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回路シミュレーション サンプル回路集


操作方法

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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)

抵抗網回路
1次RC回路の過渡解析・AC解析
1次RC回路のインピーダンス軌跡
並列共振回路
直列共振回路
直列-並列変換 series-shunt transformation

ダイオード回路

ダイオード回路の負荷線
ダイオードの電流-電圧特性、温度特性
ピーク検波回路
ダイオード チャージポンプ回路

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)

トランジスタの電流-電圧特性
固定バイアス回路
エミッタ帰還(電流帰還)バイアス回路
コレクタ帰還バイアス(自己バイアス)回路
負帰還回路の考え方(電圧帰還・直列注入形)
負帰還回路の考え方(電圧帰還・並列注入形)

インターフェース回路

トランジスタスイッチング回路
LED駆動回路
リレー駆動回路
CMOS-RS232Cレベル変換回路
4-20mA電流ループ回路
フォトトランジスタ回路

トランジスタアナログ回路

カスコードアンプの周波数特性
単同調アンプ
変圧器結合複同調回路
容量結合・インダクタ結合複同調回路
バイポーラ作動対
個別トランジスタで構成したオペアンプ
バイポーラコンパレータ
電圧レギュレータの基礎
Foldback(フの字)形過電流保護回路付きレギュレータ
SOA保護回路付きレギュレータ

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

オペアンプ反転アンプ
単電源反転アンプ
T形帰還回路による高ゲイン実現方法
電圧リミッタ付きアンプ
オペアンプ非反転アンプ
オペアンプ半波整流回路
オペアンプ全波整流回路
単一オペアンプ全波整流回路
オペアンプピーク検波回路
オペアンプ シュミット回路(ヒステリシスコンパレータ)
オペアンプ 定電流源回路(電流ソース)
オペアンプ 電圧-電流変換回路
オペアンプ 積分回路
オペアンプ ゼロ点補正回路(DCサーボ回路)
トランスインピーダンスアンプ
オペアンプ 移相回路

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

CMOSラッチ
バイポーラ マルチバイブレータ
CMOSマルチバイブレータ
オペアンプを使用したマルチバイブレータ
ホビー用LED点滅回路

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

LCタンク回路
コレクタ同調型発振回路
コルピッツ発振回路
コンパレータを使用したLC発振回路

RC発振回路

ウィーンブリッジ発振回路
Sulzer発振回路(Tブリッジ発振回路)
Twin-T発振回路
移相形発振回路
アクティブフィルタによる発振回路

フィルタ

RCパッシブフィルタ

2次RCフィルタ
Tブリッジ回路(ノッチフィルタ)
Twin-Tフィルタ(ノッチフィルタ)

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

Sallen-Key形2次LPF設計
Sallen-Key形2次HPF設計
Sallen-Key形2次BPF設計
多重帰還形2次LPF設計
多重帰還形2次HPF設計
多重帰還形2次BPF設計
多重帰還形4次BPF設計

LCフィルタ設計

LCフィルタ係数

LCフィルタ設計(LPF)
LCフィルタ設計(HPF)
LCフィルタ設計(BPF)
共振器結合BPF設計
(C結合、L結合)

インダクタのロスを考慮したシミュレーション

バターワースLPF
共振器結合BPF(容量結合)
共振器結合BPF2(容量結合)
共振器結合BPF(インダクタ結合)

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

インダクタ
キャパシタ
SAWフィルタ
SPDTスイッチ
理想バラン
2.45GHz LCバラン
s3pバランモデルシミュレーション

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。

抵抗減衰器設計
L形マッチング回路
T形インピーダンスマッチング回路
π形インピーダンスマッチング回路

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。

bjt_renesas_si
Si高周波トランジスタのSパラメータシミュレーション
SiGe高周波トランジスタのSパラメータシミュレーション
NESG2021 2.4GHz Amplifier
fet_bb502c
BB502CデュアルゲートFET
UHFチューナ回路(BB502C)
2SC5066(東芝)VHF~UHF帯BJT
2SC5066アンプ
BFG425 Wideband Amplifier
AT41435 (Avago)
MBC13900 (Freescale)
mmic_bgb741l7esd
MMICシミュレーション

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)

スミスチャートの見方
同軸ケーブルのシミュレーション
同軸ケーブルのシミュレーション(長さを波長で規格化)
λ/4トランスフォーマ
マイクロストリップ スタブ
伝送線路によるインピーダンス変換
ショートした伝送線路の特性
マイクロストリップ整合回路

