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初心者のためのLTspice入門の入門(8)

はじめての増幅回路シミュレート

 増幅回路の基本となるOPアンプについて検討します。LTspiceには実際のOPアンプのモデルも多く用意されていますが、次に示すようにOpampのフォルダの一番後ろに表示されているUniversalOpamp2を選択します。level1のモードで利用します。

ls01.png

 このOPアンプのモデルを使用して、次に示すような回路を作成します。V1が信号源のVoltageでV2は+15Vの電源、V3が-15V電源です。プラス・マイナスの電源とOPアンプの電源端子の接続は同じ名称のラベルをセットしています。このOPアンプを裸の状態でテストします。

ls02.png

 メニューバーのSimulation>Edit Simulation Cmdを選択しEdit Simulation CommandのウィンドウでAC Analysisのタブを選択します。シミュレーションの条件は次のように設定しました。

項目 設定内容
Type of Sweep Octave
Number of points per octave 20
Start Frequency 0.1
Stop Frequency 100meg

 実行します。
 シミュレーションの完了後OUTPUTのラベルをマウスでクリックすると、次に示すように周波数特性がグラフ表示されます。

ls03.png

 このOPアンプは最初は120dBの増幅率で、周波数が増加するに伴い増幅率が減少します。10Hzの周波数で-3dBの減衰があり、その後-6dB/Octaveで減衰しています。
 10Hzの周波数の近辺のグラフを拡大すると、次に示すようになります。10Hzの周波数と特性曲線の交点の増幅率は117dBとなっていて120dB-117dB=3dBと増幅率が3dB減少しています。

ls04.png

  次に100Hzから200Hzの範囲を中心にして特性曲線の部分を拡大すると、次に示すようになります。
 100Hzで100dBとなり1オクターブ増加した周波数は2倍の200Hzです。周波数200Hz時の増幅率は94dBとなり、6dB減衰となります。

ls05.png

 今までは、信号をOPアンプの+端子に加えていました。そのため入力信号と出力信号は同じ位相の正弦波で入力がプラスの場合は、出力もプラスで周波数の低い範囲では出力波形の位相も0度となっています。

反転増幅器
 信号をOPアンプのマイナス端子に接続すると、入力信号がプラスの場合は出力はマイナスになり、入力がマイナスの場合出力はプラスになります。この反転増幅器の場合、増幅率は先にシミュレーションした非反転増幅器と同じ結果になっています。しかし、反転増幅器では入力信号が反転しているので、右側の目盛りにあるように位相は180度です。

ls06.png

 裸のOPアンプの周波数特性を調べました。入力1Vのサイン波の信号の出力は120dBとすると1,000,000Vの出力となります。実機でのテストは困難ですが、シミュレーションなら結果を得ることができます。引き続き、次回はOPアンプの回路の検討を行います。実際に実験でも確かめられる回路となる予定です。

(2016/3/8 V1.0)

<神崎康宏>

バックグラウンド

2電源の作り方;図(a)は1電源を抵抗で分圧し、中点を仮想グラウンドとしました。

図(b)はV3は+5Vを設定し、V4は上下をひっくり返し-5Vを設定しました。あまり見やすくありません。

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ls11a.png

連載 LTspice入門の入門

(1) LTspiceの入手とインストール
(2) LTspiceIVの起動
(3) LTspiceIVのシミュレーション手順
(4) 初めての回路入力 コンデンサと抵抗で回路図を作成する
(5) 初めてのシミュレーション AC解析
(6) グラフ表示を見やすくする方法
(7) 特性の変化を目視できる過渡特性のシミュレーション
(8) はじめての増幅回路シミュレート
(9) はじめての反転増幅器
(10) もうひとつの基本回路‥非反転増幅器
(11) オーディオ用に設計されたOPアンプOPA1622を利用する (1) SPICEモデルの入手
(12) オーディオ用に設計されたOPアンプOPA1622を利用する (2) .stepコマンドで負荷抵抗を変化