迷走の果て・Tiny Objects

迷走する日々の覚え書きです。自分で分かってることは省略してますので、念のため。

NJM4580のマクロモデルについて

2chの回路シミュレーションpart4で気になる書き込みを見つけた。
2114vs4580.gif


2114vs4580out.gif
そこで試してみると確かに4580では6mAぐらいで出力がクリップする。
実際にはもっと流せるんですけどね。

で、njm2114.libとnjm4580.libを開いて比較して怪しそうなところを探してみると

njm4580.lib中で

vlp 91 0 dc 5.4000
vln 0 92 dc 5.4000

となっている。これが怪しい、ちなみにnjm2114では

vlp 91 0 dc 60
vln 0 92 dc 60

なのだ。
試しに上記の5.4000を54に換えてみたらOKとなった。
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LTSpice:JRCのオペアンプ

JRCオペアンプのマクロモデルがダウンロードできます(登録必要、無料ですが)
LTSpiceで使うのにてこずりました。

サイトから一部引用しますと
-----------------------
当社が提供する製品マクロモデルおよび関連情報は、米Cadence社製のOrCAD/PSpiceで使用する事を前提に作成しています。
米Cadence社製 OrCAD/PSpice以外のシミュレーションソフトウェアでの動作は、対象外とさせていただきます。
-----------------------
ナショナルセミコンダクタのマクロモデルは簡単に使えたので同じ様にやってみたらうまくいかず。

あれこれやって、なんとかファイルの一部を修正してOKとなりました。

回路はNJM4580とNJM4558を使った11倍の増幅回路ですが、周波数特性に違いがあるのがわかります。
JRC回路
JRC_周波数特性

GICによる電子インダクタ・シミュレーション

以前LM6171を使ったGICによる電子インダクタを作ったことがあった。
LTSpiceでシミュレーションしてみた。
回路図中のI1は定電流源で100KHzから100MHzに渡り0.01mAを電子インダクタに流すように設定してある。
シミュレータでなければちょっと出来ない業だ。
C1を100p、330p、1000pとかえている、これで100μH、330μH、1000μHのインダクタになる。


GIC_LM6171_2.png
シミュレーション結果。
赤:1000pF
青:330pF
緑:100pF
位相に注目すると2MHzぐらいまでは-90度と理論通りになっている。

この電子インダクタにキャパシタを並列につなぎ、ゲルマニウムダイオードで検波してやればゲルマラジオが出来そう。でも無電源では動かないなぁ。

多分、やりませんけど。

テルミン再び(?)・2

2SK192Yを使ってテルミン用のミキサをあれこれとシミュレーションしていたのだけど、どうにもバイアスが面倒、固定バイアスが一番シンプルなんだけどマイナス電源が必要になる。
あれこれ考えてたら2SK241を使えば簡単にできると気付いた。
2SK241.png

Vgs=0V付近で自乗特性が見える。
2SK241_20100317190136.png

で、こんな回路を考えてみました、とりあえずシミュレーションだけです。
300KHzと301KHzを入れてます、出力には(あくまでシミュレーションですが)綺麗な正弦波がでます。

FETのモデル化・2

数理設計研究所Spice Model Libraryに2SK192のモデルがあるのでそれを元にstandard.jftに追加した。

.model 2SK192A NJF(beta=2.96m vto=-2.60 cgd=1p cgs=2p mfg=Toshiba)
.model 2SK192AY NJF(beta=1.54m vto=-1.75 cgd=1p cgs=2p mfg=Toshiba)

上の行はSpice Model Libraryのまま、
下の行は私が特性を取った2SK192Y。

2SK192AはIDSSによって三つに分類されている。
Y: 3.0~7.0
GR: 6.0~14.0
BL: 12.0~24.0

Spice Model Libraryのモデルは
beta=2.96m vto=-2.60だからIDSS=beta*vto^2=20mAと計算できるのでBLタイプだと思う。

テルミン再び(?)

FETの自乗特性を調べたのはテルミンのためである。

二つの周波数の異なる正弦波を掛け算すると、和と差の周波数を持つ二つの正弦波が出来る。

sinα*sinβ={cos(α-β)-cos(α+β)}/2

201KHzと200KHzなら401KHzと1KHzになるわけだ。LPFで低い方だけ通せばテルミンのできあがり・・・とは言い過ぎか(汗)、あくまでピッチコントロールだけだが。

さて掛け算用のICというのはお安くない。マルツで探してみると一番安いのがAD633で1344円也。
そこでFETを利用しようと言うわけだ。
二つの信号を足しあわせて自乗すると掛け算と同じ事が出来るからだ。

