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初心者のためのLTspice入門 フィルタ回路の再確認(3)ホワイト・ノイズをフィルタにかけると

 ホワイト・ノイズは全周波数領域で同じ強度をもちます。LTspiceではコンポーネントVB(Arbitrary behavioral voltage source)を使用します。具体的な出力の使用は、white()と呼ばれる±0.5の範囲でランダムな値を発生する関数を利用します。
 0から1の間の乱数値を発生するrand(x)関数も用意されていますが、white(x)のほうがよりスムーズな変化となります。
 今回は、可聴領域を20kHzとしてxの値を次のように設定しました。

   2 * pi * 20k * time
    pi :円周率
    time:経過時間単位はsec(秒)


 この設定で1秒間 過渡解析を行った結果を次に示します。波形のピッチも荒く高い周波数の成分があまり含まれていないように見えます。

シミュレーション結果をFFTで調べる

 FFTの結果は、次に示すように200Hzの周波数成分以上の高い周波数の減衰が大きく、20kHzくらいまでの成分が含まれていることを期待していましたが、そうではありませんでした。

Maxium Timestep

 20kHzの周期は1sec/20000=0.05msです。1サイクルに2ポイントのシミュレーションは行うとして、Maxium Timestepの値を25μsに設定しました。

 次に示すように、緻密なシミュレーション結果が得られました。FFTで構成される周波数成分を確認してみます。

 グラフ画面をマウスの右ボタンでクリックし表示されるリストからViewを選択し、表示されるリストからFFTを選択します。この処理で、このグラフ表示された波形のFFTを設定する「Select Waveforms to include in FFT」の画面が表示されます。デフォルトの設定で実行します。

 FFTの実行結果は、次に示すように20kHzまでの成分が同じようなレベルで維持され20kHz以上の成分が急激に減少しています。

 次のR1・C1のローパス・フィルタを通過させてみます。V(out2)がその結果です。


FFTの結果

 次に示すFFTの結果から、約1500Hz以上の成分が減少しているのがよくわかります。

out1、out2の出力をWavファイルに保存

 ホワイト・ノイズとフィルタを通過した波形データを、それぞれwavファイルで保存しその音を聞いてみます。ステレオの右・左を独立に再生できる場合は、次のようにステレオで保存します。

.wave x:\電子クラブ\Ltspice\adalm2000\out2.wav 16 44.1k v(out2) v(out1)/2

 ステレオのチャネルごとの再生が容易でない場合、次のようにホワイト・ノイズを保存します。フィルタを通過した波形(out2)がホワイト・ノイズのレベルの半分くらいなのでv(out1)/2としています。out11.wavはホワイト・ノイズの音源のファイルです。

.wave x:\電子クラブ\Ltspice\adalm2000\out11.wav 16 44.1k v(out1)/2


 out21.wavはフィルタを通過した音源のファイルです。

.wave x:\電子クラブ\Ltspice\adalm2000\out21.wav 16 44.1k v(out2)

 確かめてみてください。

(2019/6/23 V1.0)


<神崎康宏>

初心者のためのLTspice入門

フィルタ回路の再確認

(1) CR回路ローパス・フィルタを2段接続すると

(2) フィルタの効果を調べるための信号の作成

(3) ホワイト・ノイズをフィルタにかけると


◆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

◆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