回路の素101 022 2次ロー・パス・フィルタ 多重帰還型
減衰率40dB/dec
出力信号は反転される
ゲインも設定できる
数百kHz以下の帯域で使用する
回路図作成
- 基本的な構成
カットオフ周波数 は下記で設定できる
今回の回路の場合、1kHz
ゲインは
応答性確認
100Hz入力
シミュレーションを tranモード(デフォルト) で実行し、応答を見る
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from PyLTSpice import RawRead fig = plt.figure(figsize=(6, 3)) ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1) fname = 'PrimaryCircuit2-022.raw' LTR = RawRead(fname) x = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0) tmp1 = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+') tmp1 = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout') ax1.legend(); ax1.grid() ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]') fig.tight_layout() fig.savefig('PrimaryCircuit2-022_Graph1.png')
100Hzに対しては、ゲインも1で、反転している
1kHz入力
信号源の周波数設定と、シミュレーションのパラメータを変更する
from PyLTSpice import SimCommander fname = 'PrimaryCircuit2-022' fname_tmp = '_1kHz' LTC = SimCommander(fname + '.asc') line_no = LTC._get_line_starting_with('V1') sim_cmd = LTC.netlist[line_no] LTC.netlist[line_no] = sim_cmd.replace('100', '1k') print(LTC.netlist[line_no], end='') # 確認 line_no = LTC._get_line_starting_with('.tran') LTC.netlist[line_no] = LTC.netlist[line_no].replace('20m', '2m') print(LTC.netlist[line_no], end='') # 確認 # 編集したnetlistの情報でバッチ処理を実行する run_net_file = fname + fname_tmp + '.net' LTC.run(run_filename=run_net_file) LTC.wait_completion()
V1 Vin+ 0 SINE(0 1.5 1k) AC 1 .tran 0 2m 0 1u
True
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from PyLTSpice import RawRead fig = plt.figure(figsize=(6, 3)) ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1) LTR = RawRead(fname + fname_tmp + '.raw') x = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0) tmp1 = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+') tmp1 = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout') ax1.legend(); ax1.grid() ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]') fig.tight_layout() fig.savefig('PrimaryCircuit2-022_Graph2.png')
ゲインは0.7倍、位相は270(=180+90)度遅れている
10kHz
信号源の周波数設定と、シミュレーションのパラメータを変更する
from PyLTSpice import SimCommander fname = 'PrimaryCircuit2-022' fname_tmp = '_10kHz' LTC = SimCommander(fname + '.asc') line_no = LTC._get_line_starting_with('V1') sim_cmd = LTC.netlist[line_no] LTC.netlist[line_no] = sim_cmd.replace('100', '10k') print(LTC.netlist[line_no], end='') # 確認 line_no = LTC._get_line_starting_with('.tran') LTC.netlist[line_no] = LTC.netlist[line_no].replace('20m', '2mu') LTC.netlist[line_no] = LTC.netlist[line_no].replace('1u', '10n') print(LTC.netlist[line_no], end='') # 確認 # 編集したnetlistの情報でバッチ処理を実行する run_net_file = fname + fname_tmp + '.net' LTC.run(run_filename=run_net_file) LTC.wait_completion()
V1 Vin+ 0 SINE(0 1.5 10k) AC 1 .tran 0 2mu 0 10n
True
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from PyLTSpice import RawRead fig = plt.figure(figsize=(6, 4)) ax1 = fig.add_subplot(2, 1, 1) ax2 = fig.add_subplot(2, 1, 2, sharex=ax1) LTR = RawRead(fname + fname_tmp + '.raw') x = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0) tmp1 = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+') tmp1 = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0) ax2.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout') ax1.legend(); ax1.grid() ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]') ax2.legend(); ax2.grid() ax2.set_xlabel('[ms]'); ax2.set_ylabel('[V]') fig.tight_layout() fig.savefig('PrimaryCircuit2-022_Graph3.png')
ゲインは0.01倍、位相は360=(180+180)度遅れている
方形波応答
from PyLTSpice import SimCommander fname = 'PrimaryCircuit2-022' fname_tmp = '_pulse' LTC = SimCommander(fname + '.asc') line_no = LTC._get_line_starting_with('V1') sim_cmd = LTC.netlist[line_no] LTC.netlist[line_no] = sim_cmd.replace('SINE(0 1.5 100)', 'PULSE(-0.5 0.5 5m 0 0 5m 10m)') print(LTC.netlist[line_no], end='') # 確認 # 編集したnetlistの情報でバッチ処理を実行する run_net_file = fname + fname_tmp + '.net' LTC.run(run_filename=run_net_file) LTC.wait_completion()
