデンサ は 1(F) と非常に大きくしている file: Tr18GR-Emitter_g(B) 3-18 npn トランジスタのエミッタ接地のカップリング コンデンサによる低域周波数特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で コレクタ側のカップリング コンデンサ C3 の周波数特性をシミュレーションする回路で コンデンサ 及びコンデンサ C2 は 1(F) と非常に大きくしている

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 33 2014-1 190k 7k R6 1 24.8k C3 Q8GR 10u C2 1 db R5 file: Tr18GR-Emitter_g(C) 3-19 npn トランジスタのエミッタ接地の周波数特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で コンデンサ C2 及び C3 の低域周波数帯への総合的な周波数特性をシミュレーションしている 190k 7k 10u db R6 10u 24.8k Q8GR C2 C3 100u R5 file: Tr18GR-Emitter_g(D) 3-20 npn トランジスタのエミッタ接地の入力インピーダンス特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で 入力インピーダンスをシミュレーションしたもので 通常の AC 解析を行った後 インピーダンス プローブにより 入力インピーダンス ( 信号源 から回路を見た ) をシミュレーションしている 190k 7k 10u 10u C2 24.8k Q8GR C3 100u R5 file: TrGR-Emitter_Zin(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 34 2014-1 3-21 npn トランジスタのエミッタ接地の出力インピーダンス特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で 出力インピーダンスをシミュレーションしたもので 通常の AC 解析を行った後 インピーダンス プローブにより 出力インピーダンス ( 信号源 から回路を見た ) をシミュレーションしている 190k 7k 10u 10u 24.8k Q8GR C2 C3 100u R5 file: TrGR-Emitter_Zout(1).sxsch 3-22 npn トランジスタのエミッタ接地の電流帰還による利得の変化 npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で 電流帰還がある場合 (C3=1pF) と電流帰還が無い場合 (C3=100uF) の利得の変化をシミュレーションしたものです のように 電流帰還は約 32dB 帰還がかかっており その分 周波数特性が改善されていることがわかる 190k 7k 10u db 10u 24.8k Q8GR C3 1p C2 R5 file: Tr18GR-Emitter_Gain.sxsch 3-23 npn トランジスタのエミッタ接地の電流帰還による入力ンピーダンスの変化 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるエミッタ接地回路 ( 電流帰還バイアス ) で 電流帰還がある場合 (C3=1pF) と電流帰還が無い場合 (C3=100uF) で入力インピーダンスがどう変わるかをシミュレーションしたものです のように 電流帰還がある場合 入力インピーダンスが上昇していることがわかる

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 35 2014-1 190k 7k 10u 10u 24.8k Q8GR C3 1p C2 R5 file: Tr18GR-Emitter_Zin(2).sxsch 3-24 npn トランジスタのコレクタ接地交流増幅動作 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるコレクタ接地増幅回路のシミュレー ションです のように 出力は 入力信号と同位相で 利得は 1 なのがわかります -pos 1u 180k 245k Q8GR 1u 7.5k C2 100k P r o2-n b eo D file : Tr18GR-Collector_g.sxsch 3-25 npn トランジスタのコレクタ接地の周波数特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるコレクタ接地増幅回路で の A 点と B 点の周波数特性をシミュレーションするものです A R5 1u 180k db 245k Q8GR 1u 7.5k B C2 db 100k B A file: Tr18GR-Collector_g(A).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 36 2014-1 3-26 npn トランジスタのコレクタ接地の入力インピーダンス特性npn 形トランジスタ (2S8GR) によるコレクタ接地回路 ( エミッタフォロワー ) で 入力インピーダンスをシミュレーションしたもので 通常の AC 解析を行った後 インピーダンス プローブにより 入力インピーダンス ( 信号源 から回路を見た ) をシミュレーションしている file: Tr18GR-Collector_g(B).sxsch 3-27 npn トランジスタのコレクタ接地の出力インピーダンス特性 は npn 形トランジスタ (2S8GR) によるコレクタ接地回路 ( エミッタフォロワー ) で 出力インピーダンスをシミュレーションしたもので 通常の AC 解析を行った後 インピーダンス プローブにより 出力インピーダンス ( 信号源 から回路を見た ) をシミュレーションしている 1u 180k 245k Q8GR 1u 7.5k C2 100k file: Tr18GR-Collector_g(C).sxsch 3-28 ミラー効果 は 増幅器 (LAP1) の増幅度 AV により 帰還回路にあるコンデンサ のミラー 効果により周波数特性がどうなるかシミュレーションしたものです -100 LAP1 A v = 1000 db A v = 100 100p A v = 10 file: Mirror effect.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 37 2014-1 のように 増幅度が大きいほど カットオフ周波数が下がることがわかります

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 38 2014-1 4-1 n 形 JFETのドレイン電圧 -ドレイン電流特性 は n 形 JFET でゲード電圧を 0~3V 変化させた場合のドレイン電圧とドレイン電流の関係をシミュレーションする回路です のように 電源電圧 が 2V 以上では 定電流特性を示し ゲート電圧 の大きさにより ドレイン電流が大きく変化していることがわかる file: JFET-1.sxsch 4-2 n 形 JFETのゲート電圧 -ドレイン電流特性 は n 形 JFET でゲード電圧とドレイン電流の関係をシミュレーションする回路です からは ゲート電圧の微小変化とドレイン電流の微小変化から相互コンダクタンスがわかります J2N3819 -drain 5 10 file: JFET-2.sxsch 図 ( b) 4-3 n 形 MOS-FETのドレイン電圧 -ドレイン電流特性 は nチャネル MOSFET で ゲード電圧を 4~8V 変化させた場合のドレイン電圧 - 電流特性をシミュレーションする回路です file:mosfet-1.sxsch 図 ( b)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 39 2014-1 4-4 n 形 MOS-FETのゲート電圧 -ドレイン電流特性 は nチャネル MOSFET で ゲート電圧とドレイン電流の特性をシミュレーションする回路です は ゲート電圧 を変化させたときのドレイン電流の変化であり ある電圧以上で ドレイン電流が流れるようになる file:mosfet-2.sxsch 図 ( b)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 40 2014-1 電子回路 (2)-4 4-5 JFET(2SK30A-Y) のゲート電圧 -ドレイン電流特性 は JFET(2SK30A-Y) で ゲード電圧とドレイン電流の関係をシミュレーションす る回路です 相互コンダクタンス g m は から g m = I D = 0.8 10 3 V g 0.4 =2.0 10 3 [S] I D I D V g file: 2SK30A-Source_g.sxsch 図 ( b) と読み取れる 4-6 JFETT(2SK30A-Y) ソース接地交流増幅回路 は JFET(2SK30A-Y) によるソース接地増幅回路の動作をシミュレーションするものです V GS 7.72k 1u J2SK30ATM-Y -gate 1u C2 Probe2-NODE R5 500k 440 C3 100u 100k file: 2SK30A-Source_g(B).sxsch 4-7 JFETT(4-7 2SK30A-Y) ソース接地増幅回路の周波数特性 は JFET(2SK30A-Y) によるソース接地増幅回路で増幅利得の周波数特性をシミュ レーションするものです 7.72k 1u J2SK30ATM-Y 1u C2 db R5 500k 440 C3 100u 100k file: 2SK30A-Source_g(C).sxsch 図 ( b)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 41 2014-1 4-8 JFETT(2SK30A-Y) のソース接地増幅回路の入力インピーダンス特性 は JFET(2SK30A-Y) によるソース接地増幅回路で入力インピーダンスの周波数特 性をシミュレーションするものです 7.72k 1u 1u J2SK30ATM-Y C2 R5 500k 440 C3 100u 100k file: 2SK30A-Source_g(D).sxsch 図 ( b) 4-9 JFETT(2SK30A-Y) のソース接地増幅回路の出力インピーダンス特性 は JFET(2SK30A-Y) によるソース接地増幅回路で出力インピーダンスの周波数特性をシミュレーションするものです 7.72k 1u 1u J2SK30ATM-Y C2 R5 500k 440 C3 100u 100k file: 2SK30A-Source_g(E).sxsch 4-10 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地交流増幅回路 は JFET(2SK30A-Y) によるドレイン接地増幅回路の動作をシミュレーションする ものです R5 -pos 1u 1Meg 1Meg J2SK30ATM-Y 7.5k 1u C2 Probe2-NODE 100k file: 2SK30A-Drain_g(B).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 42 2014-1 4-11 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地増幅回路の入力インピーダンス特性 は JFET(2SK30A-Y) によるドレイン接地増幅回路で入力インピーダンスの周波数 特性をシミュレーションするものです 1Meg 1u J2SK30ATM-Y 1u 1Meg 7.5k C2 100k file: 2SK30A-Drain_g(C).sxsch 4-12 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地増幅回路の出力インピーダンス特性 は JFET(2SK30A-Y) によるソース接地増幅回路で出力インピーダンスの周波数特 性をシミュレーションするものです 1u 1Meg J2SK30ATM-Y 1u 1Meg 7.5k C2 100k 図 (d) file: 2SK30A-Drain_g(D).sxsch 4-13 JFETT(2SK30A-Y) のドレイン接地増幅回路の周波数特性 は JFET(2SK30A-Y) によるドレイン接地増幅回路で増幅利得の周波数特性をシミ ュレーションするものです R5 1u 1Meg 1Meg J2SK30ATM-Y 7.5k 1u C2 db 100k file: 2SK30A-Drain_g(E).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 43 2014-1 電子回路 (2)-5 5-1 トランジスタ (2S8GR) のカスコード接続 は トランジスタ (2S8GR) をカスコード接続した回路 は トランジスタ (2S8GR) のエミッタ接地増幅回路で 両方とも利得は同じにしてある 図 (c) は シミュレーション結果で カスコード接続 ( プローブ db1) の周波数特性が良いことがわかる 190k C2 1u 16.5k 5k R5 db1 Q2 Q8GR 190k 1 5k R9 db2 V3 R7 1u Q8GR 100 R6 V4 R8 1u C4 2 Q4 Q8GR 100 4 カスコード接続 エミッタ接地回路 file:t8gr-cascode.sxsch 図 (c) シミュレーション結果

