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初心者のためのLTspice入門 OPアンプを利用したフィルタ回路のシミュレーションと実測(7)単一電源で動作させる

 OPアンプLT1006を単一電源で動作させるために、LTspiceXVIIに用意されているLT1006のmacromodel’s test fixtureを展開し、シミュレーションを行いました。
 シミュレーション結果は、次のようになりました。出力信号は500mVのラインを中心に上下100mVの振幅の正弦波の波形となっていました。

入力信号を別ペインで表示して見やすくする

 入力信号も確認するために表示します。しかし、出力信号の1/100の大きさなので、同じグラフ領域に表示してもよくわかりません。そのため、入力の用のペインに入力信号のみ表示することにします。

  メニューバーのPlot Settings >Add Plot Pane

を選択します。新しいペインが表示されます。

Traceの追加

 新しく追加されたペインの表面をマウスの右ボタンでクリックすると、リストが表示されます。そのリストの中のAdd Tracesを選択すると、次の画面が表示されます。この中から入力信号のV(in)を選択し、OKボタンをクリックします。

 OKボタンをクリックすると次に示すように、青の入力信号、赤の出力信号がそれぞれのペインいっぱいにグラフ表示されます。

 ピークのサイズをわかりやすくするために、グラフのみの表示にしました。

入力

 入力は5mVを中心に4mVから6mVの振幅があり、5mVを中心軸とする±1mVの正弦波であることが確認できます。

出力

 出力は400mVから600mVで500mVを中心軸とした±100mVの振幅の正弦波となっています。

増幅率

 非反転増幅器で、増幅率は負帰還回路の抵抗R1、R2から次のように計算されます。

  (R1+R2)/ R2 = (99+1)/ 1 = 100

とVinの入力電圧の100倍の出力電圧が得られることが想定されます。入力が±1mVで出力は、その100倍の±100mVなっていました。

オフセット電圧

 V3の信号源は、5mVのオフセット、振幅は1mV、1kHzの周波数に設定されています。その内容は、次に示すように設定されています。


DC offsetを0にすると

 信号源のDC offsetを0にしてシミュレーションを行うと、次に示す結果が得られました。出力は±の波形のマイナス側の波形はカットされ、+部分の波形についても30mVくらいカットされた波形になっています。

 入力信号は、DCオフセットが付加されたときと同じ±1mVの正弦波となっています。
 単一電源でOPアンプを動作させると、マイナス側の入力は - 電圧と認識しません。プラスの入力電圧に対しての出力電圧の様子を調べるために、入力を0Vから5mVまで2ms上昇し0Vまで2ms下降、を繰り返すようにPWLで設定します。

 この設定でシミュレーションを行った結果を次に示します。
 入力信号のペインで青のラインが入力で0mVから5mVまで直線で変化しています。出力側のペインには入出力関係をわかりやすくするために、緑色のV(in)*100と入力値を100倍したラインとなっています。

 OPアンプの出力が30mVくらいのオフセット出力があり、入力値を100倍した値が30mV以下の入力値に対して、次に示すようにオフセットの30mVの出力となっています。

DCに対応した増幅率100倍のアンプ

 V3からの入力信号0Vから40mVに対して、0Vから4Vの出力を得ることができます。ただし、オフセット出力のため0Vから30mVまでの間は入力のいかんにかかわらず同じ値になります。

 DC出力のセンサなどの増幅には、オフセットが無視できる範囲を選んで利用することになります。交流信号の増幅のみを考えた場合は、コンデンサを追加することで容易に単電源の増幅器を構成できます。その場合、信号の帯域により適切なコンデンサを選択する必要があります。次回検討します。

(2019/3/14 V1.0)


<神崎康宏>

初心者のためのLTspice入門 

OPアンプを利用したフィルタ回路のシミュレーションと実測

(1) 実測値を測定するための準備

(2) Scopyのインストール

(3) コンデンサにはインダクタンス成分もある

(4) ムラタ製作所のセラミック・コンデンサのLTspice用のデータを利用する

(5) シミュレーション結果とScopyによる実測値とを比較する

(6) 非反転増幅器のシミュレーション結果とScopyによる実測値とを比較する

(7) 単一電源で動作させる

(8) 単一電源でAC信号を大きく振幅させる

(9) LTspiceのシミュレーション結果をADALM2000でトレース

(10) 低域の周波数特性の改善


◆オームの法則を確認する

(1) 抵抗の設定...(4) 回

◆オームの法則で回路に任意の電圧を作る

(1) 抵抗分割...(4)回

◆LTspiceXVIIはUNICODEに対応して日本語表示もできる

(1) LTspiceXVIIで日本語を表示...(3)回

◆シミュレーション結果を保存しその結果を利用する

(1) WAVEファイルにする...(5)回

◆AC電源から直流電源を作る

(1) ダイオードによる整流回路...(5)回

◆ダイオードの動作確認

(1) ダイオードのモデル

◆コイルを利用した電源回路

(1) チョーク・インプット型全波整流回路... (5)回

◆LCRを用いた回路の検討

(1) 抵抗器(レジスタ)では交流信号の周波数が変わっても抵抗値は変わらない

(2) キャパシタンス(コンデンサ)Cのふるまい

(3) インダクタ(コイル)のふるまい

(4) CR回路のふるまい

(5) CR回路とパルス波の中身

(6) パルス波をフーリエ級数で表現すると

(7) LRフィルタを作る

(8) 電圧依存電圧源で信号を作る

(9) 電圧依存電圧源のLaplace オプション

◆スイッチング電源ICのシミュレーション

(1) LTC1144 (2) LTC1144 (2) (3) LTC1144 (3) (4) LTC3261(1) (5) LTC3261(2) (6) LTC3202(1)

◆ウィーン・ブリッジ発振回路のOPアンプ、フィルタの役割

(1) 低周波の正弦波発振回路

(2) ウィーン・ブリッジ回路各様の特性を.measコマンドで測定

(3) バンドパス・フィルタの出力の減衰とOPアンプの増幅率の関係

(4) ウィーン・ブリッジ発振回路を単一電源で動作させる

(5) ウィーン・ブリッジ発振回路に振幅の制限回路を付加する

(6) ウィーン・ブリッジ発振回路を実際の回路で確認する

(7) ウィーン・ブリッジ発振回路を実測したCRで確認する