第6問 トランジスタの基本回路
* circuit 61
.tran 10u 1m 0 5u
Vs 1 0 sin(0V 1mV 10kHz)
C1 1 2 1u
Vcc 10 0 DC 12V
R1 10 2 500k
RL 10 3 500
Q1 3 2 0 Q2SC1815
* the next 4 lines are EQIUVALLENT to Q1
*Rb 2 20 2350
*Vctl 20 21 0
*Vbe 21 0 0.700
*F1 3 21 Vctl 551
.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
*
* Ideal Operational Amplifier . . . K. Mochizuki 2002.3.15
* + - out
.subckt opamp00 1 2 3 params: av = 1000000, vcc=15
rin 1 2 1G
eout 3 0 value={max(-vcc min(vcc av*v(1,2) ) )}
rpow 3 4 1G
.ends
*-----------------------------------------------------
.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。
しかしこれらをつけておけば，ちょっとした回路の修正が，
簡単に行えるために，ここではあえて残しておいた。
.model は，デバイスのパラメタを与える。
パラメタは非常に重要であり，もしパラメタが不確かなら，シミュレーションも意味を失う。
パラメタは，デバイスの測定によって求められる。
メーカーが販売するシミュレータでは，メーカーが保証するパラメタを使うことが出来る。
（ P-Spice や H-Spice など）
しかし，フリーの SPICE を使う場合は，パラメタはユーザーが設定しなければならない。
今回は，小信号用として最も一般的なものを Web 上の「フリー」サイトから探して使った。
なお，著作権は，明示してあるものについては開発した会社にあり，
明示していないものについては数理設計研究所にある。
著作権はここにないのだから，断り無く勝手にコピー，改定は行わないこと。
数理設計研究所 http://www.madlabo.com/mad/edat/spice/index.htm
回路 n61 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 n61.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) と打ち込んで表示し，信号源の振幅を記録する。
(6) 手順(4),(5)を参考に，ベース電圧 v(2) をグラフ表示し，電圧変化範囲を記録する。
(7) 同様に，コレクタ電圧 v(3) をグラフ表示し，電圧変化範囲を記録する。
(8) 再計算用のパラメタ変更のため，「Command」＞「Edit source」から編集を開始し，
プログラム内の Q1 の行をコメントアウトし，
プログラム内のコメント４行を通常のプログラムに戻す。
(9) 再計算をする。
(10) ベース電圧 v(2) をグラフ表示し，電圧変化範囲を記録する。
(11) コレクタ電圧 v(3) をグラフ表示し，電圧変化範囲を記録する。
(12)手順(6),(7)によるトランジスタの入った回路の結果と，
手順(11),(12)による等価回路による結果が，非常に近い値であることを確認せよ。
(13) 再計算用のパラメタ変更のため，「Command」＞「Edit source」から編集を開始し，
旧（F1 3 21 Vctl 551）
新（F1 3 21 Vctl 451）
と，修正する。なお，F1 は電流制御電流源であり，ここで修正したのは，hFE である。
(14) 再計算をする。
(15) ベース電圧 v(2) をグラフ表示し，電圧変化範囲を記録する。
(16) コレクタ電圧 v(3) をグラフ表示し，電圧変化範囲を記録する。
(17)手順(11),(12)による結果と，
hFE を変化させた手順(15),(16)による結果を比較せよ。
この回路は簡易バイアス回路である。
この手順により，「等価回路を使った回路解析は意味のあるものである」ことが確認できる。
また，「簡易バイアス回路は，温度変化に伴う hFE の変動によって，バイアス点が大きく変わる」
ということが確認できる。
* circuit 62 .tran 10u 1m 0 5u Vs 1 0 sin(0V 1mV 10kHz) C1 1 2 1u Vcc 10 0 DC 12V R1 10 2 10.3k R2 2 0 1.7k RL 10 3 500 RE 4 0 100 CE 4 0 10u Q1 3 2 4 Q2SC1815 * the next 4 lines are EQIUVALLENT to Q1 *Rb 2 20 2350 *Vctl 20 21 0 *Vbe 21 4 0.700 *F1 3 21 Vctl 551 .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) * *===以下略(n61と同じ)===* .END
回路 n62 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 n62.cir を開く。 (3) 以下，回路 n61.cir に関する手順(3)〜手順(16)に倣って操作せよ。 (4) v(3) について，最初の hFE の時と修正した hFE の時それぞれの結果を比較せよ。 この回路は電流帰還バイアス回路である。 この手順により，「等価回路を使った回路解析は意味のあるものである」ことが確認できる。 また，「このバイアス方式は，温度変化に伴う hFE の変動があっても，回路動作が安定である」 ということが確認できる。
第7問 トランジスタの応用回路
* circuit 71 .tran 100u 5m 0 50u V1 11 0 sin(0V 10mV 1kHz) E2 21 0 11 0 -1 *E2 21 0 11 0 0 *E2 21 0 11 0 1 Vcc 10 0 DC 12V Vee 40 0 DC -12V RL1 10 12 2k Q1 12 11 30 Q2SC1815 RL2 10 22 2k Q2 22 21 30 Q2SC1815 RE 30 40 2k .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) * * *===以下略(n61と同じ)===* .END
回路 n71 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 n71.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(11) v(21) と打ち込んで表示し，信号源のそれぞれの振幅を記録する。 (6) 手順(4),(5)を参考に，出力電圧 v(12) と v((22) をグラフ表示し， それぞれの出力電圧の振る舞いを記録する。 (7) 再計算用のパラメタ変更のため，「Command」＞「Edit source」から編集を開始し， 旧（E2 21 0 11 0 -1） 新（E2 21 0 11 0 0） または 新（E2 21 0 11 0 1） と，変更する。 なお，E2 は電圧制御電圧源であり， 修正した数字は，Q1 と Q2 のベース電圧の比率を表わす。 即ち，VB(Q1) = +10 win ωt のとき， もしもその数字が-1 ならば VB(Q2) = -10 win ωt であり， もしもその数字が 0 ならば VB(Q2) = 0 であり， もしもその数字が+1 ならば VB(Q2) = +10 win ωt である。 (8) 再計算をする。 (9) 手順(4) に戻る。 この回路は，作動増幅回路である。 以上の手順により，差動入力，シングル入力，同相入力それぞれの場合の回路動作を観測できる。