(sinα + sinβ)^2=sinα^2 + 2*sinα*sinβ + sinβ^2

sinα^2とsinβ^2は余計な成分だけど、テルミンとして使う分には問題ない。


FETのモデル化

先の結果をLTSpiceに組み込むためにFETのモデル化に関する考察を参考にさせて頂いた。
計算結果は出ているのでstandard.jftを開き
.model 2SK192Y NJF (VTO=-1.7467 BETA=1.538m CGD=7p PB=20 CGS=0 LAMBDA=0 TNOM=25 mfg=Toshiba)
の1行を追加した。CGD,PB,CGS,LAMBDAおよびTNOMについてはとりあえず2SK30Aのデータをそのまま流用した。

2SK192Yの特性

FET測定回路必要あって2SK192Yの特性を調べてみた。
Vgs-Idの特性が二乗特性になっていることを見るためである。

2SK192Yの特性2グラフの上の式はエクセルでもとめた近似式。
R^2=1だからよい近似だと言える。
接合型FETの理論式は
Vp<Vgsの時 Id=0
Vp>=Vgsの時 Id=β(Vgs-Vp)^2

エクセルで求めた式は
1.538x^2 + 5.3728x + 4.75
=1.538(x + 1.7467)^2+0.0577
と変形できる。最後に0.0577がつくが、測定精度を考えれば無理もないか。
β=1.538*10^-3(測定電流の単位はmAだから)
Vp=-1.7467
となる。ここまで細かい数字は必要ないかも^^;;



コイル抵抗を考慮して計算のし直し。


この回路の伝達関数を求めてみた。計算過程は省略する。(もう少し整理してそのうち載せるつもり)

R_LCR数式

Ra=10KΩ、C=0.1μF、L=100μH、R=1Ωとして計算してみると
1/(10+1)=0.0909=-20.8dBとなり、昨日のシミュレーション結果と一致する。

続きを読む »

コイルの抵抗が問題だったのか

前々回の回路で大きなコンデンサと小さなコイル(たとえば0.1μFと0.1mHの組み合わせ)ではどうにも発振しなかった。

理由がわかった、コイルの抵抗を無視していたからだ。

R_LCRの特性_回路

上の回路でシミュレートしてみた。
コイルの抵抗R2を0.1Ωから1Ωまで0.1Ωステップで変化させたときの周波数特性がこれ

R_LCRの特性

R2=1Ωで20dBものロスがある、実験に使った100μHのコイル抵抗は実測で約0.5Ωだから16dBほどのロスになる。
当然R1を大きくすればそれだけロスが増える。アンプにはそれ以上のゲインが必要になる。
まぁ同じ周波数の発振ならC1を小さくし、その分L1を大きくすればいいのだが。

以前の日記で伝達関数を求めたけど、コイル抵抗を考慮して計算しなおさなきゃ。

FETを使ったフランクリン発振回路の実験・またもや続き

FET_TRフランクリン発振回路4

前回の回路では大きなコンデンサと小さなコイル(たとえば0.1μFと0.1mHの組み合わせ)ではどうにも発振しない。
ゲイン不足だろうか。

エミッタフォロアを追加、回路定数一部見直した。

エミッタフォロアに使った2SC1907はたまたま手持ちにあったから、定番の2SC1815を切らしてしまった。

これならLM311や74HCU04を使ったほうが楽である。

FETを使ったフランクリン発振回路の実験・続き

FETフランクリン発振回路
上の回路での発振波形です。ただしR1=20Kにしています。
以下すべてLx=100μH、VR1=0です。
各写真において上の波形はQ2のドレイン、下はQ1のゲートです。

Cx=100pF
f=1.28MHz
0.5V/div


C680p.jpgCx=680pF
f=600KHz
1V/div


C1000p.jpgCx=1000pF
f=496KHz
1V/div


C15000p.jpgCx=15000pF
f=130KHz
0.5V/div


似たような写真ばかりですが(汗
オシロで見る限り割ときれいな正弦波が出てます。
周波数が高くなると位相遅れが目立ちます。

FETを使ったフランクリン発振回路の実験

junさんのフランクリン型発振回路の実験で発表されていたFETを使ったフランクリン発振回路を組んでみました。
どういうわけか安定して発振させるのに苦労しました。
FETフランクリン発振回路1

再度、先のサイトのトランジスタで組んだ発振回路をみるとFET版と少し違うのがわかります。
FET版ではQ2のドレインからコンデンサを介してQ1のゲートにつながってますが、トランジスタ版ではQ2のコレクタからQ1のベースにはつながってないのです。差動増幅だからこういうマネが出来るわけで、じゃあFETでも同じだろうと組んでみたところ安定発振するようになりました。
最初に組んだ回路より抵抗2個、コンデンサ1個減らすことが出来ました。
なお部品定数は適当です^^;;
FETフランクリン発振回路

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