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 44 2014-1 5-2 トランジスタ (2S8GR) 差動増幅回路 は トランジスタ (2S8GR) による差動増幅回路のシミュレーション回路です のように各コレクタの出力信号は位相が 180 異なることがわかる 5k 5k -collector Q2-collector V3 Q8GR Q2 Q8GR 7.5k 図 (a ) file: Tr18GR-Differential(1).sxsch 5-3 JFET(2SK30A-Y) の差動増幅回路 1 は JFET(2SK30A-Y) による差動増幅回路のシミュレーション回路です は 及び Q2 のドレインの出力波形ですが 少しアンバランスなのがわかります file: 2SK30A-Differential.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 45 2014-1 5-4 JFET(2SK30A-Y) の差動増幅回路 2 は JFET(2SK30A-Y) による差動増幅回路で ソースの抵抗の代わりに定電流源 I1 を使用した場合のシミュレーション回路です は 及び Q2 のドレインの出力波形ですが バランスが取れているのがわかります 5k 5k J2SK30ATM-Y -drain Q2-drain J2SK30ATM-Y Q2 AC 1 0 Sine(0 100m 1k 0 0) V3 2m I1 file: 2SK30A-Differential(2).sxsch 5-5 カレント ミラー回路 1 は トランジスタによるカレント ミラー回路のシミュレーション回路です のように 電流源 I1 とトランジスタ のコレクタ電流は 1:1 になっていることがわかる file: Current_mirror.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 46 2014-1 5-6 カレント ミラー回路 2( ウイルソン型 ) は ウイルソン型カレント ミラー回路と呼ばれるもので カレント ミラー回路 を 2 段に重ね 温度特性やミラー特性が改善している 1m I1 Q2 Q2N2222 -collector Q2N2222 Q3 Q2N2222 Q4 Q2N2222 file: Wilson_Current_mirror.sxsch 5-7 カレント ミラー回路の応用 1(JFET 差動増幅回路の定電流 ) は JFET の差動増幅回路のソース電流の供給にカレント ミラー回路を使用した もので 電流値を抵抗 R5 によって設定できる 5k 5k J2SK30ATM-Y -drain Q2-drain J2SK30ATM-Y Q2 AC 1 0 Sine(0 100m 1k 0 0) V3 6.97k R5 Q3 Q8GR 2.00228m Q4 Q8GR 200 200 file: 2SK30A-Differential(3).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 47 2014-1 5-8 カレント ミラー回路の応用 2(JFET 差動増幅回路のアクティブ負荷 ) は JFET の差動増幅回路の負荷としてカレント ミラー回路を利用したもの は抵抗負荷 (5KΩ) の場合の利得 - 周波数特性のシミュレーション回路です 図 (c) のように 抵抗負荷に比べて非常に利得が多く取れることがわかります ただし 周波数特性は 抵抗負荷に比べてカットオフ周波数が低くなるのが分かります Q6 QA10GR 200 200 Q5 QA10GR 5k R8 5k R9 V5 db1 db2 J2SK30ATM-Y J2SK30ATM-Y J2SK30ATM-Y J2SK30ATM-Y Q2 6.97k R5 Q9 0 6.97k R6 V6 AC 1 0 Sine(0 2m 1k 0 0) V3 Q3 Q8GR 200 2.00229m Q4 Q8GR 200 AC 1 0 Sine(0 2m 1k 0 0) V4 1 Q8GR 200 R7 2.00228m Q8 Q8GR 200 0 file: 2SK30A-Differential(4).sxsch 図 (c)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 48 2014-1 電子回路 (2)-6 6-1 オペアンプによる非反転増幅回路 は オペアンプの基本的な非反転増幅のシミュレーション回路です X1 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) V3 X1-out TL072 file: TL072_Non-Invert.sxsch 6-2 オペアンプによる反転増幅回路 は オペアンプの基本的な反転増幅のシミュレーション回路です X1 V3-pos X1-out V3 TL072 file: TL072_Invert.sxsch 6-3 オペアンプによる加算増幅回路 は オペアンプの加算回路のシミュレーションで 周波数の異なる正弦波の信号と -1V の DC 電圧を反転増幅回路で加算した場合のシミュレーションです X1 V3-pos 5 Sine(0 1 1k 0 0) V3 1k TL072 出力波形 V4-pos 5 Sine(0 1 0 0) V4 入力波形 -1 V5 file: TL072_Adder.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 49 2014-1 6-4 オペアンプによる減算増幅回路 は オペアンプの減算回路のシミュレーションで 正弦波信号と 1V の DC 電圧で 減算した場合のシミュレーションです V3-pos 5 Sine(0 1 1k 0 0) V3 X1 出力波形 TL072 V4-pos 1 V4 入力波形 file: TL072_Subtraction.sxsch 6-5 オペアンプによる積分回路 1( 方形波応答 ) は 積分回路に方形波の入力を入れ 出力を見るシミュレーションです file: TL072_Integration.sxsch 6-6 オペアンプによる積分回路 2( ボーデ線図 ) は オペアンプによる積分回路の利得と位相の周波数特性をシミュレーションする回路で ボーデ プーブを使用している file: TL072_Integration(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 50 2014-1 6-7 オペアンプによる微分回路 1( 方形波応答 ) は 微分回路に方形波の入力を入れ 出力を見るシミュレーションです Probe3-neg 1k TL072 500n 100 TL072 X1-out X2 AC 1 0 Pulse(-50m 50m 0 50n 50n 500.45u 1m) X1 V3 file: TL072_Differentiation.sxsch 6-8 オペアンプによる微分回路 2( ボーデ線図 ) は オペアンプによる微分回路の利得と位相の周波数特性をシミュレーションする回路で ボーデ プーブを使用している file: TL072_Differentiation(2).sxsch 6-9 オペアンプ TL072 の出力オフセット電圧 1.0971e-005 V3 X1 TL072-273.219n は 入力オフセット電圧をシミュレーションする回路事例です のように出力を 0V にするには - 1.0971μV を のように入力してやる必要があり この電圧が入力オフセット電圧となる file: TL072_Input-VoffSet.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 51 2014-1 6-10 オペアンプ RC4558 の出力オフセット電圧 6-11 オペアンプ RC4558 の出力オフセット電圧の改善 file: RC4558_OutputOffset(1).sxsch file: RC4558_OutputOffset(2).sxsch のような 入力を短絡した回路において 入力は 0V であるので 出力も 0 ボルトであって欲しいが -1.416mV のオフセット電圧が出ている そこで 抵抗 =// を のように挿入することで オフセット電圧は 20.72μV に改善される 6-12 オペアンプのオープン ループ ゲインの周波数特性 は 負帰還無の利得特性で オープン ループ ゲインのシミュレーション X1 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) V3 db TL072 file: TL072_Gain.sxsch 6-13 オペアンプ TL072 の負帰還周波数特性 は オペアンプを非反転増幅として使用したとき 帰還抵抗 の値を変えてシミ (a)= (b)=100kω (c)=10kω file: TL072_Gain(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 52 2014-1 ュレーションしたものです 6-14 オペアンプによるボルテージ フォロワの周波数特性 は オペアンプを利得 1 のボルテージ フォロワーとした時の周波数特性 X1 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) V3 db TL072 file: TL072_Gain(3).sxsch 6- オペアンプによる AC 反転増幅回路 は オペアンプを AC 反転増幅器として使用する場合の周波数特性のシミュレーションです =10uF C3=10pF X1 10u V3 TL072 10p 1u C2 db 100k C3=100pF C3 =1uF file: TL072_AC_Gain(1).sxsch 6-16 オペアンプによる AC 非反転増幅回路 は オペアンプを非反転増幅器として使用する場合の 周波数特性のシミュレーションです =10uF C3=10pF 10u V3 X1 TL072 1u C2 db 100k C3=100pF 10p C3 C3=1uF file: TL072_AC_Gain(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 53 2014-1 6-17 オペアンプとダイオードによる理想ダイオード回路 1 は理想ダイオード回路のシミュレーションであり 図のように B 点 ( ダイオードを 含めた 100% 負帰還 ) は 0V から電流が流れ始めているのがわかる Sine(0 1 1k 0 0) V3 X1 TL072 A B D1 D1N4148 -P 100 B 点から負帰還 A 点から負帰還 file: TL072_Ideal_diode.sxsch 6-18 オペアンプとダイオードによる理想ダイオード回路 2 は 6-17 項と逆向きの理想ダイオード回路のシミュレーション X1 Sine(0 1 1k 0 0) V3 TL072 D1 D1N4148 -P 100 file: TL072_Ideal_diode(2).sxsch 6-19 オペアンプとダイオードによる理想ダイオード回路 3 は 反転入力による理想ダイオード回路で 入力の負電圧が出力に正電圧として出 力される 500 X1 TL072 D2 D1N4148 D1 100 -P 1k D1N4148 1k Sine(0 1 1k 0 0) V3 file: TL072_Ideal_diode(3).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 54 2014-1 6-20 オペアンプによる理想ダイオード回路の半整流動作 は 理想ダイオード回路で交流信号を半波整流する場合のシミュレーションです X1 X1-inp AC 1 0 Sine(0 1 100 0 0) V3 TL072 D1 D1N4148 -P 100 file: TL072_Ideal_diode(4).sxsch 6-21 オペアンプによる理想ダイオード回路の全波整流動作 は 交流信号を理想ダイオード回路で全波整流する場合のシミュレーションです 6.8k X1 D1N4148 X2 TL072 D1N4148 D1 R8 3.3k TL072 -P 100 V3-pos D2 20k R7 Sine(0 1 100 0 0) V3 R5 R6 file: TL072_Ideal_diode(5).sxsch 6-22 オペアンプとダイオードによる片側リミット回路 は オペアンプの出力電圧をツエナー ダイオード D1(4.7V) を帰還回路に入れ制 限したもので マイナス入力側はダイオードの 0.6V 程度の電圧に制限される 0.6V 5k X1 X1-out 0 V3 TL072 D1 BZX79-4V7 4.7V file:tl072_limit(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 55 2014-1 6-23 オペアンプとダイオードによる両側リミット回路 は オペアンプの出力電圧をツエナー ダイオード D1,D2(4.7V) を帰還回路に入 れ制限したものである ± 入力で のように出力の電圧は ±4.7V に制限される 5k X1 4.7V X1-out 0 V3 TL072 D2 D1 BZX79-4V7 BZX79-4V7 4.7V file:tl072_limit(2).sxsch 6-24 オペアンプによる可変リミット回路 は ダイオード回路を利用した 制限電圧が設定できる回路のシミュレーションで V3,V5 の電圧を変えることで正電圧側と負電圧側の制限値を変えることができる 3.3k 0 X3 D1N4148 D3 TL072 D1N4148 5 V5 1 D4 R9 3 12 V4 3.3k R5 X1 D1N4148 D1 TL072 D1N4148 R8 5k R7 X2 TL072 X2-out 2 D2 3 V3 R6 図 (c) file:tl072_limit(3).sxsch 6-25 オペアンプによる正入力対数回路 は 帰還回路にダイオードを入れた対数回路のシミュレーションです D1 D1N4148 100k TL072 5 X1-out V3 X1 file: TL072_LogAmp.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 56 2014-1 6-26 オペアンプによる一次 LPF 回路 と は一次 LPF のシミュレーション例ですが LPF を負帰還で構成する場合 カットオフ周波数付近の特性は同じであるが 高域周波数では の場合一様に減衰していないことがわかる 10n C2 V5 AC 1 0 V3 10n X1 TL072 db AC 1 0 V6 TL072 X2 db V4 (a) (b) file: TL072_LPF(1).sxsch 図 (c) 6-27 オペアンプによる一次 LPF 回路の位相特性 は 一次 LPF の位相特性をシミュレーションしたものですが A 点の位相は π で 2 一定になるのに B 点の位相特性は更に回転している これは オペアンプの位相特性が加算されていることによる A AC 1 0 V3 A Phase 10n X1 TL072 B Phase B file: TL072_LPF(2).sxsch 6-28 オペアンプによる一次 HPF 回路 及び図 (c) は 一次 HPF のシミュレーション例で 一般の直流阻止のコンデンサ カップリングと同じで 抵抗 とコンデンサ 及び抵抗 とコンデンサ C2 の時定数でカットオフ周波数が決まる 10n X1 10n TL072 V5 (a) AC 1 0 V3 TL072 db AC 1 0 V6 C2 X2 db V4 (b) file: TL072_HPF(1).sxsch 図 (c)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 57 2014-1 6-29 オペアンプによる一次 HPF 回路の位相特性 は 一次 HPF の位相特性をシミュレーションしたものですが A 点の位相は 0 で一定になるのに B 点の位相特性は更に回転している これは オペアンプの位相特性が加算されていることによる AC 1 0 V3 10n A Phase X1 TL072 B Phase A B file: TL072_HPF(2).sxsch 6-30 オペアンプによる一次 LPF 回路の縦続接続 は RC による一次 LPF を三段従属接続した場合の特性をシミュレーションしている A B C A B file: TL072_3-LPF.sxsch C 6-31 オペアンプによる一次 LPF の 2 段縦続接続と二次 LPF AC 1 0 V3 10n X1 TL072 C2 10n X2 TL072 A db AC 1 0 V9 R6 C7 14.142n R7 C6 7.071n X3 TL072 B db V7 V8 一次 LPF の 2 段縦続接続 file: TL072_LPF-2B.sxsch 二次バターワース LPF は RC 一次 LPF の従属接続と 図 (b) の二次バタワース LPF の特性比較のシ B ミュレーションです A 図 (c)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 58 2014-1 6-32 オペアンプによる一次 LPF の 3 段縦続接続と三次 LPF AC 1 0 V3 10n X1 TL072 C2 10n X2 TL072 R8 C8 10n X5 TL072 A db AC 1 0 R5 V6 C5 13.926n C3 35.468n C4 2.025n X4 TL072 B db V4 V5 一次 LPF の 3 段縦続接続 file: TL072_LPF-3B.sxsch 三次バターワース LPF B の一次 LPF 三段接続と 3 次バターワース LPF のシミュレーション比較であり Bのグラフのように三次 LPF では 減衰特性 -18dB/oct となっている また高域特性も 2 次 LPF のように減衰特性の悪化がなく良好である A 図 (c) 6-33 オペアンプによる 1 次 ~5 次ハ ターワース型 LPF の特性 オペアンプによる 1 次から 5 次のバタワース LPF のシミュレーション比較です X1 C2 14.142n X2 V4 C6 35.468n X3 V8 V3 db V6 db C3 V7 R5 C4 R6 C5 db 10n TL072 7.071n TL072 13.926n 2.025n TL072 V5 V9 (a)1 次 LPF (b)2 次 LPF (c)3 次 LPF 2 R9 R7 C9 13.541n C8 17.529n R8 C7 4.213n X4 TL072 0 1 32.361n 1 0 3.091n X5 TL072 db 0 1 (d)5 次 LPF 1 次 1 次 ~5 次ハ ターワース型 LPF の特性 file:tl072_lpf-1b-5b.sxsch 2 次 3 次 5 次

