目次


イントロダクション　こんなにいいものありません！「電子回路シミュレーション」


第1部　LTspice電子回路シミュレーション スタートアップ

第1章　無償の電子回路シミュレータLTspice
1-1　LTspiceの特徴
1-2　LTspiceのいいところ
1-3　LTspiceの入手方法とインストール
Column(1-I)　LTspiceをちゃんと使うために必要なこと

第2章　まずやってみよう！電子回路シミュレーション
2-1　交流電源からDC電圧を作る電源回路をシミュレーション
Appendix　LTspiceの参考情報があるウェブサイト


第2部　部品モデル作りの基礎知識

第3章　部品モデルに必要なこと
3-1　部品モデルを使えるようにするには

第4章　SPICEモデルその1：パラメータ・モデル
4-1　だいたいの動作を把握するには十分！パラメータ・モデル
4-2　ケース1：パラメータ・モデル(SPICEモデル)と回路図シンボルが既に関連付けられている場合
4-3　ケース2：パラメータ・モデル(SPICEモデル)と回路図シンボルが関連付けられていない場合
Appendix　パラメータ抽出ツールの入手方法と使い方

第5章　SPICEモデルその2：等価回路モデル
5-1　すべての部品が表せる！等価回路モデル
5-2　ケース1：等価回路モデル(SPICEモデル)と回路図シンボルが既に関連付けられている場合
5-3　ケース2：等価回路モデル(SPICEモデル)をLTspiceの標準回路図シンボルと関係付ける場合
5-4　ケース3：等価回路モデル(SPICEモデル)を新規の回路図シンボルと関係付ける場合
Appendix すべての部品は等価回路で表せる！アナログ・ビヘイビア・モデルによる酸素センサのモデル作成例

第6章　従来のPSpiceモデルをLTspiceモデルに置き換える方法
6-1　LTspiceは多くのPSpice用モデルをかなりそのまま使える
6-2　LTspiceでは使用できないPSpiceモデル
6-3　一部修正すればLTspiceに使用できるPSpiceモデル
6-4　PSpiceモデルをLTspiceで使用する場合の注意点
6-5　PSpiceの電圧制御電圧源(EVALUE)と電圧制御電流源(GVALUE)の再現


第3部　ためして合点！部品モデルの作り方

第7章　部品：抵抗　再現：インピーダンス特性
7-1　抵抗の等価回路モデル
7-2　カーボン皮膜抵抗のSPICEモデルを作成
7-3　セメント抵抗のSPICEモデルを作成

第8章　部品：汎用ダイオード　応用：整流回路
8-1　汎用ダイオード・モデルを作成して整流回路を再現
8-2　「汎用ダイオード」のモデル作成手順
8-3　手順1：順方向特性(IS，N，RS，IKF)を求める
8-4　手順2：接合容量特性(CJO，M，VJ)を求める
8-5　手順3：逆回復特性(TT)を求める
8-6　作成したモデルを使った電子回路シミュレーション
Column(8-I)　モデル作成ツールPSpice Model Editorの無償評価版
Appendix　部品モデルの善しあしの評価…汎用ダイオードの例

第9章　部品：電解コンデンサ　応用：整流/電源回路
9-1　電解コンデンサのモデルを改良して整流回路のリプル波形を再現
9-2　コンデンサのSPICEモデル
9-3　3素子モデルのパラメータを求める方法
9-4　モデル作成&チューニングのための準備！ インピーダンス特性をシミュレーションで求める
9-5　チューニング！
9-6　補足：セラミックやフィルムの場合は？
9-7　作成したモデルを使ってシミュレーション
Column(9-I)　大電流では配線パターンの等価回路が必要
Appendix　等価回路モデルを一つの部品として扱う方法

第10章　部品：ショットキー・バリア・ダイオード　応用：誘導負荷の駆動回路
10-1　目標：ショットキー・バリア・ダイオード・モデルを作成して誘導負荷回路を再現
10-2　モデル作成手順
10-3　手順1：エネルギ・ギャップ(EG)を決定する
10-4　手順2：順方向特性(IS，N，RS，IKF)を求める
10-5　手順3：容量特性(CJO，M，VJ)
10-6　逆回復時間(TT)を求める
10-7　手順5：デバイスの耐圧(BV，IBV)を求める
10-8　手順6：モデル・パラメータを微調整する
10-9　作成したモデルを使ってシミュレーションしてみる
Appendix A　部品の温度解析…SiC MOSFETの高温解析の例
Appendix B　きめ細かく忠実に特性を表現できる等価回路モデル

