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初心者のためのLTspice入門 フィルタ回路の再確認(8)OPアンプの発振を止める

 前回、OPアンプをLT1006からLT1115に変更すると、LTspiceのシミュレーション結果も実際の回路でも発振しているのが確認できました。

OPアンプの裸のゲインを調べる

 LTspiceで、LT1006とLT1115の外部回路を付加しないOPアンプのみの回路のゲイン(増幅率)の様子を調べます。次に示すように、LT1006に正負の5V電源と周波数特性を調べるための正弦波の発振源となるV3を用意します。次にLT1006のシミュレーション回路と結果を示します。AC解析で0.01Hzから10MHzの特性を調べました。


 最大130dBの増幅率から、0.2Hzくらいのカットオフ周波数で周波数特性が-6dB/octの減衰率で低下しています。また、550kHzくらいでゲインも0dBとなります。位相が180°を超えるときにはゲインはマイナスになっています。

データシートでLT1006のゲインを確認

 回路図のLT1006のシンボルをマウスの右ボタンでクリックして、表示されるリストから「Go to Analog’s website for datasheet」を選択し、アナログ・デバイセズのWebページにジャンプするとデータシートが表示されます。次に示すように、裸のゲインの周波数特性もLTspiceのシミュレーション結果とほぼ同様な結果となっています。


LT1115の裸の周波数特性を調べる

 LT1115のゲインの周波数特性は、LTspiceのシミュレーション結果で、

  • カットオフ周波数が2Hzで
  • ゲインは10MHzの周波数でも3.5dBのゲインがあり

マイナスになっていません。

 LT1115は、LT1006に比べ20dB増加した150dBのゲインをもち、カットオフ周波数も10倍高域の2Hz、1MHzのゲインも約35dBと高域の特性が向上しています。

 LT1115のデータシートのゲインの特性は、次に示すようにLTspiceのシミュレーション結果と同様な値となっていました。

発振を止めるためC2を追加

 発振を止めるため、R2の負帰還抵抗にパラレルにC2のコンデンサを追加しました。容量が大きいと高域のゲインが低下します。C2のコンデンサを3pFにしたシミュレーション結果を示します。

 C2を3pFにした場合は発振が停止し、きれいな出力波形が得られました。C2の値を1.5pFまで下げても発振しませんが、C2の値を1.4pFにすると次に示すように高域の発振が認められます。

実際の回路での確認

 実際の回路で、発振止めのC2を追加した場合の様子を、ADALM2000で確認します。C2の値を3pFにした場合の実測データです。


 LTspiceの過渡解析では、高域で発振しているのが確認できました。その発振を止めるために負帰還回路に小容量のコンデンサを追加し、効果をLTspiceで確認できました。また同じ回路でもOPアンプの特性によって回路が発振することも確認できました。

(2019/11/27 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

(4) オールパス・フィルタ

(5) オールパス・フィルタの実測

(6) 入出力波形をADALM2000で観測し90°の位相を確認する

(7) R3の値を100kΩに変更して実際の回路と比較する

(8) OPアンプの発振を止める


◆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