V1 Vin+ 0 PULSE(-0.5 0.5 5m 0 0 5m 10m) AC 1
True
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from PyLTSpice import RawRead fig = plt.figure(figsize=(6, 3)) ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1) LTR = RawRead(fname + fname_tmp + '.raw') x = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0) tmp1 = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+') tmp1 = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout') ax1.legend(); ax1.grid() ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]') fig.tight_layout() fig.savefig('PrimaryCircuit2-022_Graph4.png')
入力に遅れて応答している
小さなオーバーシュートが発生している
周波数特性
Vin+(V1) に AC 1
の設定がついているので、シミュレーションモードをac
にすれば良い
from PyLTSpice import SimCommander fname = 'PrimaryCircuit2-022' fname_tmp = '_ac' LTC = SimCommander(fname + '.asc') line_no = LTC._get_line_starting_with('.tran') sim_cmd = LTC.netlist[line_no] LTC.netlist[line_no] = sim_cmd.replace('.tran', ';tran') line_no = LTC._get_line_starting_with(';ac') sim_cmd = LTC.netlist[line_no] LTC.netlist[line_no] = sim_cmd.replace(';ac', '.ac') print(LTC.netlist[line_no], end='') # 確認 # 編集したnetlistの情報でバッチ処理を実行する run_net_file = fname + fname_tmp + '.net' LTC.run(run_filename=run_net_file) LTC.wait_completion()
.ac oct 40 1 10k
True
from PyLTSpice import RawRead fig = plt.figure(figsize=(6, 4)) ax1 = fig.add_subplot(2, 1, 1) ax2 = fig.add_subplot(2, 1, 2, sharex=ax1) fname = 'PrimaryCircuit2-022' fname_tmp = '_ac' LTR = RawRead(fname + fname_tmp + '.raw') freq = np.abs(LTR.get_trace('frequency').get_wave(0)) Vout = LTR.get_trace("V(vout)").get_wave(0) ax1.plot(freq, 20*np.log10(np.abs(Vout))) ax2.plot(freq, np.angle(Vout) / np.pi * 180) ax1.grid() ax1.set_xlabel("[Hz]"); ax1.set_ylabel("Gain[dB]") ax1.set_xscale('log') ax1.set_ylim(-45, 5) ax2.grid() ax2.set_xlabel("[Hz]"); ax2.set_ylabel("Phase[deg]") ax2.set_xscale('log') ax2.set_ylim(-5, 185) fig.tight_layout() fig.savefig('PrimaryCircuit2-022_Graph5.png')
1kHzがカットオフ、ゲインは1、40dB/decで変化
改良された回路
単電源駆動の回路
VBでオフセットを調整
低域のカットオフ周波数は、
今回は、8Hz
応答性確認
import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np from PyLTSpice import RawRead fig = plt.figure(figsize=(6, 3)) ax1 = fig.add_subplot(1, 1, 1) fname = 'PrimaryCircuit2-022-2.raw' LTR = RawRead(fname) x = LTR.get_trace('time').get_time_axis(0) tmp1 = LTR.get_trace('V(vin+)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vin+') tmp1 = LTR.get_trace('V(vout)').get_wave(0) ax1.plot(x * 1000, tmp1, label='Vout') ax1.legend(); ax1.grid() ax1.set_xlabel('[ms]'); ax1.set_ylabel('[V]') fig.tight_layout() fig.savefig('PrimaryCircuit2-022_Graph6.png')
周波数特性
from PyLTSpice import SimCommander fname = 'PrimaryCircuit2-022-2' fname_tmp = '_ac' LTC = SimCommander(fname + '.asc') line_no = LTC._get_line_starting_with('.tran') sim_cmd = LTC.netlist[line_no] LTC.netlist[line_no] = sim_cmd.replace('.tran', ';tran') line_no = LTC._get_line_starting_with(';ac') sim_cmd = LTC.netlist[line_no] LTC.netlist[line_no] = sim_cmd.replace(';ac', '.ac') print(LTC.netlist[line_no], end='') # 確認 # 編集したnetlistの情報でバッチ処理を実行する run_net_file = fname + fname_tmp + '.net' LTC.run(run_filename=run_net_file) LTC.wait_completion()
.ac oct 40 1 10k
True
from PyLTSpice import RawRead fig = plt.figure(figsize=(6, 4)) ax1 = fig.add_subplot(2, 1, 1) ax2 = fig.add_subplot(2, 1, 2, sharex=ax1) fname = 'PrimaryCircuit2-022-2' fname_tmp = '_ac' LTR = RawRead(fname + fname_tmp + '.raw') freq = np.abs(LTR.get_trace('frequency').get_wave(0)) Vout = LTR.get_trace("V(vout)").get_wave(0) ax1.plot(freq, 20*np.log10(np.abs(Vout))) ax2.plot(freq, np.angle(Vout) / np.pi * 180) ax1.grid() ax1.set_xlabel("[Hz]"); ax1.set_ylabel("Gain[dB]") ax1.set_xscale('log') ax1.set_ylim(-45, 5) ax2.grid() ax2.set_xlabel("[Hz]"); ax2.set_ylabel("Phase[deg]") ax2.set_xscale('log') ax2.set_ylim(-185, 185) fig.tight_layout() fig.savefig('PrimaryCircuit2-022_Graph7.png')
設定通りになっている
参考文献
この記事は以下の書籍を参考にしましたが、
私の拙い知識で書いておりますので、誤り等ありましたらご指摘ください