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

integ_dtl
DTLインバータ
integ_ttl_inv
TTLインバータ
integ_ttl_squaring
TTLのSquaring回路
integ_ttl_csl
TTL with Controlled Saturation
integ_ttl_tri
TTL 3-State Buffer
integ_ecl_nor
ECL 10k OR/NOR Circuit

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。

integ_current_mirror
BJTカレントミラー回路(基本回路と実用回路)

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。

integ_widlar
Widlar電流源とその応用
ピーキング電流源とその応用
電圧制御電流源回路
電流リファレンス回路

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。

VBEマルチプライヤ
温度補償VBEマルチプライヤ
VBEマルチプライヤによる電流リファレンス回路

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

Widlarバンドギャップリファレンス(原理回路)
セルフバイアス駆動ツェナーダイオード
セルフバイアス駆動Widlarバンドギャップリファレンス
Gilbert氏によるWidlarバンドギャップリファレンスの変形版
CMOSバンドギャップリファレンスの基本回路

セルフバイアスを利用した定電流源回路

VBE基準定電流源
もっともシンプルなPTAT電流源
高ループゲイン定電流源

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。

ツェナー基準リファレンス電圧発生回路
LM399高精度ツェナーリファレンス
三端子レギュレータの簡略化回路
MC78LXX三端子レギュレータ
uA78XX三端子レギュレータ
LM78XX三端子レギュレータ
uA78LXX三端子レギュレータ
TL431シャントレギュレータ
LM113電圧リファレンス
AD580電圧リファレンス
LT1004, LM285/LM385電圧リファレンス
LM78LXX三端子レギュレータ(旧バージョン)
LM78LXX三端子レギュレータ
LM100電圧レギュレータ
LM105電圧レギュレータ
CA3085電圧レギュレータ
TA7089電圧レギュレータ
MC1560電圧レギュレータ
uA723電圧レギュレータ
LM317可変三端子レギュレータ
LT1461電圧リファレンス
LT3080電圧レギュレータ(並列接続可能なレギュレータ)

オペアンプ、コンパレータの内部回路

オペアンプを単電源でユニティゲインバッファ(ボルテージフォロア)として使用したときのDC特性についてシミュレーションしています。入力を0V付近としたときの跳躍現象(電源電圧にプルアップされる現象)が現れるかどうかは、初段の回路形式に依存します。

汎用オペアンプ出力の跳躍現象(4558型オペアンプの場合)

代表的なオペアンプの回路形式
RC4558オペアンプ
LM4250オペアンプ
LM358オペアンプ
LM741オペアンプ
LM339コンパレータ

CMOS回路

MOSトランジスタを使用したアンプは、ゲートに電圧源を直接接続して駆動することができ(電流制限抵抗が不要)、またゲート直流電流がゼロであることから、バイポーラトランジスタの場合よりも回路構成がシンプルで理解しやすく、アンプの学習に適しています。

ソース接地アンプ
MOSの電流-電圧特性
CMOSカレントミラー
カレントミラーのAC解析(ハイブリッド・パイモデル)
カスコードアンプ(ハイブリッド・パイモデル)
CMOSインバータ

作業中

Tブリッジ導出
トランジスタの「飽和」の考え方
電気回路と水の流れの関係: 電流・電圧とはなにか
電圧レギュレータ回路の考え方
過電流保護回路の考え方
Sパラメータの基礎

分布定数回路

分布定数回路の基礎(インピーダンス変換)

ウィーンブリッジ
AGC
AGCの包絡線
FETの電流-電圧特性
ロックインアンプ
ラテラルpnpトランジスタの等価回路
matching_microstrip_trans
λ/4 Transformer
matching_microstrip
Microstrip Matching Network
matching_microstrip2
Microstrip Matching Network 2
matching_microstrip3
Microstrip Matching Network 3
matching_microstrip4
Microstrip Matching Network 4
matching_microstrip11
Microstrip Matching Network 11

RFアンプの基礎

rfamp_hxtr6101
Design for a minimum noise figure
rfamp_stabilization
Stabilizing a Transistor
rfamp_conjugate_match
Conjugate Match of a Transistor

高周波回路の基礎

CMOSオペアンプ
オペアンプのAC特性
三端子レギュレータのPSRR特性
Technology 0.35um 0.18um
NMOS PMOS NMOS PMOS
VTO (V) 0.57 -0.71 0.45 -0.45
KP (uA/V2) 190 55 270 70
LAMBDA (1/V) 0.16/L(um) 0.16/L(um) 0.08/L(um) 0.08/L(um)