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Spice

あなたの専門が流体力学でも，実験しようとするとセンサーの面倒を見なければならず，すると電気回路が必要です．でも専門ではないので，電気回路を作っても動くやら？そんな時にはSPICEですね．LinearTechも吸収し，いまでは世界王者AnalogDevicesからダウンロード．うん？Texas Instrument のほうが2倍でかいのか・・・

そりゃ世界に冠たるNational Instrument (今ではTexasの一部門)の．．．なんだったっけ？MultiSimだ！買ってたけどなあ．あれはちょいと大げさすぎる．PCB基盤の発注までやらされそうな勢いだし

要は微分方程式を解くだけのソフトである．．．でも式立てるのも面倒だし，配線図書いたらRUNで電圧やら電流がわかった方が便利〜

無料だしな．Windows版と違って暴走しないみたいだし！

全ての始まり

ポテンシャルの根源であり全ての始まりである, GNDを定義しよう．まずは【New Schematic】で

GND- GND
F1
たくさん置くモードになるから【ESC】で終了.
plowmen
でんちも，ぽっちー
power
おまえだ！
wire
で, 【Wire】でつなぐ．いや，よほど勘が悪くない限り，できるだろう.
パーツを移動させたり回転させるには, まずは【Edit】【Move】
select
パーツを囲んで

まあ動かせるんだが

  • 【CTRL+R】回転

 
  • 抵抗器は【res】コンデンサー【cap】インダクタ【ind】
  • 電圧にせよ抵抗器にせよ，右クリックでスペックを定義する．
    • 素子類は，【いや普通に売ってあるやつ】から選ぶ．売ってない電子素子の使用を希望する場合，入力しても良い．

こんなのが書けました. わーい

f1.1

最も大切な注意：

  • LTSpiceは日本語パスを理解しません．パス名に日本語が含まれていると暴走します．
    • 【書類】とか別名の場合でも, 本名が【Document】であるとか英文ならOK

走らせよう

実行するには，実行タイプが必要なのです．

  • 過渡応答   時間の経過で何が起こるか調べる．初期値は適当に定められる．
  • 周波数解析   フィルター機能とか伝達関数とかそこいらへん
  • ステップ解析  突入電流で素子破壊とか，やりますよねー
  • ノイズ解析   ???よくしらん

解析するには, 

tran

【SPICE directive】を，そこらへんに，ぽこっと置いておきます．右クリックで中身を編集して解析を定義します．

過渡応答解析

ここでは過渡応答 .tran を 3msec 実行する．

tran

走らせてみると，

tran-run

この黒いやつが出力である．何も選択してねえから真っ黒だ．そこで選択する．

tran-F1

面白いからI(R1)を見てみると

tran-F2

おう．バリバリ流れてますねえ．で，ここで回路図にテスターピンが現れるので，そこの電圧も表示できるのだ．

tran-filter

緑の線がR1の手前（電源）の電圧-5 で乱れまくり．赤色がフィルター後 C1の＋のとこ-4.5 であって，フィルター効いてるけど電圧落ちちゃった感が出てますよね．でも，インダクタンス邪魔じゃねえかこれ？まあええわ．

周波数応答解析

周波数応答を解析してみよう．入力電圧の【.AC】欄に1と書くのだ！

AC1

で，命令は .AC タイプ 点数 解析開始周波数 解析終了周波数

AC-SET　普通は .ac dec 100 1K 1M と書けば良い

  • dec   周波数10倍を1単位とする   oct 1オクターブ（周波数2倍）を1単位とする
  • 点数    1単位にどんだけ解析点を置くか，指定する

んでRUN! するとこげな感じ：

TRY1

www 二段構えになっちまってて，笑える．Lを取り除いちまえ．

TRY2

あらら・・・RCだけだと, 高周波の減衰率が大したことない，ってことがわかりますよね．んじゃ，R取ってしまえ．

TRY3

Lは高周波でバカに効くが，容量のせいで低周波に弱そう．DC-DCスイッチング電源の周波数って100kHzとかだから, それを綺麗にするにはこれで良い．であるが，AC-DCスイッチング電源だと60Hzも乗ってくるだろうから，イマイチだなー．

