位相余裕 利得余裕

質問

電流バイアス回路をspice上で作成し、安定判別をしようとしています。

帰還回路の増幅器をA、帰還率をβとします。このとき、Aβ＜1の時負帰還が成り立ちます。また、Aβ=-1、つまり│Aβ│＞1の時は正帰還になり、発振します。

これを確認するために、spiceをボード線図表示にしたのですが、ここで疑問があります。

上記の条件を確認するためには、プローブを出力のところに当ててボード線図で位相と利得を見るのですか？　それとも、Vout/Vinに設定してボード線図で確認するのですか？　はたまた、これ以外の方法ですか？

非常にわかりにくい文章になってしまいましたが、回答宜しくお願いします。

回答No.5

xpopo · ベストアンサー

今晩は。回答NO.3です。補足ありがとうございます。

＞信号源からカップリングコンデンサ(10u)→Tr(2N2222)
＞コレクタ抵抗(2k) ベース抵抗(0.5k) コレクタ側からバイアス抵抗(370)　カップリングコンデンサとTrの間を通って、バイアス抵抗(80)です。

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　まず、「ベース抵抗(0.5k)」は「エミッタ抵抗」の間違いかと思いますが確認願います。

＞エミッタ抵抗が帰還部分になっていると考えています。

コメント＞＞

エミッタ部分以外でコレクタからベースへの「バイアス抵抗(370)」の経路も帰還（負帰還）部分になってます。

ご質問の趣旨は「バイアス抵抗(370)」ではなくて「エミッタ抵抗」の部分の帰還のオープンループ特性をボード線図に表示させて確認したいということですね？

　一応、回路図はこちら（http://yahoo.jp/box/KQPwqy）にアップした回路図で合っているとして話を進めます。
オープンループの測定はフローティングの新号源（V2）を図のようにトランジスタのエミッタとエミッタ抵抗の間に挿入します。この場合エミッタ側Y点とエミッタ抵抗側X点のインピーダンス比が十分大きいので誤差の心配は非常に小さいと考えられるのでミドルブロックの方法は使わなくて良さそうです。
ここで入力に信号源V1はDC電圧を０Vに設定して、シリーズ抵抗Rserを{Rser}と設定しておきます。また、AC解析の設定は周波数範囲を0.1Hz～10GHzにとってあります。そしてOpenLoopの特性は信号源V1のシリーズ抵抗Rserの値に大きく影響されそうですので、Rserを2Ω、20Ω、200Ωと2kΩに変化させてAC解析を走らせます。これには　.STEP　関数を使用してます。

　シミュレーションは　-V(y)／V(x)　で行います。結果はアップした図の下側の周波数特性に示されてます。
特性でDC領域から周波数が上昇しｆ＝fp0から約-6dB/octで下がり始めます。fp0は帰還抵抗R3（370Ω）と入力容量C1（10uF）で決まるハイパス時定数の周波数です。次に周波数が更に上昇してゆくとある周波数で減衰が止まります。減衰が止まる周波数は信号源のシリーズ抵抗Rserと入力容量C1（10uF）で決まる時定数の周波数で決定されます。
　　また位相余裕はゲインが０ｄBになる周波数はシミュレーション結果から26Hzです。その時の位相は-74度と読み取れますので位相余裕は｜-180度-（-74度）｜＝｜-106度｜＝106度となってますので十分安定です。

お礼

お礼が遅くなってしまい申し訳ありませんでした。

とても丁寧に回答してくださったことに感謝しています。

他に回答してくださった方々も本当にありがとうございました。

回答No.4

rabbit_cat

単純な（エミッタの先に抵抗のみがある）エミッタ接地電流帰還バイアス回路、は帰還ループがトランジスタの動作原理に内包されてしまっているので、通常の回路シミュレーションでは、（トランジスタの中身を分割することができないので）ループを切ってオープンループにして安定性を見ることはできません。
本当にやりたいなら、回路シミュレータではなくて、デバイスシミュレータが必要です。

また、エミッタ接地電流帰還バイアス回路は、（通常考えられる条件では）発振することはありません（発振させることはできません）

回答No.3

xpopo

NO.1です。補足です。
　先日の回答（こちら→　http://okwave.jp/qa/q8376803.html）の方法では周波数１ｋHzあたりから上の周波数では誤差が大きくなって本来の特性から大きくズレてしまってます。
　オープンループを正確にシミュレーションするとこちら（http://yahoo.jp/box/L7TkTn）に示したように１ｋHzあたりからゲインが平坦にならずに一定の傾斜で減衰して行きます。
　この方法はMiddlebrookにより提案された有名な方法です。LTspiceの下記フォルダのファイル　\LTC\LTspiceIV\examples\EDucational\Loopgain2.asc　にMiddlebrook法の例が出てます。

補足

早い対応にとても感謝しています。
今回作成した回路は　エミッタ接地ん電流帰還バイアス回路です
すみません　補足入力での画像添付が分からないので、文字で説明します。

信号源からカップリングコンデンサ(10u)→Tr(2N2222)
コレクタ抵抗(2k) ベース抵抗(0.5k) コレクタ側からバイアス抵抗(370)　カップリングコンデンサとTrの間を通って、バイアス抵抗(80)です。

エミッタ抵抗が帰還部分になっていると考えています。

宜しくお願いします。

回答No.2

rabbit_cat

回路シミュレーションで、安定性解析をするためには、いったん帰還ループをどこかで切り離して、オープンループにしてＡ，β等を算出します。
ループを切り離すときには、切り離した点の前の回路からみた後ろ側の回路の入力インピーダンス、後ろの回路からみた前側の回路の出力インピーダンス、がループを切り離す前と同じになるように仮想的な素子を追加しないといけない場合もあります。
ループを切り離す場所（＝プローブを当てる場所）は、通常は、ループ上であればどこでもかまいません。インピーダンス合わせが楽なところで切り離すのがよいかと。

このように安定性解析のためにわざわざループを切り離した回路を作成するのは大変なので、シミュレータによっては、クローズドループの回路のまま、シミュレータ内で仮想的にループを切り離して安定性解析をする安定性解析専用のシミュレーションモードを持っている場合もあります。
（hspiceのLSTB、spectreのSTBなど）

回答No.1

xpopo

LTspiceをお使いだと思いますが、安定判別をしようとしている回路をアップしていただけませんか？そうすればより具体的に回答を差し上げる事が可能になりますので。
正確にオープンループのボード線図を得るのに結構説明が難しい部分もありますので。