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初心者のためのLTspice入門 フィルタ回路の再確認(11)LTspiceに設計データを入力しサレン・キー型ハイパス・フィルタを設計②

 サレン・キー型フィルタの設計ではOPアンプの特性値は設計条件に含まれていません。前回設定した条件で、OPアンプをLT1115に置き換えます。

 回路の各素子の値を設定する方法は、前回の「初心者のためのLTspice入門 フィルタ回路の再確認(10)」をそのまま利用しているので参照願います。

  https://www.denshi.club/ltspice/2020/02/ltspice-10ltspice.html

OPアンプの配置

 回路図上のOPアンプは上がプラス入力、マイナス電源、下がマイナス入力、+電源となりコンポーネントから取り出したOPアンプのシンボルとは上下反転しています。そのため、Ctrl+Rキーを2回クリックして180°回転します。その後、Ctrl+Eキーをクリックしてこの配置にします。

 C1=0.01μF、Fo=10kHz、Q=0.3、0.5、0.707、H=2の条件で設計された、サレン・キー型ハイパス・フィルタのシミュレーション結果を次に示します。

 LT1006の場合は高域の周波数特性が低下していましたが、LT1115では2MHzくらいまでは平坦な周波数特性を示しています。この違いはそれぞれのデータシートで確認できますが、それぞれのOPアンプの高域のゲインに差があるためと考えられます。

 データシートからそれぞれのOPアンプのゲインは次のようになります。 

  1Hz時の利得
[dB]
100kHz時の利得
[dB]
1MHz時の利得
[dB]
LT1115 150 55 30
LT1006 120 20  -

 

実際の回路での確認

 LT1115のOPアンプに差し替えた実際の回路を用いて、ADALM2000で周波数特性、出力の波形の様子を確認しました。

 回路の素子は、次に示すように前回と同じものを利用しました。

Qが0.707時、R1=1252Ω
      R2=2023Ω。 R3、R4も同じ。 C1、C2 = 0.01μF 
 使用した素子;
     カーボン抵抗 R1は1kΩ+220Ω R2 、R3、R4 は2kΩ
     フィルム・コンデンサ C1、C2は0.01μF

 以上の回路でLT1115をセットし、ADALM2000で周波数特性を調べた結果を次に示します。

 高域の特性はフラットの期間が1MHz以上に伸びています。次に40kHzの正弦波を入力したときの入出力の波形を次に示します。橙色のラインが入力波形で紫色のラインが出力波形です。入力正弦波のピークは1Vで、出力のピークは2V強の値となっています。

 同じ条件でのLTspiceのシミュレーション結果を次に示します。入力信号は設定値ですから1Vのピーク値になっています。出力は2.07Vと実際の回路とLTspiceのシミュレーション結果とほぼ同様な結果となりました。

 LT1006もLT1115も共にカットオフ周波数のフィルタとしての特性は同じ結果を得られました。しかし、LT1006とLT1115では高域の周波数が異なり、LT1006は1MHzのゲインがマイナスになっていて高域のゲインが得られない結果となっています。OPアンプの選択に当たっては、必要とする範囲での十分なゲインが得られるかデータシートなどの確認も必要になります。

(2020/2/18 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

(9) サレン・キー型ローパス・フィルタをシミュレート

(10) LTspiceに設計データを入力しサレン・キー型ハイパス・フィルタを設計①

(11) LTspiceに設計データを入力しサレン・キー型ハイパス・フィルタを設計②


◆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