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 59 2014-1 6-34 オペアンプによる 1 次 ~5 次ハ ターワース型 HPF の特性 オペアンプによる 1 次から 5 次のバタワース HPF のシミュレーション比較です V3 10n X1 TL072 db V4 7.07k 10n C2 10n C314.1k X2 TL072 db V6 V5 V7 10n C4 7.2k 2.82k R5 10n C6 10n C549.3k R6 X3 TL072 db V9 V8 (a)1 次 HPF (b)2 次 HPF (c)3 次 HPF 10n 0 C77.38k R7 5.7k R9 10n C8 10n C923.7k R8 X4 TL072 3.1k 0 10n 1 10n 032.4k 1 X5 TL072 db 1 2 (d)5 次 HPF 1 次 2 次 1 次 ~5 次ハ ターワース型 HPF の特性 file:tl072_hpf-1b-5b.sxsch 3 次 5 次 6-35 オペアンプによる方形波発振回路 はオペアンプを使用した方形波発振回事例です V OH X1 X1-inp 3k D2-N V OL V SH 2k X1-inn 200n TL072 100k BZX79-4V7 D2 BZX79-4V7 D1 V SL file:tl072_rectangular_osc.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 60 2014-1 6-36 オペアンプによるウイーンブリッジ正弦波発振 はウイーンブリッジ型のオペアンプを使用した正弦波発振回路のシミュレーション です 10n X1 X1-out C2 10n TL072 3k R5 5k D1N4148 D2 D1N4148 D1 file:tl072_sin_osc.sxsch 6-39 ウイーンブリッジ正弦波発振回路用 BPF の特性 はウイーンブリッジ正弦波発振回路の周波数を決定するバンドパス フィルタの周波数特性のシミュレーションです グラフのように位相が 0 でゲインが最大になり この時の減衰量が-dB です したがってオペアンプのゲインは 9dB 以上必要であることがわかる このようにオペアンプの入力と出力が同相になり 更に利得が減衰量を上回ることで発信が継続される IN =OUT/IN OUT R7 10n C4 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) V3 R6 C3 10n file:sin_osc_bpf.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 61 2014-1 電子回路 (3)-1 7-1 トランジスタの Ib-Ic 特性 はトランジスタのベース電流とコレクタ電流の関係をシミュレーションする回路です ON 時は 飽和領域で使用する 比例領域 飽和領域 1m I1 -collector Q2N2222 5 file: Tr_Ib_Ic.sxsch 7-2 トランジスタのスイッチング動作 は 矩形波信号をトランジスタのベースに加えた状態をシミュレーションする回路です -collector -pos Q2N2222 5 file:tr_on_off.sxsch 7-3 トランジスタのスイッチング動作の高速化 は の周波数が 1MHz の場合の シミュレーションです スピードアップ コンデンサ でスイッチング応答の改善が得られる 10p =0pF -pos 50k -collector Q2N2222 5 =10pF Input file: Tr_ON_OFF(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 62 2014-1 7-4 MOS-FET の Vg-Id 特性 5 IRF530 -D 100 12 飽和領域 file: FET_Vg_Id.sxsch は MOS-FET のゲート電圧とドレイン電流の関係をシミュレーションした回路です ON 時は の飽和領域で使用する 7-5 MOS-FET のスイッチング動作 1 は MOS-FET をスイッチング回路として 入力にパルス信号を加えた時のシミュレーションです 100 -G IRF530 -D 5 Pulse(0 10 0 5u 5u 500u 1m) 12 file:fet_on_off.sxsch 7-6 MOS-FET の高速スイッチング動作 は 信号源に直列に抵抗を入れた場合のシミュレーションで グラフの下側は 抵抗 =0Ωの場合 上側が抵抗 =500Ωの場合です 100 500 IRF530 -D 12 file:fet_on_off(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 63 2014-1 7-7 リレー駆動回路 は 逆起電力保護用ダイオードの効果をシミュレーションしたもので 上側の波形はダイオード無 下側の波形はダイオーソ有の場合で ダイオードがある場合はスパイク状の逆起電力が抑えられていることがわかる 100 5 10m D1N4148 D2 100 10m 5 V3 L1 L2 -collector -collector Q2N2222 V4 Q2 Q2N2222 file: Relay_SW_D.sxsch 7-8 MOS-FET による H ブリッジ回路 図 (e) は MOS-FET の H ブリッジ回路の動作をシミュレーションしたもので の波 12 4 6 5 7 RFDP05 RFDP05 (D) Q3 Q4 V3-pos V3 20k Q6 20k Q5 100 (C) R5 IRF530 IRF530 V4-pos V4 R6 20k R7 Q7 R8 20k R9 Q8 Q2 (B) -pos 0 20k Q9 2 20k 0 (A) 1 3 file:mos-fet_hbridge.sxsch 形 (A),(B) は正転 / 逆転の信号 波形 (C) は PWM 信号です 波形 (D) は 負荷抵抗 の電圧 であり 正転 / 逆転において負荷抵抗 に供給される電圧の向きが反転していることがわ かる

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 64 2014-1 電子回路 (3)-2 8-1 トランジスタによる B 級 SEPP 回路 は B 級 SEPP 回路のシミュレーションです のように クロスバー歪が見える クロスバー歪 file: Tr_SEPP_B.sxsch 8-2 トランジスタによる AB 級 SEPP 回路 は AB 級 SEPP 回路のシミュレーションです のように クロスバー歪は改善 されている IPROBE2 12 0.7 V4 Q8GR V3 0.7 V5 B-emitter 100 Q2 QA10GR 12 IPROBE1 file: Tr_SEPP_AB.sxsch 8-3 トランジスタによる A 級 SEPP 回路 は A 級 SEPP 回路のシミュレーションです 及び Q2 ともに歪は少ない file: Tr_SEPP_A.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 65 2014-1 8-4 C 級増幅回路と C 級バイアスの確認 は C 級増幅回路の例であるが 図のようにトランジスタ のベースバイアスはマイナス電位で また出力の負荷はタンク回路 (LC 共振回路 ) となっている は C 級バイアス時の動作を確認したもので 波形 Q2-collector のように C 級では入力の正弦波の先頭部分が増幅されていることがわかる しかし 波形 -collector では タンク回路の共振周波数成分のみが出力されるため正弦波の出力となる C 級増幅回路 file: Tr_C_class.sxsch C 級バイアスの確認 図 (c) 8-5 D 級電力増幅回路の動作 は D 級電力増幅回路の原理をシミュレーションしたもので 比較器 X1 の + 入力に加えられた正弦波は - 入力に加えられた三角波と比較され PWM 波形を生成している この PWM 波形で駆動された MOS-FET で ON/OFF された波形は L1 及び のローパス フィルタにより高調波成分を除去し正弦波を取り出している RFDP05 12 X1-inp V4 X1 X1-inn V3 TL072 Q2 IRF530 Q2-D 5m L1 OUT 5u 100 12 D 級電力増幅回路の動作 file: PWM_Dclass_MOSFET.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 66 2014-1 電子回路 (3)-3 9-1 オペアンプの負帰還回路 はオペアンプの利得 - 周波数特性を 負帰還ありと無しの場合をシミュレーションしたものです オープン ループ ゲイン V3 X1 db 負帰還後特性 RC4558 file: RC4558_Gain.sxsch 9-2 負帰還の効果 ( 入力インピーダンス ) は バイポーラ入力のオペアンプ RC4558 の入力インピーダンスノシミュレーションで 負帰還があるとき (=Ω) と負帰還無 (=0Ω) の場合帰還量に比例して大きくなっている X1 V3 RC4558 file: RC4558_Zin.sxsch 9-3 負帰還の効果 ( 出力インピーダンス ) はオペアンプ TL072 の出力インピーダンスを負帰還があるとき (=Ω) と負帰還無 (=0Ω) の場合のシミュレーションです 負帰還無の場合入力インピーダンスは約 0Ωであるが 負帰還がある場合小さくなっているのがわかる

