組み込みシステムの技術の蓄積レポートです。
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アナログ回路（9）-オペアンプ（反転増幅回路・非反転増幅回路）
LEDの消費電流が大きい場合、必ずしも電力元の流せる電流が足りているとは限りません。例えば、マイコンにIOピンをHiにして消費電流が大きいLEDを点灯させようとしても、電流が足りないと思います。そのために、前回は、トランジスタを使用して、小さい電流から、大きい電流を流せるような回路を作成しました。
前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、オペアンプを使用して電圧を増幅する回路を構築したいと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
- Windows10
- LTspice XVII
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。
-側の端子を反転入力端子、+側の端子を非反転入力端子と呼びます。非反転入力端子側にはGND、反転入力端子側には 1Vの電源を接続しています、この時、オペアンプの出力電圧はだいたい -5Vになります。これは、反転入力端子と非反転入力端子の電位差を増幅しているからです。
次に、出力を反転入力端子に帰還する反転増幅回路を下記のように作成してみました。
アナログ回路（8）-トランジスタ
前回はCR回路を作成して、コンデンサの動作をみていきました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
以前、抵抗とLEDを使用して、LEDを点灯する回路を作成しました。抵抗とLEDを使用して、LEDを点灯する回路に関しては、下記のリンクを参照してください。
LEDの消費電流が大きい場合、必ずしも電力元の流せる電流が足りているとは限りません。例えば、マイコンにIOピンをHiにして消費電流が大きいLEDを点灯させようとしても、電流が足りないと思います。そこで今回は、電力源を2個用意して、トランジスタを使用して、LEDを点灯させる回路を構築したいと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
- Windows10
- LTspice XVII
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。電源は直流5Vです。トランジスタは2SC5658を使用しました。
シミュレーション結果は下記のようになります。
アナログ回路（7）-コンデンサ（RC回路）
前回は、ダイオードを使用して、AND論理回路を構築しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、CR回路を作成して使用して、コンデンサの動作をみていこうと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
- Windows10
- LTspice XVII
下記のようなCR回路を構築しました。抵抗は 2kΩ、コンデンサは 100μF です。
電源は下記のような設定になっています。
- PULSE
- Vinitial[V]：0
- Von[V]：5
- Trise[s]：0.0001m
- Tfall[s]：0.0001m
- Ton[s]：1
- Tperiod[s]：2
シミュレーション結果は下記のようになります。
1秒後には、電圧は 5V となっておりコンデンサに電気が充電したと思います。それでは、抵抗を 5kΩにしてみます。シミュレーション結果は下記のようになります。
1秒後には 3.062Vになっています。コンデンサは充電完了していません。充電にはもう少し時間が必要なようです。この回路は積分の働きをすることから積分回路とも呼ばれます。
このCR回路ですが式であらわしてみたいと思います。このCR回路を式で表すと下記のようになります。
アナログ回路（6）-AND論理回路
前回は、ダイオードを使用して、OR論理回路を構築しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、ダイオードを使用して、AND論理回路を構築しようと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
- Windows10
- LTspice XVII
作成するAND論理回路は下記のような論理にしようと思います。
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。VCCは 5V です。SW1とSW2は、電圧が1V以下の場合はOFF、電圧が1Vを超える場合はONになります。LEDには電流を20mA流すようにしたいと思います。各種抵抗値は、SW1をON又はSW2をONの片方ON時で抵抗の抵抗値を設定しました。LEDに電流が流れるSW1をOFF、SW2をOFFを想定して、抵抗の抵抗値を設定しました。
SW1をON、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をON、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をOFF、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をOFF、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0195018 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
アナログ回路（5）-OR論理回路
前回は、ダイオードを使用して、交流を直流に変換する回路を構築しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、ダイオードを使用して、OR論理回路を構築しようと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
- Windows10
- LTspice XVII
作成するOR論理回路は下記のような論理にしようと思います。
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。VCCは 5V です。SW1とSW2は、電圧が1V以下の場合はOFF、電圧が1Vを超える場合はONになります。LEDには電流を20mA流すようにしたいと思います。各種抵抗値は、SW1をON又はSW2をONの片方ON時で抵抗の抵抗値を設定しました。
SW1をON、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をON、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0192402 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
SW1をOFF、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0192402 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
SW1をOFF、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0234849 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
SW1をOFF、SW2をOFFを想定して、抵抗の抵抗値を設定していないので、設計値の20 mAから少々外れた値になっています。今回は、使用しているLEDの絶対定格 25mA を超えていないのでよしとします。