LTspice演習（3年生）
1. 実験の目的
LTspiceを用い、アナログ回路のシミュレーション方法を学習する。
2. 基礎知識
別で述べる。
3. 実験方法
各実験項目にはいくつかの課題がある。課題はLMSに回答すること。
3.0 LTspiceの基礎的な使い方
まずLTspiceを起動し、File→New Schematicを選択する。
素子を追加するには、Component（ANDのマーク）を選択する。
電圧源であればvoltage（直流交流どちらも作れる）、NPNバイポーラトランジスタであればnpnと入力すると素子を選択できる。
OKを押すと素子を置くモードになるので、必要な数クリックして置く。右クリックでモードを解除してもとに戻る。
素子を動かしたい場合、Move（手のマーク）を選択すると素子を動かすモードになる。素子をクリックしてつかみ、もう一度クリックすると離す。右クリックでモードを解除できる。
素子を消したい場合、deleteキーを押すと消すモードになる。素子をクリックすると消える。右クリックでモードを解除できる。
このように、LTspiceでは何らかのモードに入って作業し、作業が終わったら右クリックでモードを解除するという流れになっている。
抵抗、コンデンサ、コイルはすぐ配置できるようボタンになっている。クリックするとその素子を置くモードになる。
置くモードのとき、下のボタンを押すと図を回転させたり反転できる。
電圧源の電圧や、抵抗の抵抗値、コンデンサの静電容量などのパラメータを変えたい場合、その図を右クリックする。
電圧源であれば、DC valueに電圧値を入れればよい。
設定すると、電圧源のVと書かれた箇所が5に変化した。これが直流電圧5Vを指す。上のV1は、電圧源についている名前（ラベル）である。
同様に、R1、R2にも抵抗値を設定できる。Meg(), k(), m(), u()などの接頭辞を使用できる。
NPNバイポーラトランジスタを置きたい場合、Component（ANDのマーク）からnpnと入力すると素子を選択できる。
トランジスタはモデルの設定が必要である。図を右クリックし、Pick New Transistorを選択する。
今回の実験ではBCW60Dを使用する。
配線はWireボタンから行う。
回路にはGNDがないとシミュレーションを実行できない。GNDボタンをクリックして設置する。
回路の任意の点にラベルをつけることができる。例えばoutputなどのラベルをつけておくことで、回路を読み解きやすくなる。
元に戻るショートカットはCtrl+ZではなくF9のため注意すること。
3.1 DC動作点解析の練習: トランジスタによる直流の増幅
以下の直流増幅回路を作成する。トランジスタのモデルはBCW60Dを使用する。
この直流回路において、各部の電圧と電流が知りたい。このような場合、DC動作点解析を行う。
解析を開始するRunボタンを最初に押すと、解析方法の入力画面が出る。DC動作点解析はDC op pntを選択する。
解析が終わると、以下のように各部の電圧と電流が表示される。
回路図中で点をクリックすると、その点の電圧を表示できる。電流はカーソルを乗せるとウィンドウの下部に表示される。
回路には、新たに.opという表記が追加されている。この表記を右クリックすると、解析の詳細を変更したり、別の解析に変更できる。
課題1（LMSに回答）
(1) この状態では飽和領域で動作していない。ベース抵抗を適当な値に変更し、飽和領域で動作させよ。その際の[mA]、[V]および[V]を記録せよ。いずれも単位はなしで数値だけ入力すること。
3.2 トランジェント解析の練習: 交流信号の増幅
以下の増幅回路を作成する。入力信号V1は1mV, 10kHzの正弦波とする。
この回路において、電圧と電流の時間変化をグラフで表したい。このような場合、トランジェント解析を行う。
入力の交流信号をつくるために、電圧源を右クリックしてAdvancedを選択する。
SINEを選択し、DCオフセット、振幅、周波数を入力する。
電圧の欄にSINE(0 1m 10k)と表示されていれば正弦波となっている。
トランジェント解析はTransientより行う。Runすると、Time to start saving dataからStop timeまでをMaximum Timestepごとにシミュレーションした波形が出る。
今回は、10msから11msまでを1usごとにシミュレーションしている。過渡的な挙動を除いて定常状態の波形を見るために、Time to start saving dataを0ではなく少し遅らせている。
Runすると、グラフのウィンドウが出現する。
この状態で回路各部の電圧と電流波形を測定できる。回路上にカーソルを乗せると、カーソルが以下のように変化する。
下は電圧プローブのカーソルである。クリックするとその点の電圧を表示できる。ドラッグすることで電位差も表示できる。
下は電流プローブのカーソルである。クリックするとその点を流れる電流を表示できる。
グラフは複数同時に表示できる。
グラフ上でドラッグして選択することで、その範囲を拡大できる。
パラメータや回路を変えてシミュレーションをやり直す場合、再度Runする。
方形波を入力したい場合、PULSEを選択する。下図では10kHz, 1mVの方形波を設定している。
課題2（LMSに回答）
(1) 入力波形と出力波形から増幅度を求めよ。[dB]ではなく[倍]とし、数値のみ入力する。
(2) 入力電圧を大きくし、出力電圧が歪まない最大の電圧とせよ。そのときの出力電圧の最大値[mV]を記録せよ。
(3) 入力を方形波(10kHz, 1mV)として解析せよ。入出力波形の関係が正弦波を入力したときとどう異なるか100文字以内で簡単に述べよ。
3.3 AC解析の練習: 増幅回路の周波数特性
3.2と同じ増幅回路において、入力信号V1は1mVとし、周波数を変更し10Hzから100MHzまでの利得と位相を解析する。
電圧利得や位相と周波数との関係を調べたい場合、AC解析を行う。
まずは入力の電圧源に電圧を設定する。周波数解析では、Small signal AC analysisの欄に電圧を入力する。
Simulation CommandをAC Analysisとし、以下のように設定する。
課題3（LMSに回答）
(1) 電圧増幅度のもっとも大きな点と比較して、低域で電圧増幅度が3[dB]低下する周波数、および高域で電圧増幅度が3[dB]低下する周波数を読み取り、増幅回路の周波数帯域幅[MHz]を求めよ。
(2) C2（バイパスコンデンサ）の静電容量を変化させたとき、増幅度の周波数特性がどう変化するか100文字以内で簡単に述べよ。
3.4 非安定マルチバイブレータの解析
以下の回路を作成する。この回路は非安定マルチバイブレータといい、方形波を発振する回路である。この回路に対してトランジェント解析を行う。
R1=R4, R2=R3, C1=C2とする。