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 67 2014-1 負帰還の効果 ( 出力インピーダンス ) file: TL072_Zout.sxsch 9-4 3 次時定数を持つ負帰還回路 は 内部に RC3 段の時定数を有する負帰還回路の周波数特性をシミュレーションしている の周波数特性のように 1MHz 付近で 周波数特性にピークがあるが この周波数で不安定となっており オープン ループ ゲイン以上の利得を持った部分は正帰還がかかっていることを示している オープン ループ ゲイン 正帰還がかかっている file:nfb-3rc_db.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 68 2014-1 9-5 負帰還回路のナイキスト線図 file:nfb-3rc_nyquist.sxsch したもの のシミュレーション回路は の負帰還状態のナイキスト線図を描くために ループを開放してシミュレーションする回路です 信号源 で帰還回路に信号を加え 増幅回路の出力のゲインと位相及び のナイキスト線図を描いている 図 (c) は (-1+j0) 点付近を拡大 ナイキスト線図 図 (c)(-1 0) 点を拡大 9-6 負帰還回路のボーデ線図

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 69 2014-1 は の Aβ のボード線図を描く回路であり 利得が 0dB における位相は -200 1000 LAP2 1 LAP1 C2 C3 1n 100p 10p -1 LAP3 1k IN OUT AC -1 0 =OUT/IN 1k R5 file:nfb-3rc_bode4.sxsch になっており フェイズマージンが無く 1MHz 付近では正帰還がかかることがわかる また では交流信号源を帰還回路に直列に入れることによって 帰還ループを開かなくてもよく 直流帰還状態を維持したまま解析できる 9-7 トランジスタのエミッタ接地回路における電流帰還の効果 1 は トランジスタのエミッタ接地回路の抵抗 の電流帰還の効果を見たものですが 回路の温度変化により特性が変化した場合の比較です ここで 温度が-20 +20 +60 の場合 図のように =0Ωでの出力の変化に比べて =Ωの場合は変化が少ないことがわかる 2u I1 -collector 12 =0Ω 5u 5 AC 1 0 Sine(0 10m 1k 0 0) Q8GR 1k =Ω file:tr18gr-emitter grounding(3).sxsch 9-8 トランジスタのエミッタ接地回路における電流帰還の効果 2 は 抵抗 =Ω の場合と =0Ω で 周波数特性をシミュレーションしたもので す のように利得は減少するが 周波数特性が改善していることがわかる

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 70 2014-1 =0Ω 2u I1 db 12 5u 5 AC 1 0 Sine(0 10m 1k 0 0) Q8GR file: Tr18GR-Emitter grounding(4).sxsch 1k =Ω 9-9 トランジスタのエミッタ接地回路における電流帰還の効果 3 は 抵抗 =1 KΩの場合と =0Ωの場合の Hz の正弦波の歪特性をシミュレーションしたものです のように抵抗 =1 KΩの場合 負帰還により歪が大幅に改善されていることがわかる 2u I1 12 =Ω 5u Q8GR 1k =0Ω file: Tr18GR-Emitter grounding(5).sxsch 9-10 トランジスタ 2 段 AC 負帰還回路 1 は トランジスタ 2 段の交流増幅回路において 抵抗 及び抵抗 R9 で帰還回路を 構成した負帰還回路です 無帰還時の利得は 55dB であり 負帰還時の利得は 33dB となっ 100k 100k R5 R8 db 12 10u Q2N2222 10u C2 R6 Q2 Q2N2222 R7 C4 100u 50k 10u R9 C3 file: 2Tr_NFB.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 71 2014-1 ている 9-11 トランジスタ 2 段 AC 負帰還回路 2-1 は Q2 のコレクタ出力を のエミッタに帰還させたもので 電圧帰還である -2 は トランジスタ のベース バイアス電流を Q2 のエミッタ電圧から供給する (a)-1: 電圧帰還のみ (a)-2: 電圧帰還と電流帰還の併用 200k R9 5k 2k R8 db 12 5k 0 50k 2k R6 db 12 V3 10u Q2 10u Q4 R5 Q3 50k Q2N2222 50k Q2N2222 2k R7 C2 100u V4 C3 Q2N2222 200k 3 1 Q2N2222 2k 2 C4 100u file: 2Tr_NFB(4).sxsch もので Q2 のコレクタ電流に比例する電流帰還がかかる は (a)-1 と (a)-2 の利得 - 周波数特性でほとんど変わりがない 図 (c) 動作温度のパラメータを-20~+60 まで変化させた場合の出力特性で (a)-1 は直流変動が大きいことがわる (a)-2 (a)-1 利得 - 周波数特性 図 (c) 温度 - 直流ドリフト特性 9-12 オペアンプ非反転増幅回路 は オペアンプの非反転増幅回路で帰還抵抗 を 0,100,10KΩ,1MΩ と変えた時の シミュレーションです のように利得が変化することがわかる X1 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) V3 db TL072 file : TL072_Gain(4).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 72 2014-1 9-13 オペアンプ反転増幅回路 は オペアンプの反転増幅回路で帰還抵抗 を 0,100,10KΩ,1MΩ と変えた時のシ ミュレーションです のように利得が変化することがわかる X1 db TL072 V3 file : TL072_Gain(5).sxsch 9-14 負帰還回路 ( 位相進み補償 ) のボーデ線図 は RC の時定数が三段ある増幅回路に負帰還をかけてある負帰還回路のボーデ線図を描いたものです ここで 帰還回路の抵抗 に並列にコンデンサ C4 が入っている のボーデ線図のように C4=1pF の場合 ループ ゲインが 0 の時 位相は 190 であり 180 を超えて発振することがわかる C4=50pF の場合 ループ ゲインが 0 の時の周波数の位相は 1 と位相余裕が 30 程度あることがわかる これは進み位相補償といわれるもので 負帰還回路では 一般的に使用されている 500 LAP2 1 LAP1 1k 1k C2 C3 1n 1n 1n -1 IN OUT LAP3 C4=50pF =OUT/IN 1k R5 1p AC 1 C4 C4=1pF file : NFB-3RC_Bode3.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 73 2014-1 6- 負帰還回路の方形波応答 1 は RC の時定数が三段ある増幅回路に負帰還をかけてある負帰還回路で 入力信号 で方形波 50KHz を入力したときのシミュレーションです C4=1pF の場合は増幅回路としては動作せず 発振回路となっていることがわかる C4=50pF の場合は 方形波の出力にリンギング ( 波形が波打つ状態 ) が生じている 500 LAP2 1 LAP1 1k 1k Probe1-NODE 1n C2 1n C3 1n C4=1pF 1k R5 1p C4 C4=50p file : NFB-3RC_dB2.sxsch 6-16 負帰還回路の方形波応答 2 は 6- 項で LAP2 の利得を 100 倍として C4=1pF,50pF,100pF での周波数特性と方形波応答波形を見たものです は負帰還時の周波数特性で 図 (c) は方形波応答です 100 LAP2 1 LAP1 1k 1k Probe1-NODE 1n C2 1n C3 1n file : NFB-3RC_dB3.sxsch 1k R5 50p C4 C4=1pF C4=50pF C4=100pF 負帰還回路の周波数特性 図 (c) 負帰還回路の方形波応答

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 74 2014-1 9-17 オペアンプを使用したシリーズ型定電圧回路 はオペアンプを使用したシリーズ定電圧回路のシミュレーションで 入力電圧 を 0~12V まで変化させた場合の出力特性です OP アンプの電源は 0~12V で正常に動作させるため,V3 で-5V~V の電圧を供給している Q2N2222 V o X1-v sp X1 12 TL072 5 V3 2 V4 5k 図 (c) file : REG1.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 75 2014-1 電子回路 (3)-4 10-1 ノイズ除去フィルタとは は 入力信号 ( 正弦波 100Hz) にノイズ が加わっている場合 フィルタ回路 1 LAP1( 伝達関数 ) を通過した信号がどうなるかをシミュレーションしたものです s+1 -pos 1/(s+1) LAP1 Freq scale=1k Probe2-NODE 出力波形 5 AC 1 0 Noise(1u 100m 0) 5 Sine(0 1 100 0 0) 100k 入力波形 file: Noise-filter(1).sxsch の出力波形のように ノイズが除去されていることがわかる 10-2 ノイズ除去フィルタの周波数特性 は 前記フィルタの振幅と位相の周波数特性をシミュレーションしたものです 1/(s+1) LAP1 Freq scale=1k 5 AC 1 0 Noise(1u 100m 0) 5 Sine(0 1 100 0 0) db 100k Phase 振幅特性 位相特性 file: Noise-filter(2).sxsch 10-3 RC によるノイズ除去フィルタ図 (d) は 10-1 項のローパス フィルタを抵抗とコンデンサで構成した場合のシミュレーションです 出力波形 入力波形 file: Noise-filter(3).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 76 2014-1 10-4 RC フィルタのボーデ線図 は抵抗 とコンデンサ による LPF の周波数特性をボーデ線図で表したもので ボーデ プローブを使用した場合です 100n 6dB/oct ( 20db/dec) IN =OUT/IN OUT 45 file: RC_LPF.sxsch 10-5 RC3 次フィルタ特性 は RC フィルタを縦続接続したもので 利得 1 倍のバッファを間に入れ干渉を防いでいる f C 90 1 1 db LAP1 db LAP2 db 6dB/oct Phase Phase Phase 12dB 100n C2 100n C3 100n 18dB file: RC3_LPF.sxsch 90 180 270 10-6 RC フィルタ回路の矩形波応答 のように入力信号が方形波の場合 のように出力波形が歪んでいる これは高 -pos Probe1-NODE 100n 出力波形 入力波形 file: RC_LPF(2).sxsch 域周波数成分が減衰していることを表している

