7-1 Digital IC のライブラリの準備について [目的]
実験では74HC00 を使用するので、SPICE モデルを入手する。 [方法]
LTspice User site からライブラリとシンボルを Download します。
http://groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/files/%20Lib/Digital%2074HCxxx ((注意))このサイトを閲覧するには、ログインが必要です。
[Download site について]
Digital IC のライブラリを Download 使用するには、 以下のサイトで、user group に登録しなければなりません。 LTSpice group users in Yahoo USA
http://groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info
yahoo(USA)の登録は簡単ですが、メールアドレスが必要です。
Fig.1 LTspice USER Group in Yahoo USA
[使用方法について] Download した SPICE ライブラリとシンボルファイルを示す。 上のファイルが、SPICE ライブラリ 下の圧縮ファイル中にシンボル(部品)図 があります。 シンボルファイルを解凍します。 解凍したファイル中の 一番上の74hc00.asy を使用する フォルダにコピーする。 使用するフォルダ中に、SPICE ライブラリ 74HC.lib ファイルをコピーする。 以上で、 コピーした同じフォルダ内で使用可能になる。 Fig.5 ライブラリファイルの内容 Fig.4 シンボルファイル Fig.3 download したファイル
((追加)) ライブラリ入手の方法について LTspice の Wiki サイトに移動する。 LTwiki http://ltwiki.org/?title=Main_Page このサイトのTop ウインドが開く。 検索欄に、”74HC”と入力して検索ボタンをクリックする。 以下の様に、検索結果が表示される。 このウインドにおいて、 Index of /files/LTspiceIV/lib/sym/Dig_Add/74HC に、シンボルファイルがあります。
クリックして、リンクサイトに移動する。 このウインド中の74hc00.asy を Download する。 つぎに、ライブラリをDownload する。 リンク先が74hc.lib なので、直接 Download できることがわかるので、 右クリックメニューを開いて、”対象をファイルに保存” を選択する。 以上で、シンボルとライブラリファイルをDownload できる。
7-2 NAND 論理回路 [目的] 組合せ論理回路で使用するIC の 74HC00 を用いて、NAND 回路の動作確認をする。 [結果] はじめに、74HC00 のシンボルを 読み込む。 新規回路図を開き、メニュー中の 部分アイコンをクリックする。 部品選択ウインドが開く。 このウインドのTop Directory 欄 の右側の矢印をクリックして、 74HC00 の部品シンボルを 保存したDirectory(Folder)に 移動する。 Default では、 LTspice をインストールしたフォルダの ¥lib¥sym です。 シンボルがあるdirectory に、 移動すると下の欄に、使用可能 シンボルが表示される。 以上で、74hc00 の シンボルが選択可能 になる。 選択して、OK ボタンを選択する。 回路図上で、74hc00 を 配置する。 ((注))右のウインドでは、 シンボルは、 ¥Users¥sakamoto¥Desktop¥2013¥電子電気実験¥Digital に保存しています。 Fig.1 部品選択アイコン Fig.2 Directory 指定 Fig.3 シンボル選択
完成した回路図を示す。 ((注意)) IC を動作させる電源は必要としない。 また、74hc の SPICE ライブラリを 読み込ませなければ解析できないので、 SPICE 命令の include 文で 使用するライブラリを読み込む。 .include 74hc.lib 電源V1 と V2 の設定について 論理を確認したいので、 電源の信号をPULSE 電源を 選択する。 電源V1 の信号と V2 の信号が 共に、high となるように on 時間を設定する。 電源V2 の設定ウインドを 示す。 解析には、過渡解析(transient)を実行する。 解析終了時間を1sec に設定する。 解析を実行する。 入力信号V(a)と V(b)、さらに出力 V(out)を 異なる座標軸上に表示して、動作を確認する。 Fig.6 V1 の pulse 電源設定 Fig.5 V2 の pluse 電源設定 Fig.4 解析回路
空白のグラフが開く。 このウインドで右クリックし、 メニューを開く。 Add trace を選択する。 信号選択ウインドが開く。 はじめに、出力V(out)を 選択する。 つぎに、右クリックメニュー のAdd Plot Pane
を選択して、新規 座標軸のグラフを開く。
このグラフ軸のグラフでAdd Trace を 選択して、V(b)を選択する。同様に、 Add Plot Pane を実行して、Add Trace から、V(a)を選択すると、最終的に 次のグラフが得られる。
Fig.12 入出力波形 Fig.9 Plane の追加 Fig.10 V(b)信号選択
Fig.7 Add Trace Fig.8 V(out)信号選択
参考サイト：
[1]ベルが鳴っています おぼえ書き
http://www7b.biglobe.ne.jp/~river_r/bell/sc3_memo/sc3_memo.html より抜粋引用です。
パルス電源の出力は、デフォルトでも 0 と指定しても rise, fall time があり、Toff は指定し た通りにはなり ません。 例えば PULSE(0 1 0 0 0 5e-6 10e-6) と指定すると、
Tr = 497.895ns, Ton = 5.00211μs, Tfall = 497.895ns, Toff = 3.99474μs と画面上で読み取れました。 合計が 9.99264μs となってしまいますが、 これは各種誤差の合計と 思われます。 おそらく内部動作は Trise = 500ns, Ton = 5μs, Tfall = 500ns, Toff = 4μs なのでしょう。
