単電源オペアンプについて

質問

現在TINA-TIという回路シミュレータで
増幅回路の設計を行っているのですが
単電源オペアンプの電源をどこにつないだらいいか分かりません。

試しに添付図のように電源をつないでみたのですが、帰還抵抗を変えても増幅率は変わりませんでした。

シミュレータを行う上で、単電源での電源のつなぐ場所と向き等について教えてほしいです。

また増幅回路をTINA-TIで設計する際に参考となるホームページや参考書などもあったら是非知りたいです。
よろしくお願いします！！

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

＞下のURLのオペアンプをLM358Nに変更して―側の電源をない状態でシミュレーションを行っていました
それだとちゃんと動作しないですね。以下にＡＣ解析と過渡解析の方法を書いておきます。

【AC解析】
AC解析は入力周波数を変えたときの利得や位相の変化を見るもので、以下の手順で実行できます。

（１）　回路図上で周波数特性の知りたい場所にVoltage Pin（VF1、VF2、・・）を立てる
　　　　ご存知かと思いますが、 Voltage Pin は記号タブのMetersの左端にあるＹの字を右に倒したような記号です
（２）　メニューバーの Analysis → AC Analysis → AC Transfer Charactoristic で出てきた小さいウィンドウの
　　　　中の数字を変える
　　　　　・Start frequency は周波数特性の最低（左端の）周波数（デフォルトは10Hz）
　　　　　・Stop frequency は周波数特性の最高（右端の）周波数（デフォルトは1MHz）
　　　　　・Number of Pounts というのは 最低周波数から最大周波数まで何点計算するかという数値（デフォルトは100点）
　　　　　・Sweep type はLogarithmic なら、周波数軸が対数表示（普通はこれ）
　　　　　・Diagram はどういうグラフを表示するかで、普通はAmplitude & Pha （振幅と位相）でいいと思います
（３）　小さいウィンドウの右上の [OK] をクリックすると周波数特性のグラフが表示されます

このグラフを他に利用したいときは、グラフウィンドウの File → Export で Bitmap やJPEGファイルに変換できます。グラフの横軸や縦軸をＷクリックすれば、数値の刻みなどを変えることができます。

例えば縦軸の Gain (dB) 数字が小数点以下２桁まで出ているときにこれを整数表示にしたいとき、縦軸をＷクリックして、真ん中あたりの Precisionの▲▼をクリックして 0 にします（直接の数字入力はできない）。その後、一番下の Force size setting ・・・にチェックを入れ、Round axis scal のチェックを外します（ Force というのは強制的にスケールを変えるという意味）。Gainの範囲が -30dB ～30dB で10dB ごとに数字を表示したいときは、Scale の Lower limit を -30、Upper limit を 30、Ticksを 7 に変更し OK をクリックします。グラフの曲線の色を変えたいときは曲線をＷクリックします。

【過渡解析】
これはオシロとほぼ同じだと思いますが（オシロの機能は使ったことありません）、過渡解析は電源投入直後の動作を解析するものです。過渡解析で解析時間を長くすれば（計算時間が長くなる）、オシロと同じように、定常状態での波形が分かります。以下が過渡解析の手順です。

（１）　回路図上で周波数特性の知りたい場所にVoltage Pin（VF1、VF2、・・）を立てる
（２）　メニューバーの Analysis → Transient
　　　　ここで配線未接続などのエラーがあるとそういうウィンドウが現れます（エラーを修正しないと先に進めない）
　　　　エラーがなければ過渡解析の小さいウィンドウが出ます。普通は中の数字を変えずにOKをクリックすればいいですが、念のために
　　　　中のパラメータの意味を書いておきます。
　　　　　・Start display が解析開始時間です（普通は0のままでいいです）
　　　　　・End display が解析終了時間です。周波数 1kHz の信号を入れているのなら、その周期の５倍程度の時間(5m）を入力します。
　　　　　・他の機能はよく分かりませんが、過渡解析の小さいウィンドウの右側の[HELP]に意味が書いてあります（英語です）
（３）　小さいウィンドウの右上の [OK] をクリックすると過渡特性のグラフ（波形）が表示されます。グラフのexportや軸の変更方法はＡＣ解析と同じです。

説明すると長くなるので書きませんでしたが、帰還抵抗を1kΩ、10kΩ、100kΩと変えたときの周波数特性や波形のグラフを重ね書きすることもできます。

＞TINA-TIで電解コンデンサを使うことってできるのですか？
普通はコンデンサの種類は区別せず、容量を100uF などとするだけです（回路シミュレータでの受動部品は理想的なものとして扱うので）。電解コンデンサとそうでないものの違いは、逆電圧をかけたときに壊れる機能がついているかということですか？それともインピーダンスの周波数依存の違いが組み込まれているという意味ですか？TINA ではコンデンサの等価直流抵抗（ESR）は変えられるようですが、それ以外の機能については分かりません。

補足

非常に丁寧な回答ありがとうございます。
回答を見ながら、AC解析と過渡解析をうまく行うことができました！！

電解コンデンサについては、逆電圧のことを考えていたのですが、普通にuFでやってみることにします。

最後に…、オシロの出力を見る時に重ねるやり方が分からなかったため、比較に非常に手間がかかってしまうため、波形を重ねるやり方も教えてほしいです。
何度も申し訳ありません。時間があいた時で構わないので、よろしくお願いします！！