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 77 2014-1 10-7 一次ローパス フィルタの伝達関数の周波数特性 は G(s)= a s+a の伝達関数のシミュレーションで ここで遮断周波数は ω = a であり a を 0.1,1,10 と変えて周波数特性をシミュレーションすると のようになる 1/(s+1) LAP1 Freq scale=1k a=10 a=1 a=0.1 AC 1 100k IN =OUT/IN OUT a=0.1 a=1 a=10 file: F(s)_LPF.sxsch 10-8 一次ハイパス フィルタの伝達関数の周波数特性 は G(s)= s s+a の伝達関数のシミュレーションで ここで遮断周波数は ω = a であり a を 0.1,1,10 と変えて周波数特性をシミュレーションすると のようになる a=0.1 s/(s+1) LAP1 Freq scale=1k a=10 a=1 AC 1 IN OUT 100k a=0.1 a=1 a=10 =OUT/IN file: F(s)_HPF.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 78 2014-1 10-9 二次ローパス フィルタの伝達関数の周波数特性 a 2 は G(s)= の 2 次の伝達関数のシミュレーションで 周波数に依存するパラ s 2 + 1 Q sa+a2 メータ a=1 として Q=025,Q=0.7,Q=10 の場合の周波数特性のシミュレーションです 1/(s^2+s/0.7+1) LAP1 Freq scale=1k Q=0.7 Q=0.25 Q=10 AC 1 100k Q=10 IN =OUT/IN OUT Q=0.7 Q=0.25 file: F(s)_LPF-2.sxsch 10-10 二次ハイパス フィルタの伝達関数の周波数特性 s 2 は G(s)= の 2 次の伝達関数で 周波数に依存するパラメータ a=1 として s 2 + 1 Q sa+a2 Q=0.25,Q=0.7,Q=10 の場合の周波数特性のシミュレーションです s^2/(s^2+s/0.75+1) LAP1 Freq scale=1k Q=10 Q=0.7 Q=0.25 AC 1 IN =OUT/IN OUT 100k Q=10 Q=0.7 Q=0.25 file: F(s)_HPF-2.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 79 2014-1 10-11 二次バンドパス フィルタの伝達関数の周波数特性 1 Q as は G(s)= の 2 次の伝達関数で 周波数に依存するパラメータ a=1 として s 2 + 1 Q as+a2 Q=0.7,Q=2,Q=10 の場合の周波数特性のシミュレーションです (s/2)/(s^2+s/2+1) LAP1 Freq scale=1k AC 1 100k Q=10 Q=2 Q=0.7 IN =OUT/IN OUT file: F(s)_BPF-2.sxsch 10-12 二次バンド エリミネート フィルタの伝達関数の周波数特性 は G(s)= s2 +a 2 の 2 次の伝達関数で 周波数に依存するパラメータ a=1 として s 2 + 1 Q as+a2 Q=0.7,Q=5,Q=10 の場合の周波数特性のシミュレーションです (s^2+1)/(s^2+s/2+1) LAP1 Freq scale=1k Q=5 Q=2 Q=0.7 AC 1 IN =OUT/IN OUT 100k Q=0.7 Q=2 Q=5 file: F(s)_BEF-2.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 80 2014-1 10-13 RC による LPF 回路の周波数特性 は RC 回路による一次 LPF 回路のボーデ プローブによるシミュレーションです file: RC_LPF(3).sxsch 10-14 RC による HPF 回路の周波数特性 は RC 回路による一次 HPF 回路のボーデ プローブによるシミュレーションです 図 (d)rc による HPF 回路 file: RC_HPF.sxsch 10- RC による二次 HPF 回路の周波数特性 は RC による二次の HPF 回路で 一次の db プローブとボーデ プローブによる file: R+RC2_HPF.sxsch シミュレーションです

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 81 2014-1 10-16 RLC による二次 LPF 回路 は RLC による二次 LPF 回路で 抵抗 が 1 10 100Ω の場合のボーデ プロ ーブによるシミュレーションです 100 1m =1 L1 1u =10 =100 IN OUT =OUT/IN file: RLC_LPF.sxsch =1 =10 =100 10-17 RLC による二次 HPF 回路 は RLC の二次 HPF 回路で 抵抗 が 1 10 100Ω の場合のボーデ プローブ によるシミュレーションです =1 100 1u 1m L1 =10 =100 IN OUT =OUT/IN file: RLC_HPF.sxsch =1 =10 =100

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 82 2014-1 10-18 RLC による BPF 回路 (1) は LC の直列共振を利用したバンド パス フィルタで 抵抗 が 1 10 100 Ω の場合のボーデ プローブによるシミュレーションです 1u 1m L1 100 =100 =10 =1 IN =OUT/IN OUT =1 =10 =100 file: RLC_BPF.sxsch 10-19 RLC による BPF 回路 (2) は LC の並列共振を利用したバンド パス フィルタで 抵抗 が 1 10 100Ω の場合のボーデ プローブによるシミュレーションです 1k 1m L1 1u =100 100 =10 =1 IN =OUT/IN OUT =1 =10 file: RLC_BPF(2).sxsch =100

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 83 2014-1 10-20 LC による BEF 路 (1) は LC の直列共振を利用した バンド エリミネート フィルタで 抵抗 が 1 10 100Ω の場合のボーデ プローブによるシミュレーションです =1 100 1m L1 =10 1u =100 IN =OUT/IN OUT =10 =100 file: RLC_BEF.sxsch =1 10-21 RLC による BEF 回路 (2) は LC の並列共振を利用したバンド エリミネート フィルタで 抵抗 が 1 10 100Ωの場合のボーデ プローブによるシミュレーションです 100 L1 1u 1m =100 =10 =1 IN OUT =OUT/IN file: RLC_BEF(2).sxsch =100 =1 =10

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 84 2014-1 10-22 一次アクティブ フィルタ LPF 回路 は 一次アクティブ フィルタ LPF 回路のシミュレーションです 100n -3dB AC 1 LAP1 10000 IN =OUT/IN OUT 135 File:ActiveLPF(1).sxsch 1 f c = 2π 10-23 一次アクティブ フィルタ HPF 回路 は 一次アクティブ フィルタ HPF 回路のシミュレーションです 100n AC 1-3dB LAP1 10000 IN OUT =OUT/IN file:activehpf(1).sxsch -135 1 f c = 2π 10-24 二次アクティブ フィルタ LPF は 二次アクティブ フィルタ (VCVS 型 )LPF 回路のシミュレーションです 100n 1k 10000 LAP1 =500 AC 1 C2 100n 1k =10M = 1k =500 IN =OUT/IN OUT = =10M file:activelpf(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 85 2014-1 10-25 二次アクティブ フィルタ HPF は 二次アクティブ フィルタ (VCVS 型 )HPF で =500,,10Meg の場合のシ ミュレーションです C2 10000 LAP1 =500 AC 1 100n IN 100n =OUT/IN 1k OUT 1k file:activehpf(2).sxsch 10-26 二次アクティブ フィルタ LPF(2) 1k = =500 = =10M =10M は 二次アクティブ フィルタ ( 多重帰還型 )LPF のシミュレーションです AC 1 1k 1k 100n 1k C2 100n LAP1 10000 =0.1uF =1uF =10uF IN OUT =OUT/IN =0.1uF =1uF =10uF file:activelpf(3).sxsch 10-27 二次アクティブ フィルタ HPF(2) は 二次アクティブ フィルタ ( 多重帰還型 )HPF のシミュレーションです. =100 = =10 =10 file:activehpf(3).sxsch =100 =

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 86 2014-1 10-28 5 次バタワース LPF file: ActiveLPF_Butterworth_5th.sxsch は 5 次バタワース LPF の例ですが 1 次 LPF と 2 次 LPF が 2 段の縦続接続となっている で db1 は一次フィルタ出力 db2 は 1 段目の二次 LPF の出力,dB3 は 2 段目の二次 LPF の出力となっている 10-29 5 次チェビシュエフ LPF( リプル 0.1dB) AC 1 295n 10000 LAP1 C2 365n 1k db1 1k C3 110n 10000 LAP2 C4 960n 1k db2 1k R5 C5 22n 10000 LAP3 db3 file:activelpf_chebyshev_5th.sxsch は 5 次チビシェフ LPF の例ですが 1 次 LPF と 2 次 LPF が 2 段の縦続接続となっている で db1 は一次フィルタ出力 db2 は 1 段目の二次 LPF の出力,dB3 は 2 段目の二次 LPF の出力となっている

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 87 2014-1 10-30 LC による 3 次バタワース LPF は LC による 3 次バタワース LPF のシミュレーションです AC 1 100 1.59n 31.8u L1 C2 1.59n db 100 file: LC_Butterworth_3LPF.sxsch 10-31 LC による 3 次ベッセル LPF は LC による 3 次ベッセル LPF のシミュレーションです file:lc_bessel_3lpf.sxsch 10-32 LC による 3 次チェビシェフ LPF は LC による 3 次チェビシェフ LPF のシミュレーションです AC 1 100 2.54n 17.45u L1 C2 2.54n db 100 file:lc_chebyshev0.5db_3lpf.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 88 2014-1 10-33 LC による 3 次バタワース HPF は LC による 3 次バタワース HPF のシミュレーションです 100 796p db AC 1.9u L1.9u L2 100 file: LC_Butterworth_3HPF.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 89 2014-1 電子回路 (3)-5 11-1 RC 位相発振回路 は RC 位相発振回路のシユレーションです 100k 12 100k TL072 X1 12 30k R5 R6 1n R7 C2 1n C3 1n IC=1 Probe1-NODE file: OSC-3RC.sxsch 11-2 位相発振回路の位相シフト は 11-1 項の位相推移をシミュレーションする回路です 100k 12 100k TL072 X1 12 30k R5 R6 1n R7 C2 1n C3 1n IC=1 AC 1 V3 IN =OUT/IN OUT -180 file: OSC-3RC_Phaseshift.sxsch f o =390KHz 11-3 ウィーンブリッジ発振回路 (1) 図 (a は ウィーンブリッジ発振回路のシミュレーションです 1n IC=1 3k X1 X1-out C2 1n TL072 file: OSC-Wienbridge(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 90 2014-1 11-4 ウィーンブリッジ発振回路 (2) は 11-3 項のウィーンブリッジ発振回路に振幅制限回路を加えた正弦波の発振回路 のシミュレーションです 1n IC=1 3k X1 X1-out C2 1n TL072 5k R5 D1N4148 D1 D1N4148 D2 file: OSC-Wienbridge(2).sxsch 11-5 トランジスタによるマルチバイブレータ (1) は トランジスタによるマルチバイブレータと言われる発振回路のシミュレーショ ンです 5k 200k 200k 5k 5 1n 1n IC=5 Q2N2222 -collector -base C2 Q2-base Q2 Q2N2222 Q2-collector file: OSC_Multi-vibrator(1).sxsch 11-6 インバーター IC によるマルチバイブレータ (2) は CMOS インバータ IC によるマルチバイブレータ発振回路ノシミュレーション マルチバイブレータ (2) file: OSC_Multi-vibrator(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 91 2014-1 です 11-7 オペアンプによるマルチバイブレータ (3) file: OSC_Multi-vibrator(3).sxsch 図 (a は オペアンプを使用したマルチバイブレータ発振回路のシミュレーションです 11-8 LC コルピッツ発振回路 は LC コルピッツ発振回路のシミュレーションです 図 (2) は発振波形 図 (3) は FFT プローブによるスペクトラム波形です 12 30k C3 1u 200u L2 Q2N2222 C2 200p IC=1 200p -emitter 1m L1 図 (1) シミュレーション回路 file: OSC_LC(2).sxsch.sxsch 図 (2) 発振波形 図 (3) スペクトラム 11-9 LC クラップ発振回路 は LC クラップ発振回路のシミュレーションです 図 (2) は発振波形 図 (3) は FFT プローブによるスペクトラム波形です

