変身スパイス

Spice は、ツールボックスに入れておきたい回路シミュレータです。 シミュレータはすべてを伝えることはできませんが、多くの場合、回路を構築する前に、回路の動作について貴重な洞察を得ることができます。 この 3 部構成シリーズの最初の記事では、LTSpice について調べ、DC 回路の簡単なビデオウォークスルーを行いました。 2 番目では、Spice の他の 2 つの部分、パラメータ スイープと AC 回路を調べました。 この最終回では、実際のコンポーネントのパフォーマンスについてもう少し詳しく説明し、トランスのモデリングについても見ていきたいと思います。

前回はローパスフィルターについて考察しましたが、構成要素が完璧すぎて実用的ではありませんでした。 電圧源とワイヤの抵抗がゼロになるのはシミュレーションの場合のみです。 ありそうでなかった耐荷重もありませんでした。 オシロスコープのプローブでも回路に多少の負荷がかかります。

結果として得られた AC 解析では、約 1 kHz までは平坦で、その後周波数が増加するにつれてロールオフし始める良好なフィルター応答が示されました。 ソースに 8 オームの直列抵抗があったとします。 それによって回路の応答はどのように変化するのでしょうか?

これは Spice を使えば簡単に答えられる質問であり、左側のプロットを見ると簡単にわかります。 緑色のトレースは元の応答、青色のトレースは新しい曲線です。 ロールオフがより早く始まり、より早く減衰することがわかります。 これはおそらくより正確ですが、C1 間に負荷が接続されていないため、完全に正しいとは言えません。

ただし、それを修正するのは簡単です。 これがアンプに給電しており、入力抵抗が 2K オームであると仮定します。 結果のプロットはそれほど変わりません。 ただし、負荷が R1 の値に近づくと、大きな違いが生じます。 このプロットを見てください (注釈機能を使用していくつかのラベルと矢印を追加しました)。

負荷が 1 オームの場合、通過帯域ははるかに平坦ですが、損失は他の場合よりも大きくなります。

もちろん、まだ不正確な部分もあります。 たとえば、ワイヤーには抵抗がありますが、非常に長いワイヤーがない限り、それはおそらく問題になりません。 通常の抵抗器は、巻線でない限り、大きなインダクタンスを持ちません。 コンデンサには種類によって異なる寄生素子があります。 Spice は、ご要望に応じてこれらすべてをシミュレートできます。 コンデンサを右クリックして、実際のベンダーの部品を選択してみてください。 これにより、コンデンサの等価直列抵抗やその他のパラメータが入力されます。 選択した単位に基づいて曲線がわずかに変化することがわかります。

現実の回路におけるもう 1 つの考慮事項は制限です。 Spice の抵抗は無限の電力を消費します。 実際には、抵抗器やその他のコンポーネントは、過大なストレスがかかると最終的には焼損するか故障します。 シミュレータでデザインをテストするときは、このことに留意してください。

Spice でモデル化するのが難しいアイテムの 1 つは変圧器です。 LTSpice のコンポーネント セクションにはトランスフォーマーは見つかりません。 代わりに、インダクタから作成する必要があります。 結局のところ、トランスは単なる 2 つのインダクタ (一次側と二次側) です。 結合により、一次側の磁場の変化により二次側に電流が誘導されます。 2 つのコイルの結合の強さが正確にトランスに影響します。

適切に設計された変圧器では、重要な設計上の特徴はコイルの巻き数の比率です。 巻き数が 1:10 の変圧器は電圧を 10 倍に上げます (または、逆にすると、電圧が 10 分の 1 に下がります)。

Spice でトランスをモデル化するには、一次側と二次側のインダクターを作成します。 インダクタンス値はそれほど重要ではありませんが、値の比率は重要です。 ルールは、インダクタンス比が巻数比の二乗になるということです。 つまり、1 ヘンリーの一次側と 100 ヘンリーの二次側は、巻数比 1:10 の変圧器を表します。

コイルを変圧器にするのは K ステートメントです。 インダクタを配置したら、Spice Directive アイコン (.op が付いたアイコン) を使用して次のようなステートメントを挿入します。

K1 の前にピリオドがないことに注意してください。 これにより、結合係数 1 を持つ L1 と L2 で構成されるトランスが定義されます。これは、実行したいことのほとんどには十分です。 さらに多くの変圧器が必要な場合は、K2、K3 などを使用します。 複数の巻線を備えた変圧器も可能です。 それらをすべて同じ K ステートメントにリストするだけです。