前回、mc(x,y)関数を利用して素子のばらつきの様子をシミュレーションして、その結果を .measコマンドで測定し、その結果をEXCELで読込みばらつきを度数分布の表とグラフ化しました。
　今回は、OPアンプの増幅回路で使っている素子のばらつきを検討します。

●OPアンプによる反転増幅器

　今回テストするOPアンプは、手元にあり秋月電子通商でも入手できるLT1115を用いました。場合によっては、実際の回路とシミュレーション結果を比較できます。
　5Vの±電源を用意し、信号源は±0.1V、1kHzの正弦波としました。R1のマイナス入力抵抗は10kΩ、R2の負帰還抵抗は100kΩとして10倍のゲインを期待しています。
　プラスの入力抵抗R3は、R1と同じ10kΩとし負荷抵抗R4は3.3kΩに設定しました。
　C1は高域の発振を止めるためのものです。このコンデンサがないと、シミュレーションでも高域で発振してしまいます。

●OPアンプのゲイン

　このOPアンプのゲインは、

　　R2/R1＝100k/10k＝10

となり、0.1Vの入力は1.0Vになります。

　R1の抵抗値を｛mc(10k,tol)｝と設定して、tol=0.05ですから5％のばらつきとなります。
　シミュレーションの繰り返し回数は100回としました。この繰り返し処理は次の .stepコマンドで行います。

　　.step param n 1 100 1

　変数 ｎを、初期値 1 から100まで増分1で100回繰り返します。
　シミュレーション結果を次に示します。
　R1の変動により出力が変動し、V(out)の出力波形の幅が広くなっています。

　各シミュレーションごとのピーク値を次のコマンドで測定しました。

　　.meas mvout max V(out)

　各回の結果はSPICE error logに、次のように表示されています。1.049から0.96くらいの値が見受けられます。

　このエラー・ログのテキスト・ファイルをEXCELで読み取りばらつきの様子をグラフ化しました。グラフ化の処理は前回の「LTspiceのMC関数で部品のばらつきの影響を調べる（1）mc(x,y)関数、gauss(x)関数のばらつきの状態を調べる」で説明してあります。

　R1をmc()関数で、10kΩを中心に±5％の範囲でほぼ均等に分散させています。

　次はR2についてもmc()関数で5％の変動を設定します。
　そのシミュレーション結果を次に示します。より大きく変動しています。

　ばらつきの様子をグラフ化した結果を次に示します。
　R1のみを変動させたときよりばらつきの範囲が広がり、周辺より中心部の度数が大きくなっています。またゲインは　R2/R1 で計算されるから、ゲインばらつきの範囲は次のようになることが想定されます。

　　　95k/10.5k<ゲイン＜105ｋ/9.5ｋ
　　　9.05　　 ＜ゲイン＜11.1

　OPアンプのゲインは、入力抵抗と負帰還抵抗の値で決まります。次は、R3の抵抗と負荷抵抗のR4の値を変動させてみます。R3は10％、R4は20％変動しています。

　シミュレーション結果は、次のようになります。

　V(out)の出力カーブは、ばらつきもなく細い曲線になっています。出力のピークの測定結果も、次に示すようにR3、R4の変動を受けていません。

　利用するデバイスの必要とする精度は同じではありません。次回は、ゲインを決めるR1、R2の抵抗のばらつきが正規分布の場合、出力がどのようなばらつきの分布になるか確認します。mc()関数は部品の変動の影響の範囲を調べることができます。また、基準外となる頻度を調べてみます。

（2020/7/30 V1.0）

＜神崎康宏＞