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 92 2014-1 30k 12 200u L2 C3 100p IC=100m 1n C2 1n Q2N2222 -emitter 1m L1 LC クラップ発振回路 file: OSC_LC(4).sxsch 11-10 LC クラップ発振回路 C3 可変 は LC クラップ発振回路で コンデンサ C3 により周波数を変化させた場合のシミ ュレーションです 30k 12 Q2N2222 200u L2 1n -emitter C2 C3 1n IC=1 200p file: OSC_LC(5).sxsch 11-11 3.5MHz 水晶等価回路 は 水晶振動子の基本波の等価回路を示したもので のような共振特性を持っ ている C2 3p インヒ ータ ンス 200m 30 L1 10f 50 位相 OUT IN =OUT/IN (a) file: XTAL-3.5MHz.sxsch 11-12 3.5MHz 水晶クラップ発振回路 は 基本波 3.5MHz の水晶振動子を賜与したクラップ発振回路のシミュレーション です

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 93 2014-1 水晶振動子 30k 12 3.548MHz 30 500p Q2N2222 200m C5 -emitter L3 3p C4 10f IC=100m C2 100p 1Meg R5 C6 20p (a) file: OSC-XTAL3.5MHz.sxsch 11-13 10MHz 水晶ピアス CB 発振回路 1 は コレクタに同調回路を使用した水晶ピアス CB 発振回路のシミュレーションです 水晶振動子 (a) file: OSC-XTAL10M_CB.sxsch 11-14 10MHz 水晶ピアス CB 発振回路 2 は コレクタに同調回路にトランスをを使用して二次側から発振出力を取り出す 水晶ピアス CB 発振回路のシミュレーションです 水晶振動子 20 30k 5 R5 C2 100p TX1 12 P1 S1 TX1-21 50m L3 C4 C5 3p Q2N2222 R6 5f IC=100m 100p C6 1n (a) file: OSC-XTAL10M_CB(2).sxsch 11- 水晶オーバートーン等価回路

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 94 2014-1 は 水晶振動子の等価回路で 基本波共振回路に 3 倍 5 倍の共振回路が並列にな っている は そのインピーダンす特性です 水晶振動子 C2 3p 基本波 3 倍 5 倍 200m db 20 L1 10f 50 25m C3 50 L2 10f 18m C4 100 L3 4.5f (a) file: XTAL_Overtorn.sxsch 11-16 3.5MHz 基本波コルピッツ水晶発振回路 は 11- 項の等価回路を使用した基本波の発振回路のシミュレーションです 30k 5 R5 C2 300p TX1 12 20 R7 50 100 R8 P1 S1 TX1-21 200m L1 C3 25m L3 C4 18m L2 C7 C5 3p Q2N2222 R6 10f 10f 4.5f 200p IC=100m C6 500n (a) file: OSC-XTAL3.5MHz_Fst_CB(1).sxsch 11-17 3 倍オーバートーン水晶発振回路 は 11- 項の等価回路を使用した 3 倍の発振回路のシミュレーションです 30k 5 R5 C2 100p TX1 12 20 R7 50 100 R8 P1 S1 TX1-21 200m L1 C3 25m L3 C4 18m L2 C7 C5 3p Q2N2222 R6 10f 10f 4.5f 100p IC=100m C6 500n (a) file: OSC-XTAL3.5MHz_3rd_CB(1).sxsch 11-18 5 倍オーバートーン水晶発振回路

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 95 2014-1 は 11- 項の等価回路を使用した 5 倍の発振回路のシミュレーションです 30k 5 R5 C2 50p TX1 12 20 R7 50 100 R8 P1 S1 TX1-21 200m L1 C3 25m L3 C4 18m L2 C7 C5 3p Q2N2222 R6 10f 10f 4.5f 100p IC=100m C6 500n (a) file: OSC-XTAL3.5MHz_5th_CB(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 96 2014-1 11-19 EXOR による位相比較器 1 HC86D U2-IN1 U2-Pout U2-IN2 U2 は エクルシーブ OR(EXOR) を使用した位相比較器のシミュレーションです file: Phase comparator(1).sxsch 11-20 PLL 用 ICHC4046 の位相比較器 2 U2-IN1 U2-IN2 VCC COMPin SIGin VCOin INH CAP1 Pout PC2out PC3out PCPout VCOout DEMODout U1 HC4046 5 V3 U1-PC2out 50k は PLL 用 IC HC4046 のポジティブ エッジ タイプ位相比較器のシミュレーションです CAP2 GND file: Phase comparator(2).sxsch 11-21 PLL 用ループ フィルタ 1 図 (c) は PLL 回路で使われるローパス フィルタで ラグ リード フィルタといわれ AC 1 50k 100n C3 1u 5k db Phase る のように位相 回転に戻る周波数 がある file: Loop_Filter(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 97 2014-1 11-22 アクティブ PLL 用ループ フィルタ 2 C3 500n AC 1 50n db Phase はアクティブ フィルターで構成したループ フィルターのシミュレーションです LAP1 100 file: Loop_Filter(2).sxsch 11-23 分周器 は 分周期として使用されるカウンタのシミュレーションで U1 はバイナリー カ ウンタの動作 U2 は 10 進カウンタの動作のシミュレーションです U1-Clock Counter_4 U1 D0 D1 D2 D3 U1-D0 U1-D1 U1-D2 U1-D3 U2 f div Freq. Div U2-Out file: Divider.sxsch 11-24 PLL のフェイズ ループ解析 は PLL 回路の位相解析を行うため 位相比較器の利得 P D =0.39 vco の利得 k c = 1.3 105 S S+1 10 1 7 分周器の利得 ションしたものです N = 0.02 とアナログに変換して 負帰還ループをシミュレー のように ラグ リード フィルタの抵抗 により位相の改善効果が分かります

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 98 2014-1 0.39 LAP2 130000/(s+0.0000000001) LAP1 100k 2u P d C2 400n K C S 1 N = 1 50 0.02 LAP3 AC 1 IN OUT =OUT/IN -1 LAP4 =0 file: PLL_Bode-50N.sxsch 11-26 PLL IC 4046 のシミュレーション U2-PC2out U2 VCC HC4046 5V 100k C3 U2-VCOin COMPin Pout SIGin PC2out PC3out PCPout VCOin VCOout INH DEMODout U2-VCOout U1 f div Freq. Div U2-Out 400n 2u C2 22n CAP1 CAP2 GND file: PLL_4046-50N.sxsch は PLL 用 IC HC4046 のシミュレーション事例です の U2-VCOin の波形のように フェーズ ロックがかかるまでの VCO 制御信号が 175mS かかっている様子がわかる また図 (c) のように 発振周波数は基準周波数 Hzの 50 倍の 50KHz となっている 図 (C)VCO 発信出力の FFT 解析結 果

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 99 2014-1 電子回路 (3)-6 12-1 ダイオードによる半波整流 1 D1-anode D1 d1n4007 AC 1 0 Sine(0 14.1421 50 0 0) 1k D1-cathode は ダイオードによう半波整流回路で 入力の交流電圧を脈流に変換する回路のシミュレーションです file: Rectification_Half-wave.sxsch 12-2 ブリッジダイオードによる全波整流 1 file: Rectification_Both-waves.sxsch は ブリッジ ダイオードによる全波整流回路で 入力の交流電圧を脈流に変換する回路のシミュレーションです 12-3 トランスとダイオードによる半波整流 2 2 P1 A00V 10:1 S1 TX1 1 -N D1-anode D1 d1n4007 file: Rectification_Half-wave(1).sxsch 100u 1k D1-cathode は 交流入力をトランスにより 1/10 の電圧に分圧した後整流する回路のシミュレーションです はコンデンサ =1nF の場合 図 (c) はコンデンサ =100uF の場合の出力です

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 100 2014-1 =1nF の場合 図 (c)=100uf の場合 12-4 トランスとダイオードによる両波整流 は 交流入力をトランスにより 1/10 の電圧に分圧した後 全波整流する回 路のシミュレーションです file: Both waves rectification(1).sxsch はコンデンサ =1nF の場合 図 (c) はコンデンサ =100uF の場合の出力で す =1nF の場合 図 (c)=100uf の場合

