LTspiceを使った半波整流回路のシミュレーション（１）

オペアンプを使った半波整流回路のシミュレーションを行ってみました。
オペアンプには LM7171 を使いました。
PSpice Model をダウンロードして LTspice に組み込んだのですが、久しぶりなのですっかりやり方を忘れてしまい、悪戦苦闘させられました＾＾；；

抵抗は2KΩと10KΩ、ダイオードにはシリコンダイオード 1N4148 とショットキーダイオード RB751SM-40 と組み合わせて違いを見ました。
ダイオードはいずれも LTspice のライブラリにありますが、ショットキーダイオードに RB751SM-40 を選んだのは、秋月で RB751S-40が売ってるためです。型番がちょっとだけ違いますが、たぶん同じでしょう、ライブラリでも Rohm となってますし。




入力は500KHz、2Vp-p の正弦波です。


シミュレーション結果です。
ちょっとわかりづらいのですが、茶色の線が理想的な半波波形です。
上がシリコンダイオードを使った場合、抵抗値10KΩでは２KΩよりマイナス側への落ち込みが大きくなります。
下はショットキーダイオードの場合、同じく抵抗値10KΩでマイナス側への落ち込みが大きくなりますが、シリコンダイオードより小さくなります。


ショットキーダイオードよりシリコンダイオードの方が立ち上がり波形が悪くなっていますが、順方向電圧降下の差であると思います。
マイナス側への落ち込みの差は接合容量が関係しているものと思います。
LTspice のライブラリでは 1N4148 の接合容量は 4pF、RB751SM-40 の接合容量は 2.1pF となってました。
ゲルマニウムダイオード 1N60 の接合容量は 1pF だそうですから、さらに改善が見込めるかもしれませんが、これはあくまでシミュレーションです。
実際に作るとなるとストレー容量があちこちに出来てしまうので、そんなにうまくはいかないかもしれませんね。

赤色LEDのモデル

「電子工作な日誌」さんのSpiceモデルの作成その1 練習にあった赤色LEDのモデルを使わせて頂きました。

C:\Program Files\LTC\LTspiceIV\lib\cmp\standard.dioを開いて最後の行に
.model redLED D(Is=7f N=2.42 Rs=1.3772 Bv=5 Ibv=10u Cjo=38p Vj=0.6323 M=0.323 tt=20n EG=1.43 type=LED )
を追加しました。

電球を振幅制御に使ったウイーンブリッジ発振回路のシミュレーション

LTSpiceの抵抗には左図のように計算式を入れることが出来る。
この場合抵抗値はR1に流れる電流の1000倍+1Ωとなる、1mAなら1001Ω2Ωとなる。
+1を入れているのは抵抗値をゼロにするとエラーになるからだ。
おそらく抵抗に流れる電流を電圧÷抵抗値で計算しているからだろうと思う、抵抗値がゼロだとゼロによる割り算になってしまう。
もう一つの問題は電流の向きによっては抵抗値がマイナスになってしまうこと。
これには
R=abs(I(R1))*1000+1
と電流の絶対値を取ることによってさける事が出来る。


次に電球の熱時定数をどう現すかだが、結局下図のように一旦R3に流れる電流をBVによって電圧に換え、R5とC3によるローパスフィルタを入れ、この出力によってR3の値を変えるようにしてみた。

シミュレーションに使った回路、発振回路は単なるウイーンブリッジ発振回路。
なおR3の計算式は一つ前の日記の結果を利用している。


シミュレーション結果。
電源投入時はR3の値が小さいので出力はクリップするが、V1が次第に上昇することによって振幅制限がかかるようになる、振幅はR5とC3による遅れによって減衰振動を繰り返しながら一定値に近づく様がわかる。
実際この電球を使って以前にウイーンブリッジ発振回路を作ったことがあるが、振幅は同じような振る舞いをするのをオシロで確認している。
このシミュレーション、どこまで正しいのかはわからないが、そんなに外れてないと思う（思いたい＾＾；）

NJM4580のマクロモデルについて

2chの回路シミュレーションpart4で気になる書き込みを見つけた。




そこで試してみると確かに4580では6mAぐらいで出力がクリップする。
実際にはもっと流せるんですけどね。

で、njm2114.libとnjm4580.libを開いて比較して怪しそうなところを探してみると

njm4580.lib中で

vlp 91 0 dc 5.4000
vln 0 92 dc 5.4000

となっている。これが怪しい、ちなみにnjm2114では

vlp 91 0 dc 60
vln 0 92 dc 60

なのだ。
試しに上記の5.4000を54に換えてみたらＯＫとなった。

LTSpice：JRCのオペアンプ

JRCオペアンプのマクロモデルがダウンロードできます（登録必要、無料ですが）
LTSpiceで使うのにてこずりました。

サイトから一部引用しますと
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
当社が提供する製品マクロモデルおよび関連情報は、米Cadence社製のOrCAD/PSpiceで使用する事を前提に作成しています。
米Cadence社製 OrCAD/PSpice以外のシミュレーションソフトウェアでの動作は、対象外とさせていただきます。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
ナショナルセミコンダクタのマクロモデルは簡単に使えたので同じ様にやってみたらうまくいかず。

あれこれやって、なんとかファイルの一部を修正してＯＫとなりました。

回路はNJM4580とNJM4558を使った11倍の増幅回路ですが、周波数特性に違いがあるのがわかります。

GICによる電子インダクタ・シミュレーション

以前LM6171を使ったGICによる電子インダクタを作ったことがあった。
LTSpiceでシミュレーションしてみた。
回路図中のI1は定電流源で100KHzから100MHzに渡り0.01mAを電子インダクタに流すように設定してある。
シミュレータでなければちょっと出来ない業だ。
C1を100p、330p、1000pとかえている、これで100μH、330μH、1000μHのインダクタになる。



シミュレーション結果。
赤：1000pF
青：330pF
緑：100pF
位相に注目すると2MHzぐらいまでは-90度と理論通りになっている。

この電子インダクタにキャパシタを並列につなぎ、ゲルマニウムダイオードで検波してやればゲルマラジオが出来そう。でも無電源では動かないなぁ。

多分、やりませんけど。

FETのモデル化・2

数理設計研究所のSpice Model Libraryに2SK192のモデルがあるのでそれを元にstandard.jftに追加した。

.model 2SK192A NJF(beta=2.96m vto=-2.60 cgd=1p cgs=2p mfg=Toshiba)
.model 2SK192AY NJF(beta=1.54m vto=-1.75 cgd=1p cgs=2p mfg=Toshiba)

上の行はSpice Model Libraryのまま、
下の行は私が特性を取った2SK192Y。

2SK192AはIDSSによって三つに分類されている。
Y: 3.0～7.0
GR: 6.0～14.0
BL: 12.0～24.0

Spice Model Libraryのモデルは
beta=2.96m vto=-2.60だからIDSS=beta*vto^2=20mAと計算できるのでBLタイプだと思う。

FETのモデル化

先の結果をLTSpiceに組み込むためにFETのモデル化に関する考察を参考にさせて頂いた。
計算結果は出ているのでstandard.jftを開き
.model 2SK192Y NJF (VTO=-1.7467 BETA=1.538m CGD=7p PB=20 CGS=0 LAMBDA=0 TNOM=25 mfg=Toshiba)
の１行を追加した。CGD,PB,CGS,LAMBDAおよびTNOMについてはとりあえず2SK30Aのデータをそのまま流用した。