回答No.4

inara1

＞良かったら使ってみてください（＞＜）
TINA-TI は既にインストールしていますよ。それを使いながら回答文を書いたのですから。でも正直言ってほとんど使かったことなかったです。これから使ってみます。

＞何度も丁寧な説明ホントにありがとうございました
普通こういうマニアックな質問には回答がつかないのですが、zeen198さんの今日の運勢が良かったのでしょうね。これからもどんどん質問してください。

zeen198さんの過去の質問で回答されている anachrocktさんは電子回路の知識と経験がとても豊富な方で、このサイトの常連さんです（私はいつもanachrocktさんの回答を見て勉強させて頂いております）。

回答No.3

inara1

＞何度も申し訳ありません
今日はお休みなので大丈夫です。

【パラメトリック解析（重ね書き）】
（１）　メニュバーの Analysis →(3番目の）Select Control Object → 値を変えたい部品にマウスカーソルを合わせてクリック
（２）　（抵抗値を変える場合） Resistance [Ohm] の欄の「・・・」をクリック
（３）　出てきたウィンドウで以下のように設定
　　　（Ａ）　抵抗値を100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ の４種類でシミュレーションする場合（変化が規則正しい場合）
　　　　　　　・Start value に 100 と入力（100Ω からという意味）
　　　　　　　・End value に 100k と入力（100kΩ までという意味）
　　　　　　　・Number od cases に 4 を入力（その間を4つに分けるという意味）
　　　　　　　・Sweep type の Logarithmic のラジオボタンをクリック（対数的に変えるという意味）
　　　　　　　・OK をクリック
　　　（Ｂ）　抵抗値を1kΩ、2kΩ、5kΩ、10kΩ の４種類でシミュレーションする場合（不規則な値のとき）
　　　　　　　・Sweep type の List のラジオボタンをクリック → List をクリック
　　　　　　　・Parmeter#1 の数値をクリックして 1k と記入、#2 に 2k を記入というふうに数値を記入していく
　　　　　　　　　記入欄が足りないときはAdd New をクリックすると欄が１つ増える
　　　　　　　・OK → OK
（４）　この後はAC解析でも過渡解析でも、前の手順と同様に「 メニュバーの Analysis → ・・・　」で解析を行えば重ね書きグラフが表示されます。

zeen198さんのネタ元（http://focus.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja098/jaja098.pdf）を見ると、TINA-TI ってノイズ解析もできるのですか。なかなかいいですね。普段は別の回路シミュレータを使っていますが格安版なのでノイズ解析できません。

なお、周波数特性のグラフや波形データは、Excelで読み込める数値データとしても保存できます（Excelの操作のほうがやりやすいのならExcelで重ね書きしてもいいです）。以下に保存方法とExcelでの読み込み方を書いておきます。

【数値データの保存と読み込み】
（保存）
　　（１）　グラフウィンドウの File → Export → As Text
　　（２）　適当なところ（デスクトップなど）に保存（なぜか保存を２度クリックしないと保存されません）
（Excelでの読み出し）
　　（１）　Excel のファイル → 開く → [ファイルの種類] を [すべてのファイル] に変更し、保存したファイルを選んで [開く]
　　（２）　[カンマやタブなど・・] がチェックされている状態で [次へ]
　　（３）　区切り文字の [タブ] にチェックを入れて[完了]
　　（４）　読み込まれた数値の第一列目が周波数、２列目が利得、３列目が位相ですが、周波数の単位は Hz、利得の単位は dB でなく「倍」、位相の単位は度でなく「ラジアン」です。Excelの関数を使って 倍 を dB に変換するには =20*log10(数値)、ラジアン を 度 に変換するには =degrees(数値） とします。

補足

お休み中にも関わらずホントにありがとうございます！！

inara1さんの書き込み通りやってみて無事できました。

ノイズ解析のできるTINA-TIは無償でインストールできるので、良かったら使ってみてください（＞＜）
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/toolsw/folders/print/tina-ti.html

何度も丁寧な説明ホントにありがとうございました！！

回答No.1

inara1

画像見られないのですが、参考URLのようにつないでください。
オペアンプの入力側ではないところに＋と書いてある端子が＋電源、その反対側が-電源です。GND（┷）を回路のGNDラインに必ずつけてください（これをつけ忘れると基準電圧がどこか分からないので結果が出ません）。記号タブの [Basic] を選んで一番左側にGNDがあります。AC解析（周波数特性）や過渡解析（波形）のやり方は分かりますか？

お礼

何度も申し訳ありません…。

自分が今TINA-TIで設計している回路は、下のURLのオペアンプをLM358Nに変更して―側の電源をない状態でシミュレーションを行っていました。

http://focus.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja098/jaja098.pdf

補足

早速のご回答ありがとうございます!!
単電源の場合、＋側だけ電源をつなげばいいと変な考え方してました。

オシロで出力波形を出すやり方はわかるのですが、AC解析（周波数特性）や過渡解析（波形）は分かりません…。よかったら教えてください（＞＜）

それと電解コンデンサを使用したいのですが、TINA-TIで電解コンデンサを使うことってできるのですか？