「ざわざわシミュレータ」トップページ

回路シミュレーションサンプル回路集

操作方法

回路素子上で「右クリック > プロパティ」で回路定数が変更できます。
ドットコマンド(.AC, .DC, .TRAN, .MODEL)はの上で「右クリック　> プロパティ」で変更できます。
メニューバーのシミュレーション実行でシミュレーションが開始されます。
シミュレーションを途中で止めるには中止ボタンを押してください。
チャート(波形プロット)の編集をするには、チャートの上で「右クリック > 編集」として編集モードにします(外枠が赤くなります)。この状態でチャートの右下にマウスを合わせてドラッグすると大きさを変更できます。
チャート編集モード中に右クリックすると軸設定ダイアログが出て、プロットするノードの設定、軸のmax,min,step設定、マーカの設定ができます。

※ 実行時間が長いシミュレーションは、2秒間実行→2秒間休み　を繰り返しています。シミュレーション実行中に「右クリック>中止」で中止できます。または2秒休みの間にメニューバーのを押してください。

※ ページを開いた際、自動的にシミュレーションを実行しているページもあります。

電子回路を理解するための半導体物理

pn接合の電流-電圧特性
 pn接合の温度特性
 バイポーラトランジスタのコレクタ電流の式
 トランジスタの飽和電流Isの温度特性
 トランジスタのVBEの温度特性

基本電子回路

回路シミュレータの基礎: 用語・原理
 RC回路の周波数特性の考え方
 ゲインと位相の関係(ボードの定理)

ダイオード回路

トランジスタ回路

音声信号やセンサ出力信号の増幅など、低周波アナログ回路はオペアンプや信号処理用ICを使用するので、電子回路の教科書に載っているようなエミッタ接地アンプを実務で設計することはありません。実用的なトランジスタ回路は、電圧レベルの変換やアクチュエータ駆動回路のようなスイッチング回路に限られます。ただし、スイッチング回路においてもなるべくICを使用するのが定石です。

もはや実用回路として使用されなくなった回路であっても、トランジスタレベルで回路の動作を詳細に考えることは重要です。電子回路に関する解析力(考察する力・解析に必要な数学力)が鍛えられるからです。また、ICを使用できない特殊な条件(たとえば電源電圧がICの動作保証範囲を超える)がある場合、手持ちの部品で目的の回路を組んですぐに実験したい場合、とにかくコストを押さえたい場合などは、トランジスタレベルでの設計能力が役立ちます。

バイポーラトランジスタの等価回路
 素子感度(sensitivity)計算方法
 二端子対回路(Z,Y,H,Gパラメータ)

インターフェース回路

トランジスタアナログ回路

オペアンプ回路

ワンチップマイコンにオペアンプが内蔵されるようになり、トランジスタの動作原理やオペアンプの内部回路を知らなくても、センサ出力を増幅・検波してマイコンに取り込む等の信号処理が容易におこなえるようになりました。低周波アナログ回路の設計は、オペアンプを使用するのが定石です。

オペアンプのモデルを見るには、右クリック > 編集を選択してください。

イマジナリーショートの考え方
 オペアンプ回路の周波数特性の考え方
 汎用オペアンプを単電源で使うときの注意点

発振回路

発振回路は、電圧・電流の熱的なゆらぎや電源投入時に発生する過渡的な電圧・電流の変位が「発振の種」として正帰還ループによって成長し、発振を開始します。発振回路をシミュレーションするには、(一定値の電源ではなく)PULSE電源を使用して電源をステップ状の波形としたり、.ICコマンドを使用してノード電圧の初期値をDC動作点から少しずれた点に設定したりします。

※ 何も設定しなくても、回路方程式を解く際の数値的な丸め誤差を「発振の種」として発振することもあります。

弛張(しちょう)型発振回路 relaxation oscillator

LC発振回路

LCタンクのエネルギー散逸(さんいつ)とQの意味
 変圧器の等価回路

RC発振回路

フィルタ

RCパッシブフィルタ

オペアンプアクティブフィルタ設計

カットオフ周波数、Q等を入力して回路定数を算出します。

注意事項

オペアンプのモデルは、RCによる単極モデルです(右クリック>編集で内部回路が開きます)。
オペアンプの利得帯域幅積(GBW)及び出力抵抗が指定可能です。
目的の伝達関数を実現する回路定数の決め方は1通りではありません。自動設計の結果が最適値とは限りません。