だいたい10Ωで5Vだと，突入電流が0.5Aになる・・・がLがいるから小さいかも．（←大学で習っただろう！なんてツッコミは無しだ．面倒だろうがあぁぁぁ．だいたい，目標は微分方程式ではちょいと無理なものだしな）

突入応答解析

突入電流の解析は, 過渡応答解析のオプションで実現できます. すにゃわち, .tran コマンドにstartupをつけると，時刻0に全ての電源がOFFからONになります．

sartup

RUNすると

no-R

おお・・・抵抗Rがないと, 1.6Aも流れてしまいます．これでは電源が壊れてしまう場合がありますね.

startup2

10Ω抵抗があると, 突入電流は0.4Aに減少しました．でもねえ・・・100mA利用すると, 定常時には1Vの電圧低下が起こるんだよね・・・だから5V電源嫌いなんだよ，作りにくいし．でもセンサー電源は5Vが多いのよね．

パラメータ解析

ほい

モンテカルロ解析

ほい

サブ回路

パーツの一部をサブ回路として，別の回路から呼び出します．

サブ回路の作成

んまあ，普通に回路(.ASCファイル)を作ります．注意するのは，外部にアクセスする端子に名前をつけとくこと，

subasc

そりゃ，名前がなかったら，アクセスしようがないですからねぇ・・・

モデルファイルの作成

回路だけではダメです．ほれ，あんたは画像を使って編集しているでしょ？画像作らないと．【File】【New Symbols】で作成します．ま〜あ，適当に暴れていればできるでしょう：

say

これは【Draw】【Rectangle】したものに【Draft】【Netname】したものです．重要な点は,

  • ASCで設定した入出力名を準備すること

です．そしてもう一つの重要なポイント：

  • ASCファイルと同じフォルダーにASYファイルを保存すること！
  • 現行バージョンではバグがあるので，保存後に修正する必要がある

です．2番目の件ですが，保存したASYファイルを開くと，こんな風になっています：

Version 0
SymbolType BLOCK
RECTANGLE Normal -33 -32 127 32 2
PIN -32 -16 LEFT 8
PINATTR PinName Vin
．．．

問題は最初の「Version 0」です．このままだと，この回路を開いた途端にLTSpiceがクラッシュします．エディターで

Version 4  ←  0 を4に変更！
SymbolType BLOCK
RECTANGLE Normal -33 -32 127 32 2
PIN -32 -16 LEFT 8
PINATTR PinName Vin
．．．

これで準備完了です．

メイン回路

サブ回路をメイン回路で利用するには，

  • メイン回路のASC
  • サブ回路のASC
  • サブ回路のASY

が全て, 日本語を含まないパスに存在する必要があります．さて, メイン回路で【Draft】【Components】で，そのパスを指定して回路を選びます：

main-sub

すると現れるわけね：

main-sub

もちろん普通にシミュレーションできます．突入電流と周波数特性：

sub-re

ノイズ解析

ノイズ源

ノイズの対策を考えるには，ノイズ源が必要である．これは【Draft】【Component】【bv】である：

bc

で，関数は  

  • V=RAND(time)  timeが1進むと値が0-1の範囲で変わる
  • V=RANDOM(time) timeが1進むまでに値が線形に0-1の範囲で変化する
  • V=WHITE(time)  timeが1進むと値が-0.5-0.5の範囲で変化する

random他にも, テキストファイルからのデータ取り込み，WAVEファイルからの音源取り込みも可能です．

過渡応答：フーリエ解析

ノイズを調べるには, ノイズに含まれる周波数成分が必要です．FFTを行いましょう. これは. 過渡応答解析結果で【View】【FFT】で行うことができます：

VIEW

conf

すると, 周波数分布が得られます

FFT

解析の時間ステップが有限なので, あまり高周波成分がないです．