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 101 2014-1 12-5 トランスとダイオードによるブリッジ整流 は 交流入力をトランスにより 1/10 の電圧に分圧した後 ブリッジ ダイオード で全波整流する回路のシミュレーションです 2 D1 D1-cathode 5 -pos d1n4007 TX1 D3 d1n4007 100u P1 S1 d1n4007 D4 d1n4007 D2 file: Rectification_Both waves (1).sxsch 12-6 4.7V ツエナー電圧 - 電流特性 は ツェナー ダイオードを使用して簡易的な定電圧を得る回路のシミュレーシ ョンです D1-N 5 BZX79-4V7 D1 D1-N file: Zener diode-1.sxsch 12-7 ツェナー ダイオードの温度特性 は ツェナー ダイオードの温度特性の変化をシミュレーションするものです D1-N 5 BZX79-4V7 D1 file: Zener diode-2.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 102 2014-1 12-8 ツエナー電圧特性 ( 負荷の影響 ) 回路 は 定電圧回路の負荷 ( 出力電流 ) を抵抗 で考えたもので は 抵抗 5 BZX79-4V7 D1 12-9 ノイズの抑圧効果 D1-N file: Zener diode-3.sxsch 図 (f) は電源にノイズが乗っている場合のシミュレーションです を Ω~10KΩ に変 化させた場合である 図 のように 負荷を小さく すると 定電圧の領域が 少なくなってしまうこと がわかる のように 電源側 5.3Vp-p のノイズは 出力側では 7.6mVp-p と小さくなっている 5 AC 1 0 Noise(1m 1 0) -pos BZX79-4V7 D1 5k D1-N 出力ノイス 7.6mVp-p 電源ノイス file:zener diode-4.sxsch 5.3Vp-p 12-10 簡易安定化電源 ( 負帰還無 ) は ツエナー ダイオード回路での負荷電流の問題を改善するために のエミ ッタフォロワー回路と追加したもので 無帰還型の簡易定電圧回路のシミュレーションで Q2N2222 -emitter す 5 BZX79-4V7 D1 100n file: Zener & Tr-1.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 103 2014-1 12-11 簡易安定化電源 ( 負帰還無 ) のノイズ フィルタ効果 は 13-10 項の簡易定電圧回路において のノイズ フィルタとして動作した 場合とツエナー ダイオードがある場合のシミュレーションです フィルタとし て機能 (=1MΩ) -48dB D1 がツエナー領域で 動作 (=1Ω) file: Zener & Tr-2.sxsch 12-12 直列制御安定化回路 ( 負帰還型 ) は 直列制御安定化回路の電源 に対する 抵抗 を変えて入力 - 出力電圧 特性をシミュレーションしたものです Q2N2222 -emitter 5k R5 5k C2 1u Q2 Q2N2222 BZX79-4V7 D1 1u 5k 1k file: Series_Reg-1.sxsch 12-13 直列制御安定化回路ボーデ線図 は 出力コンデンサ C2 を変えてボーデ線図を作画するシミュレーションです Q2N2222 5k R5 AC 1 1 LAP1 1k C2 100u Q2 1k Q2N2222-1 LAP2 BZX79-4V7 D1 1u IN OUT =OUT/IN 5k file: Series_Reg-2.sxsch 位相余裕 64

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 104 2014-1 12-14 オペアンプによる直列制御安定化回路 は 制御アンプに汎用オペアンプ (TL072) を使用した回路のシミュレーションで す Q2N2222 X1-v sp X1 5k 1k TL072 5 V3 file: Series_Reg-3.sxsch BZX79-4V7 D1 12- 定電圧回路のボード線図による位相余裕判定 5k 図 (c) は 12-14 項のオペアンプ (TL072) を使用した定電圧回路で出力にコンデンサ (100μF) を追加した場合のボード線図のシミュレーションです Q2N2222 X1 5k 1k AC 1 V4 1 LAP1-1 LAP2 100u 定電圧回路の出力は大きなコンデンサが付く場合がある TL072 5 V3 BZX79-4V7 D1 5k IN =OUT/IN OUT この場合 不安定な回路となるので 位相補正が必要と成る 1n 50k は コンデン C2 R5 サ 及び抵抗 R5 を file: Series_Reg-4.sxsch 追加し 位相補正を行 っている R5=50KΩ 位相余裕 60 R5=10MΩ 位相余裕 0 のボード線図のように 抵抗 R5=50KΩの場合は 位相余裕は 60 あるが 抵抗 R5=10MΩ ( 位相補正回路無し ) の場合は位相余裕が 0 と 不安定であることがわかる

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 105 2014-1 2-16 低飽和型直列制御安定化路 は 制御アンプに汎用オペアンプ (TL072) を使用した低飽和型直列制御定電圧 回路のシミュレーションです Q2N2904 -collector 1k R5 X1 18 5k R6 2k TL072 5 V3 BZX79-4V7 D1 5k 1k file: Series_Reg-7.sxsch 2-17 JFET による定電流特性 は JFET のゲートバイアス電圧を抵抗 の電圧降下を使用したときの ドレイ ン電流の定電流特性です file: Constant current_fet.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 106 2014-1 2-18 トランジスタの電流特性 は トランジスタのベース バイアス電流を一定にした時のコレクタ電流の特性で す のように コレクタ - エミッタ間電圧の変動に対して 定電流とは言えない IPROBE1 100u I1 50 Q2N2222 ile: Constant current_tr(1).sxsch 2-19 トランジスタによる定電流特性 1 は のエミッタに抵抗 を入れ電流帰還をかけ ベースにダイオード D1 と抵抗 の直列回路を入れ定電流特性を改善したものです 50 Q2N2222 IPROBE1 500 1m I1 D1N4148 D1 500 file: Constant current_tr(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 107 2014-1 2-20 トランジスタの電流特性 2 は のエミッタに抵抗 を入れ電流帰還をかけ ベース バイアス電圧にツエナ ー ダイオードを使用した定電流回路のシミュレーションです IPROBE1 1m I1 50 Q2N2222 1k BZX79-4V7 D1 file: Constant current_tr(3).sxsch 2-21 カレント ミラー電流特性 は 2-19 項の回路で ダイオードを と同じトランジスタ Q2 に変更することで 素子のバランスをとり 定電流特性温度特性が改善している この回路は に流れる電流は Q2 に流れる電流と同じになることからカレント ミラー回路と呼ばれている IPROBE1 1m I1 50 Q2N2222 Q2 Q2N2222 1k 1k file: Constant current_tr(4).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 108 2014-1 2-22 負帰還型定電流回路 はオペアンプとトランジスタによる定電流回路であり 抵抗 R6 により電流を検出 し その検出電圧と入力電圧 V3 と比較している したがって トランジスタ にコレクタに流れ込む電流 I C は次のようになる I C = V3 R6 file: Constant_Current_OP(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 109 2014-1 電子回路 (3)-6 12-23 降圧型 DC-DC コンバータの動作 1 は 降圧型コンバータの原理のシミュレーション事例であり 10V の DC 入力で デューティー比 50% の信号でスイッチ S1 を ON/OFF した場合の電流と出力電圧の波形をシミュレーションしている V o I S1 I L1 S1 S1-N IPROBE1 20m 100u IC=0 Probe1-NODE I D1 L1 V o 10 Probe2-NODE I D1 BA2 D1 IPROBE2 1m IC=0 100u 10 I S1 I L1 ON OFF file: Down_DC-DC(1).sxsch 2-24 降圧型 DC-DC コンバータの動作 2 S1 S1-N IPROBE1 20m 100u IC=0 L1 Probe1-NODE V o 10 Probe2-NODE 100u 100 D1-anode BA2 D1 1m IC=0 I D1 I S1 I L1 file: Down_DC-DC(2).sxsch V o I D1 I S1 I L1 は 負荷抵抗 を大きくした場合であるが のように 出力電圧 V o は 6.2V 以上の電圧になっている このとき図 (c) のように コイルに流れる電流 I L1 は非連続になっている 図 (C) =100Ω 時の動作 (2)