LCフィルタ設計

LCフィルタ係数

インダクタのロスを考慮したシミュレーション

Sパラメータシミュレーション

高周波回路のシミュレーションでは、等価回路を使用してデバイス特性をモデリングするのが困難なので、数表として与えられたモデルを使用します。現在は、Sパラメータを使用したモデルが主流となっています。

Yパラメータとはなにか
 Sパラメータとはなにか
 Sパラメータ計算例

高周波電子部品のSパラメータシミュレーション

インピーダンスマッチング(インピーダンス整合)

インピーダンスマッチングとは、簡単に言うと、回路を共振させてゲインを持ち上げることです。高周波アンプ回路のように、周波数の増加とともにゲインが低下する領域でトランジスタを動作させる場合は、信号源とトランジスタの間、トランジスタと負荷の間にインピーダンスマッチング回路を挿入して回路を共振させ、ゲインを持ち上げる必要があります。

インピーダンスマッチング回路のシミュレーションは、AC解析(.AC)、Sパラメータ解析(.SP)のどちらでもできますが、Sパラメータ解析のほうが整合時に0dBとなるので分かりやすく便利です。

高周波アンプのSパラメータシミュレーション

UHF帯以上の周波数ではSパラメータモデルを使用してシミュレーションします。トランジスタを信号源や負荷に直接接続しただけでは所望のゲインが得られないので、インピーダンスマッチングする必要があります。また、発振しないように抵抗を使用して適度にゲインを抑える必要もあります。

分布定数回路(無損失伝送線路)シミュレーション

分布定数回路の考え方
 分布定数回路のシミュレーション(パラメータ設定方法)

トランジスタロジック回路

古い回路ですが、トランジスタの動作領域(カットオフ、能動領域、飽和)を考える練習になります。

TTL回路開発の歴史

カレントミラー回路、カレントソース回路、基準電圧発生回路

カレントミラー回路

オペアンプや電圧レギュレータなどアナログICの内部回路には、必ずカレントミラー回路が使用されています。アナログICの内部回路を理解するには、まずカレントミラーを理解する必要があります。

カレントソース(微小電流源)回路

カレントミラー回路は入力電流=出力電流ですが、微小電流源回路では入力電流>出力電流となります。オペアンプのバイアス電流源等に利用されます。

VBEマルチプライヤ

VBEマルチプライヤは、プッシュプルアンプのバイアス電圧をつくる回路として有名ですが、Widlarバンドギャップリファレンスの原形とも考えられます。

Widlarバンドギャップリファレンス回路

三端子レギュレータの内部回路の心臓部であるWidlarバンドギャップリファレンス回路です。バンドギャップリファレンスなどIC内部の基準電圧発生回路は、電源電圧を抵抗分圧して電圧をつくるのではなく、セルフバイアスによって電源電圧に依存しない一定の電圧をつくります。セルフバイアス回路とは、正帰還ループの中に非線形素子を組み込み、非線形素子の特性によって動作点が決まるようにした回路で、アナログICの内部回路では必須の技術です。

セルフバイアス回路の考え方

セルフバイアスを利用した定電流源回路

電圧レギュレータIC、三端子レギュレータICの内部回路

Widlar氏が発表した初の集積化レギュレータLM100は、ツェナーダイオードを基準電圧源とした8ピンデバイスで、出力電圧設定用抵抗等の外付け素子が必要でした。その後発明されたWidlarバンドギャップリファレンスを基準電圧源とした78シリーズでは、外付け抵抗が不要となり、内部回路がブラックボックスでも使用可能となりました。さらに、AD580やLM317ではBrokaw型バンドギャップリファレンス回路が使用されています。

※ 回路定数は各社のデータシートを参考にしていますが、データシートに記載されていない部分については、回路形式から予測して適宜設定しております。