第11章　部品：コイル　応用：スイッチング電源回路
11-1　目標：コイルのSPICEモデルを作成して，スイッチング電源回路の出力ノイズを再現
11-2　コイルのモデルのいろいろ
11-3　2素子モデルを使った標準的なスイッチング電源のシミュレーション
11-4　基本中の基本「3素子モデル」の作り方
Column(11-I)　コイルの直流重畳特性をモデリングする方法
Column(11-II)　チョーク・コイルのSPICEモデル

第12章　部品：パワーMOSFET　応用：DC-DCコンバータ回路
12-1　パワーMOSFETのSPICEモデルを作成して，DC-DCコンバータ回路の動作を再現
12-2　パワーMOSFETのSPICEモデル
12-3　パワーMOSFETのSPICEモデル作成手順
12-4　〜MOSFET本体のモデル〜 手順1：製造プロセス情報(L，W，TOX)を求める
12-5　手順2： 順方向伝達コンダクタンス特性(KP)を求める
12-6　手順3：伝達特性(VTO)を求める
12-7　手順4：ドレイン-ソース間オン抵抗(RD)を求める
12-8　手順5：ドレイン-ソース間シャント抵抗(RDS)を求める
12-9　手順6：ゲート・チャージ特性(CGSO，CGDO)を求める
12-10　手順7：端子間容量特性(MJ，PB)を求める
12-11　手順8：ゲート・オーミック抵抗(RG)を求める
12-12　〜ボディ・ダイオードのモデル　〜 手順9：ボディ・ダイオードのI-V特性(IS，N，RS，IKF)を求める
12-13　手順10：ボディ・ダイオードの逆回復特性(TT)を求める
12-14　手順11：ボディ・ダイオードのその他のモデル・パラメータ(BV，IBV)を求める
12-15　〜ESD保護素子のモデル〜 手順12：保護ダイオードのSPICEモデルの追加
12-16　〜MOSFET全体のモデルの作成〜 手順13：パッケージの影響を表現する
12-17　手順14：本体，ボディ・ダイオード，ESD保護素子，端子間の抵抗成分を合体する
Column(12-I)　パワーMOSFETパッケージの影響をモデルに組み込む

第13章　部品：電源制御IC　応用：DC-DCコンバータ回路
13-1　電源制御ICのSPICEモデルを作成して，DC-DCコンバータ回路の動作を再現
13-2　ICのモデリングのコモンセンス
13-3　必要な機能と調べたい性能を決める
13-4　チョーク・コイルと電解コンデンサのSPICEモデル
13-5　シミュレーション波形を調べてみる

第14章　部品：バイポーラ・トランジスタ2SC1815　応用：LEDドライブ
14-1　バイポーラ・トランジスタのSPICEモデルを作成して，LEDドライブ回路動作を再現
14-2　バイポーラ・トランジスタのSPICEモデルを作成する
14-3　バイポーラ・トランジスタのSPICEモデル作成手順
14-4　手順1：逆方向アーリー電圧より，モデル・パラメータ(VAR)を求める
14-5　手順2：逆方向ベータ特性より，モデル・パラメータ(BR，IKE，ISC，NC)を求める
14-6　手順3：ベース-エミッタ間飽和電圧より，モデル・パラメータ(IS，RB)を求める
14-7　手順4：順方向アーリー電圧より，モデル・パラメータ(VAF)を求める
14-8　手順5：順方向ベータ特性より，モデル・パラメータ(BF，IKF，ISE，NE，NK)を求める
14-9　手順6：コレクタ-エミッタ間飽和電圧より，モデル・パラメータ(RC)を求める
14-10　手順7：ベース-コレクタ間容量特性より，モデル・パラメータ(CJC，VJC，MJC)を求める
14-11　手順8：ベース-エミッタ間容量特性より，モデル・パラメータ(CJE，VJE，MJE)を求める
14-12　手順9：スイッチング特性(下降時間)より，モデル・パラメータ(TF)を求める
14-13　手順10：スイッチング特性(蓄積時間)より，モデル・パラメータ(TR)を求める

第15章　部品：白色発光ダイオード　応用：LEDドライブ回路
15-1　白色発光ダイオードのSPICEモデルを作成して，LEDドライブ回路の波形を再現
15-2　白色LEDの特徴と駆動方法
15-3　LEDのSPICEモデルの作り方
15-4　手順1：順方向特性(IS，N，RS，IKF)を求める　〜汎用ダイオードと比べて測定ポイントを多くする〜
15-5　手順2：容量特性(CJO，VJ，M)を求める　〜逆電圧は絶対に大きくし過ぎない！5Vまで〜
15-6　手順3：逆回復特性より，(TT)を求める　〜小さいIRで逆回復時間を計らなければならない〜
15-7　手順4：デバイスの耐圧より(BV，IBV)を求める
15-8　完成したLEDモデルをドライブ回路に組み込んでシミュレーション

