第5問 ダイオード
* circuit 51 .DC V1 -5 0.7 0.01 V1 1 0 DC 1V R1 0 2 1 D1 1 2 d1s2075 .probe *----------------------------------------------------- * copy from http://www.madlabo.com/mad/edat/spice/index.htm *----------------------------------------------------- * HItachi Si EP High speed switch .model d1s2075 D(IS=1.387E-9 N=1.702 RS=1.53 + CJO=1.92pf VJ=0.4996 M=0.0605 TT=5ns BV=75 IBV=100E-15) * *Low Noise Amp PC=0.4W Ic=0.15A Vcbo=60V .model Q2SC1815 NPN(Is=2.04f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=6 Bf=400 Ne=1.5 Ise=0 + Ikf=20m Xtb=1.5 Br=3.377 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=2p + Mjc=.3333 + Vjc=.75 Fc=.5 Cje=5p Mje=.3333 Vje=.75 Tr=10n Tf=311.1p + Itf=0 Vtf=0 Xtf=0) * TOSHIBA 90-01-29 creation * *Low Noise Amp PC=0.4W Ic=0.15A Vcbo=50V .model Q2SA1015 PNP(Is=295.1E-18 Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=110 Ne=1.5 Ise=0 + Ikf=0 Xtb=1.5 Br=10.45 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=15 Cjc=66.2p + Mjc=1.054 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=5p Mje=.3333 Vje=.75 Tr=10n + Tf=1.661n Itf=0 Vtf=0 Xtf=0) * TOSHIBA 90-01-23 creation .END ---解説： 行頭の + 記号は，前の行から続くという意味である。 青色の部分はこのシミュレーションには不要である。 .model は，デバイスのパラメタを与える。 パラメタは重要であり，もしも不確かなパラメタを使うと，シミュレーション結果も意味を失う。 ここでは，小信号用の最も一般的な素子を，Web の「フリー」サイトから探してきた。 著作権は，明示された会社にある。ファイルの中身を勝手に修正しないこと。 また，コピーの際は必ず会社名もいっしょにコピーすること。 数理設計研究所 http://www.madlabo.com/mad/edat/spice/index.htm
回路 n51 をシミュレーションするための操作 (1) ngspice の起動 (2) 「file」＞「open」から n51.cir を開く (3) 「file」＞「run」 コマンドによるシミュレーションの実行 (4) 「Graph」＞「Select Vector」コマンドを選ぶ --->すると，表示すべき電圧を聞いてくる。 (5) v(2) と打ち込む (6) (お好みで)「Command」＞「Edit source」から編集すればパラメタを変えられる。 DC解析は，直流電圧を変えたときの出力を見ることである。 pulse 電圧を加えた場合との違いは， pulse電圧の際にはシミュレーションで容量も扱うのに対し， DC解析では容量を完全に無視できることである。 回路全体に加わる最大の正電圧は 0.7V である。 これに対して，R1 に加わる最大の電圧は8mV程度である。 このことから，R1 に加わる電圧は，回路全体からすると無視できる。 従って，D1 に加わる電圧は V1 と等しいものとして取り扱うことができる。 一方，D1 に流れる電流は R1 に流れる電流と等しく， また，R1 に流れる電流は R1 の両端の電圧と比例する。 従って，R1 の両端の電位差を見ると，D1 に流れる電流と同じ波形と考えられる。 今回は R1=1Ω のため，ボルトをアンペアと読み替えてよい。 （R1 に 1mV 加わったならば，回路に 1mA 流れているということ） 以上のことから，plot v(2) で見られる波形は，ダイオードの電圧-電流特性である。 （R1 が大きいと，R1の電圧の増加から D1の電圧はV1とは異なり，グラフがおかしくなる） ---課題： ・電圧が負の時の電流の大きさを調べよう。 ・V1=0.5[V]，V1=0.6[V]，V1=0.7[V] それぞれの時の電流を調べよう。
* circuit 52 .DC V1 -10 10 0.1 V1 1 0 DC 1V R1 1 2 1k D1 2 3 d1s2075 V2 3 0 2.3V .probe *----------------------------------------------------- * copy from http://www.madlabo.com/mad/edat/spice/index.htm *----------------------------------------------------- * HItachi Si EP High speed switch .model d1s2075 D(IS=1.387E-9 N=1.702 RS=1.53 + CJO=1.92pf VJ=0.4996 M=0.0605 TT=5ns BV=75 IBV=100E-15) * 15 lines were left out .END
回路 n52 をシミュレーションするための操作 (1) ngspice の起動 (2) 「file」＞「open」から n52.cir を開く (3) 「file」＞「run」 コマンドによるシミュレーションの実行 (4) 「Graph」＞「Select Vector」コマンドを選ぶ --->すると，表示すべき電圧を聞いてくる。 (5) v(2) と打ち込む (6) (お好みで)「Command」＞「Edit source」から編集すればパラメタを変えられる。 この回路の動作は， 入力電圧 V1 が 3V 以下の時は v(2)=V1 だけれど， 入力電圧 V1 が 3V 以上の時は v(2)=3[V] 固定というものである。 出力が 3[V] で制限されることから，リミッタ回路と呼ばれる。 実際のところ，ダイオードの電圧電流特性はいくぶん緩やかであり， ダイオードの電圧が 0.7 [V] になって急激に電流が流れるわけではない。 そのため，グラフを厳密に見ると，リミッタ特性はだらっとしている。 しかし，大まかに見れば，まさに設計とおりの特性である。 ---課題： ・回路図を書こう。 ・入力電圧V1 が 2V の時に特性が変わるように回路を再設計し，動作を確認しよう。
* circuit 53 .tran 30u 60m 0 30u V1 1 0 sin(0V 10V 50Hz) D1 1 2 d1s2075 R1 2 0 1k D2 1 3 d1s2075 D3 0 3 d1s2075 D4 4 1 d1s2075 D5 4 0 d1s2075 R2 3 4 1k .probe *----------------------------------------------------- * copy from http://www.madlabo.com/mad/edat/spice/index.htm *----------------------------------------------------- * HItachi Si EP High speed switch .model d1s2075 D(IS=1.387E-9 N=1.702 RS=1.53 + CJO=1.92pf VJ=0.4996 M=0.0605 TT=5ns BV=75 IBV=100E-15) * 15 lines were left out .END
回路 n53 をシミュレーションするための操作 (1) ngspice の起動 (2) 「file」＞「open」から n53.cir を開く (3) 「file」＞「run」 コマンドによるシミュレーションの実行 (4) 「Graph」＞「Select Vector」コマンドを選ぶ --->すると，表示すべき電圧を聞いてくる。 (5) v(1) v(2) v(3)-v(4) と打ち込む (6) (お好みで)「Command」＞「Edit source」から編集すればパラメタを変えられる。 ちなみに，v(1) は入力電圧，v(2) は抵抗 R2 に加わる電圧，v(3)-v(4) は抵抗 R1 に加わる電圧である。 ダイオードによる整流。 v(2) ： 1本のダイオードによる半端整流。 v(3)-v(4) ： 4本のダイオードによる回路（通称ダイオードブリッジ）による全波整流。 ---課題： ・回路図を書こう。 ・それぞれの整流回路で「電力制御」を行う時，それぞれの回路の利点・欠点を考察しよう