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 110 2014-1 12-25 降圧型 DC-DC コンバータの動作 3 は 負帰還回路のより電圧を制御する降圧型スイッチング レギュレータのシミュ レーションです S1 20m 100u IC=0 Probe1-NODE 10 D1 BA2 L1 1m IC=0 100u 470 10 470 R5 S1-CP 20k R6 U1 X2-out X2 1 U1-INN 2.5 V3 220k 5 V4 1 R7 file: Down_DC-DC(3).sxsch 12-26 降圧型 DC-DC コンバータのボーデ線図 のように SIMPLIS では POP 解析を行うことによりボーデ線図を描き負帰還ル ープの位相余裕度を確認できる S1 20m 100u IC=0 10 D1 BA2 L1 100u 470 10 1m IC=0 20k R6 470 R5 U1 AC 1 X2 1 2.5 V3 V5 IN OUT X1 =OUT/IN 220k R7 1 5 V4 file: Down_DC-DC(4).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 111 2014-1 12-27 昇圧型 DC-DC コンバータの動作原理 (1) は インダクタの流れる電流が連続の場合の 昇圧型コンバータのシミュレーショ ンです Vo I S1 I D1 file: Up_DC-DC(1).sxsch I L1 12-28 昇圧型 DC-DC コンバータの動作原理 (2) は 負荷が小さくインダクタの流れる電流が非連続の場合の 昇圧型コンバータのシミュレーションです file: Up_DC-DC(2).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 112 2014-1 12-29 昇圧型 DC-DC コンバータ は 昇圧型スイッチング レギュレータのシミュレーションです 5 IPROBE1 20m 100u IC=0 L1 BA2 S1 D1 1m IC=0 100u 1k Probe1-NODE 100 330 R5 S1-CP 20k R6 U1 X2-out X2 1 R8 U1-INN 2.5 V3 220k 5 V4 1 R7 R9 file: Up_DC-DC(3).sxsch 12-30 昇圧型 DC-DC コンバータのボーデ線図 は 昇圧型スイッチング レギュレータの負帰還回路のボーデ線図のシミュレーシ ョンです 20m 100u IC=0 BA2 5 L1 S1 D1 1m IC=0 100u 1k 100 330 R5 20k R6 U1 AC 1 X2 1 R8 V5 2.5 V3 X1 5 IN OUT V4 220k =OUT/IN R7 1 R9 file: Up_DC-DC(4).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 113 2014-1 12-31 同期整流降圧型 DC-DC コンバータの原理 は降圧型 DC-DC コンバータで同期整流方式とダイオード整流方式を比較したもので 電圧が一定の状態の波形で Probe1-NODE は同期整流方式の出力電圧 Probe4-NODE はダイオード整流方式の出力電圧の波形を見たものである のように 同期整流方式の方が電圧のロス及びリプルも小さいことがわかります file:down_dc-dc(7).sxsch 12-32 フォワード型 DC-DC コンバータの動作 は フォワード型 DC-DC コンバータのシミュレーション回路です は トランスの巻き数比を変化させた場合のシミュレーション結果です n1:n2=1:3 n1:n2=1:2 n1:n2=1:1 file: Forward_DC-DC(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 114 2014-1 12-33 フライバック型 DC-DC コンバータの動作 は フライバック型 DC-DC コンバータのシミュレーション回路です は ト ランスの巻き数比を変化させた場合のシミュレーション結果です 20m 20m 10 P1 S1 TX1 1m 100 n1:n2=1:3 S1 1m IC=0 D2 D1-cathode n1:n2=1:2 BYW80-200 n1:n2=1:1 file:flyback_dc-dc(1).sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 1 2014-1 電子回路 (4)-1 13-1 CMOS インバータ回路 は CMOS インバータ回路の内部回路を示したものですが のようにインバータ回路が 3 段にしたものは 入出力特性が急峻になることがわかります 5 P_1u-Q2 P_1u-Q3 P_1u-Q5 P_1u-Q7 5 V3 Q2 Q3 Q5 Q7 -drain Q7-drain (a-2)buffer N_1u- N_1u-Q4 N_1u-Q6 N_1u-Q8 5 Q4 Q6 Q8 (a-1)unbuffer (a-1)unbuffer (a-2)buffer file: C-MOS_INV.sxsch 13-2 CMOS NAND 回路 は NAND 回路の構成で PMOS と NMOS トランジスタの組み合わせで構成され ており 二つのゲート入力の信号に対する出力信号をシミュレーションしたものです P_1u-Q4 P_1u-Q2 5 Q4 Q2 P_1u-Q5 P_1u-Q7 N_1u- Q5 Q7 -gate Q7-drain N_1u-Q3 N_1u-Q6 N_1u-Q8 Q4-gate V3 Q3 Q6 Q8 file: C-MOS_NAND.sxsch 13-3 CMOS NOR 回路 は NOR 回路の構成で PMOS と NMOS トランジスタの組み合わせで構成されており 二つのゲート入力の信号に対する出力信号をシミュレーションしたものです P_1u-Q2 5 Q2 P_1u-Q4 P_1u-Q5 P_1u-Q7 -gate Q4 Q5 Q7 Q7-drain N_1u-Q3 N_1u- N_1u-Q6 N_1u-Q8 Q4-gate V3 Q3 Q6 Q8 file: C-MOS_NOR.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 116 2014-1 13-4 CMOS アナログ スイッチ回路 は アナログ スイッチの回路構成で のアナログ信号を のディジタル信号 で ON/OFF するシミュレーションです P_1u-Q2 P_1u-Q5 P_1u-Q7 5 V3 Q2 Q5 Q7 Q5-gate N_1u- N_1u-Q6 N_1u-Q8 Q6 Q8 Q3 P_1u-Q3 Probe1-NODE Q3-drain 5 AC 1 0 Sine(0 500m 1k 0 0) Q4 N_1u-Q4 100k file: C-MOS_AnalogSW.sxsch 13-5 NOR 型 RS フリップフロップ回路 は NOR 回路を使用した RS フリップ フロップ回路の動作シミュレーションです R U1-IN1 HC02D U1-OUT Q Q Q U1 S U2-IN2 HC02D U2 U2-OUT Q S file: NOR_RS flip-flop.sxsch R 13-6 D 型フリップフロップ回路 は D 型フリップ フロップ回路の動作シミュレーションです VCC HC74D U2 U1-D D SET Q U1 U1-Q U3 U1-CLK QN RST U1-QN file: D_FF.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 117 2014-1 13-7 JK 型フリップフロップ回路 は JK 型フリップ フロップ回路の動作シミュレーションです U3 U2 U1-CLK U1-J J SET Q U1 JK_FlipFlop U1-Q U4 U1-K K QN RST U1-QN file: JK_FF.sxsch 13-8 D 型 FF による 4 進カウンタ ンです は D 型フリップ フロップ回路を使用した 4 進カウンタの動作シミュレーショ VCC HC74D HC74D U3 U1-CLK D SET Q U1 D SET Q U2 QN RST QN RST U1-QN U1-Q U2-QN U2-Q file: D-FF_4Counter.sxsch 13-9 JK 型 FF による 4 進カウンタ ンです は JK フリップ フロップ回路を使用した 4 進カウンタの動作シミュレーショ VCC U2 U1-CLK J SET Q U1 JK_FlipFlop J SET Q U3 JK_FlipFlop K RST QN K RST QN U3-CLK U3-Q file: JK_FF_4Counter.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 118 2014-1 13-10 JK 型 FF による 10 進カウンタ は JK フリップ フロップ回路を使用した非同期式 10 進カウンタの動作シミュレ ーションです VCC U2 U1-CLK J Q U1 HC73 J Q U3 HC73 J Q U4 HC73 J Q U5 HC73 K RST QN K RST QN K RST QN K RST QN U3-K U3-CLK U4-CLK U4-Q U5-Q NAND_4 U6 file: JK_FF_10Counter.sxsch 13-11 JK 型 FF による同期式 10 進カウンタ は JK フリップ フロップ回路を使用した同期式 10 進カウンタの動作シミュレー ションです H1D U9-OUT HC08D HC08D H1D VCC U9 U6 U7 U8 U2 U1-CLK J Q U1 HC73 J Q U3 HC73 J Q U4 HC73 J Q U5 HC73 K RST QN K RST QN K RST QN K RST QN U1-Q U3-Q U4-Q U5-Q file: JK_FF_Sync10Counter.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 119 2014-1 13-12 シフトレジスタ は D 型フリップ フロップを使用した シフトレジスタのシミュレーションです VCC U1-D D SET Q LS74 U1 D SET Q LS74 U3 D SET Q LS74 U4 D SET Q LS74 U5 D SET Q LS74 U2 D SET Q LS74 U6 D SET Q LS74 U7 D SET Q LS74 U8 QN RST QN RST QN RST QN RST QN RST QN RST QN RST QN RST U4-CLK 5 Pulse(0 5 0 250n 250n 25u 50u) U1-QN U3-QN U4-QN U5-QN U2-QN U6-QN U7-QN U8-QN シフトレジスタ file: D-FF_Shift register.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 120 2014-1 13-13 8 ビット A-D 変換回路 は サンプリング ホールド回路を持った A-D 変換回路動作のシミュレーションです のように スイッチ S1 でサンプリングされた電圧は コンデンサ に蓄積され A-D の変換時間維持される S1-N 100 S1 10n U2 U1-In U1-Clock In ADC_8 U1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 U1-D0 U1-D1 U1-D2 U1-D3 U1-D4 U1-D5 U1-D6 U1-D7 Data_Valid U1-Data_Valid S1-CP (a) file: S-H&ADC.sxsch サンルプリング A-D 開始 A-D 出力 A-D 変換クロック A-D パラレル出力 サンプル & ホールド電圧 アナログ入力 サンプリング パルス (b)a-d 変換回路の動作

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 121 2014-1 13-14 1 ビット ΔΣ 型 A-D 変換回路 VCC 20p IC=0 5 -pos 50k X1 U1-In U1-D D SET Q 50k LAP1 QN 1E6 2 LT1720 RST V3 U3 U1-CLK HC74D U1 は 1 ビット ΔΣ 型 A-D 変換回路の動作をシミュレーシ ョンする回路です BesselLP(5, 20k) 2 V4 LAP2 S1 U2-OUT S2 2 V5 file: 1bitΔΣ_ADC(1).sxsch は で直流電圧を入 力したときの 1 ビット DAC 積 分出力 AD 出力の波形です (A) 入力電圧 =-1.8V (B) 入力電圧 =0V (C) 入力電圧 =+1.8V A-D out 積分波形 1BitD-A out 入力信号 13-1 ビット ΔΣ 型 A-D 変調器 図 (e) は 交流信号 ( 正弦波 ) を 1 ビット ΔΣA-D 変調器のシミュレーションをしたもの VCC -pos 50k 20p IC=0 5 LPF 出力 50k U1-In X1 D SET Q HC74D U1 U1-Q LAP1 1E6 2 V3 LT1720 U3 U1-CLK RST QN A/D 出力 BesselLP(5, 20k) 2 V4 S1 S2 LAP2 Probe2-NODE 積分波形 2 V5 入力信号 file: 1bitΔΣ_ADC(2).sxsch で 出力にはデジテタル フィルタの代わりにアナログ ローパス フィルタ (LPF) を 通してアナログ信号に戻し確認している 図の LPF 出力ように 1 ビット A-D 変換器を使用 しても 高い分解能があることがわかる

D0 D1 D2 D3 シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 122 2014-1 13-16 4 ビット電圧加算モード型 DAC は 4 ビット電圧加算モード型 DAC の動作をシミュレーションしたものですが アナログ スイッチは使わずバイナリ カウンタ出力の電圧をそのまま基準電圧としてシミュレーションを行っている 1 2k R5 R7 LAP1 2k 2k 2k 2k Probe1-NODE R6 R8 U1-D0 U1-D1 U1-D2 U1-D3 U1 Counter_4 U1-Clock 5 Pulse(0 4 0 500n 500n 50u 100u) 4 ビット電圧加算モード型 DAC file: 4bits_DA.sxsch 13-17 PWM 信号変換の原理 は 三角波による PWM 回路の基本回路であり 三角波の基準信号と入力電圧をコンパレータで比較することで PWM 信号が得ている この三角波の周波数がスイッチング周波数となる 5 AC 1 0 Sine(0 1 1k 0 0) X1-inp 5 V3 X1 X1-out X1-inn LT1720 5 V4 file: PWM_Generator.sxsch

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 123 2014-1 13-18 PWM 信号変換回路 X1-inp 5 V3 (D) 1 X1 LAP1 X1-inn LT1720 X1-out 5 40u L1 28u L2 620n C2 0n 10 Probe4-NODE (C) V4 (B) PWM 信号変換回路 file: PWM_Generator(2).sxsch (A) は PWM 出力の後に 4 次バターワース LPF を通した構成をシミュレーションしたものです 出力波形 (D) は PWM 出力をロー パス フィルタ (LPF) を通した波形であり PWM 出力の平均化したものは入力信号 (A) と同じであることがわかる (D) (C) (B) (A) 図 (c) シミュレーション波形の拡大図 (d) LPF 前 ( 下図 ) LPF 後 ( 上図 ) 図 (c) は のシミュレーション波形の時間軸を拡大したものである また図 (d) は LPF の入力前と後のスペクトラムであり スイッチング周波数及び高調波成分が 40dB 以上減衰していることがわかる

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 124 2014-1 13-19 自励型 PWM 回路 は 積分回路とヒステリシス コンパレータによる帰還回路による発振回路を入力 電圧で変調するもので 自励発振型 PWM 回路と呼ばれている 1n +Vcc -Vcc +Vcc 12 3.3k V3-pos 5 AC 1 0 Sine(0 2 1k 0 0) LT1122 X1-out 3.3k X2 X2-out 12 V3 X1 LT1122 +Vcc -Vcc -Vcc file: PWM_Self.sxsch 図 (c) は シミュレーション波形の時間軸を拡大して入力電圧による PWM 波形を見たもの です (A) 入力電圧 =-2V (B) 入力電圧 =0V (C) 入力電圧 =+2V 図 (c) シミュレーション波形の拡大

シミュレーション回路事例集 (1) の使い方 125 2014-1 CDTLab (Circuit Design Technology Laboratory) http://www.cdtlab.jp