第16章　部品：エミフィルとプロードライザ　応用：FPGA用電源回路
16-1　FPGA用電源回路の出力特性を再現する
16-2　入力側フィルタのSPICEモデルを作成する
16-3　出力側フィルタのSPICEモデルを作成する
16-4　作成したフィルタのモデルを使ってシミュレーション
Column(16-I)　LTspiceにはリニアテクノロジーの電源ICモデルが用意されている

第17章　部品：IGBT　応用：モータ駆動回路
17-1　IGBTのSPICEモデルを作成してモータ駆動回路の動作を再現
17-2　モデル作成前に…IGBTの特徴
17-3　IGBTのSPICEモデル
17-4　IGBTのSPICEモデルを作る手順
17-5　準備1：SPICEモデル作成を効率よく行うための準備
17-6　準備2：合わせこみに使わないパラメータを設定
17-7　手順1：伝達特性に関わるパラメータを決定する
17-8　手順2：飽和特性に関わるパラメータを決定する
17-9　手順3：ゲート・チャージ特性に関わるパラメータの決定
17-10　手順4：スイッチング特性(上昇時間)に関わるパラメータの決定
17-11　手順5：スイッチング特性(下降時間)に関わるパラメータの決定
17-12　手順6：その他に必要なパラメータ値の入力
17-13　完成したIGBTモデルをモータ駆動回路に組み込んでシミュレーション

第18章　部品：DCモータ　応用：モータ駆動回路
18-1　DCモータのSPICEモデルを作成してモータ・ドライブ回路の動作を再現
18-2　DCモータのSPICEモデルを作成する前に…
18-3　DCモータの3種類のSPICEモデル
18-4　作成手順
18-5　準備1：トルク定数Ktの計算
18-6　準備2：逆起電力の定数Keの計算
18-7　手順1：周波数測定に関わるパラメータの決定
18-8　手順2：電流波形に関わるパラメータの決定
18-9　手順3：電圧波形に関わるパラメータの決定
18-10　手順4：部分的パラメータの最適化
18-11　完成したDCモータのSPICEモデルの機能
18-12　IGBTをドライブするフォトカプラのモデル
18-13　完成したDCモータのSPICEモデルを組み込んでシミュレーション
Column(18-I)　ステッピング・モータのSPICEモデル

第19章　部品：トランス　応用：絶縁型スイッチング電源
19-1　トランスのSPICEモデルを作成してスイッチング電源の動作を再現
19-2　3種類のSPICEモデル
19-3　インダクタンス周波数特性+結合係数モデルの作り方
19-4　手順1：1次側に関わるパラメータの決定
19-5　手順2：2次側に関わるパラメータの決定
19-6　手順3：リーケージ・インダクタンスに関わるパラメータの決定
19-7　手順4：ネットリストにまとめる
19-8　トランス以外のデバイスのSPICEモデル作成
19-9　絶縁型フライバック・コンバータ回路に組み込んで再現シミュレーション

第20章　部品：太陽電池　再現：日照変化時の出力特性
20-1　LTspiceでシミュレーションできる範囲
20-2　基礎知識…太陽電池のデータシートの見方
20-3　太陽電池の等価回路とシミュレーション結果
20-4　等価回路のパラメータを決めてモデルを完成させる
20-5　天候に応じた出力特性の表現方法

第21章　部品：真空管　応用：オーディオ・アンプ
21-1　三極管の特性と等価回路
21-2　三極管のSPICEモデルを作成
21-3　三極管シングル電力増幅回路を設計
21-4　やってみよう！真空管アンプのシミュレーション

第22章　部品：スピーカ　再現：シミュレーション波形を音声ファイルとして聴く！
22-1　スピーカのSPICEモデル
22-2　準備：スピーカの周波数特性(インピーダンス特性)を取得する
22-3　手順1：電気系のインピーダンスに関わるパラメータの決定
22-4　手順2：機械系のインピーダンスに関するパラメータの決定
22-5　手順3：ネットリストにまとめる
22-6　スピーカのSPICEモデルの周波数特性をシミュレーションする
22-7　音源の回路を作成してファイル出力

※本書は，トランジスタ技術2011年7月号〜2012年7月号に掲載された連載「電子回路シミュレータLTspiceで実波形を再現！」を中心に加筆・修正を行い，さらに書き下ろし記事を追加して再構成したものです．