[2] Most frequently asked questions for beginners
http://ltwiki.org/?title=Most_frequently_asked_questions_for_beginners このサイトにあるように、Ton などの 10%程度以下値に、自動的に定義されることに注意する。 [3]Pulse 電源の定数について LTSPICE 入門（連載 7） LTSPICE を使ってみる（4） 電圧源のパルス設定方法 http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/2008/04/ltspice8ltspice.html のサイトの図を以下に示す。
7-3 三角波を用いた入出力特性について [目的] ライブラリの74hc00 は、DC 解析ができない。 そこで、三角波を用いて74hc00 の入出力特性の確認をする。 [結果] 回路図を示す。 シンボル74hc00 を保存したフォルダから 読み出す。そして、include 文でライブラリを 読み出す。 信号電源V1 を high Level の 5V に固定する。 解析には、過渡解析(transient)を実行する。 Stop 時間を指定する。 信号電源V2 の設定を変更して、 三角波の設定をする。 V2 をクリックして、下のウインドを開き、 Advanced ボタンを選択する。 PULSE を選択して、下の変数入力欄に値を入力する。 Trise と Tfall 時間を同じに設定する。 Ton 時間を小さくすることで Von になる時間を短く できる。周期をTperiod=Trise+Tfall にすることで 三角波になります。 入力A と B、そして、出力 out を別々の 座標軸で表示して、比較が容易なグラフ を作成する。 解析を実行する。 空白のグラフ上で右クリックして、 メニューを開く。 Fig.1 解析回路 Fig.2 電源設定 Fig.3 詳細設定
出力out の信号を表示する。 Add Trace で開いたウインド において、V(out)を選択する。 つぎに、右クリックメニュー のAdd Plot Pane を選択する。 新規のグラフが追加される。 同様に、Add Trace で、V(b) を表示する。最後に、 Add Plot Pane を実行し、 V(a)を表示する。 縦軸がの表示範囲がそれぞれ 異なるので、軸をクリックして 設定ウインドを開く。 表示範囲を0 から 5.5V に変更 してOK をクリックする。 ((注意)) Tick を設定しても、グラフが小さいと 設定値で表示されません。 次のグラフが得られる。 一番下がV(out)である。 V(b)の電圧変化により、 出力V(out)が変化する ことが確認できます。 Fig.4 右クリックメニュー Fig.5 信号選択 Fig.6 軸設定 Fig.7 V(a),V(b),V(out)波形
7-4 AND 論理回路 [目的] NAND 論理から AND 論理を作る回路を確認する。 [結果] 解析回路を示す。 U1 の NAND 回路の出力に U2 の NOT 回路を接続する。 信号源V1 と V2 は、PULSE 電源に設定する。 解析には、過渡解析 を実行する。 解析実行する。 実行後の空白グラフにおいて 右クリックメニューを開く。 Add Trace を選択する。 選択ウインドで、V(out)を選択 する。次に、右メニューから Add Plot Pane を選択する。 新しい座標のグラフ上で、 右クリックメニューを開き、 Add Trace で V(inv)信号を 選択する。残りの信号V(a)と V(b)も同様の手順で表示させる。
Fig.1 解析回路
比較を簡単にするために、 表示された4 個のグラフの 縦軸を同じ値に変更する。 それぞれの縦軸をクリックする と軸設定ウインドが開く。 このウインドでTop, Tick, Bottom を設定する。 OK ボタンを選択する。 次の様なグラフが 得られる。 上から、 V(a),V(b), V(inv),V(out)である。 出力V(inv)の波形を 確認することで、 AND 論理回路であること が確認できる。 Fig.5 V(a),V(b),V(inv),V(out)の波形 Fig.4 軸設定
7-5 XOR 論理回路 [目的] XOR 回路の動作を確認する。 [結果] 5 個の NAND 回路を使用した テキストと同じ回路を作成する。 電源V1 と V2 は、Pulse 電源 として設定する。 また、出力波形のスパイクノイズ を除去するために、 出力にコンデンサC1 を接続する。 解析には、過渡解析(Transient) を実行する。 解析を実行する。 表示するグラフは、 波形の比較確認がし易い グラフを作成する。 V(a),V(b),V(out)を 並べて表示する。 空白グラフにおいて 右クリックメニューから、 Add Trace を選択して、 信号選択ウインドでV(a) を選択する。グラフ上で 右クリックメニューを開き、 Add Plot Pane を選択する。 新規のグラフ上で、Add Trace を選択して、V(b)を選択する。 最後に、Add Plot Pane を実行 してグラフを追加して、Add Trace において、出力V(out)を選択する。
Fig.1 回路図
出力にコンデンサが ないときの出力 V(a)と V(b)が共に、 High に変化するとき スパイクノイズが 発生しています。 Pulse 電源の 立上り時間で重なりが 発生するためである。 コンデンサを追加 することで、 スパイクノイズを 除去できる。 グラフ波形の変化を 縦軸に観察すると、 XOR 回路動作している ことが確認できる。 Fig.4 スパイクあり XOR 回路のタイムチャート Fig.5 スパイク除去 XOR 回路のタイムチャート
7-6 1bit 半加算器 [目的] 半加算器の動作を確認する。 [結果] 7 個の NAND 回路を使用した 回路を作成する。 回路は、論理式を実現する構成 になります。 スパイクノイズ除去のために、 コンデンサを接続しています。 解析には過渡解析を実行する 解析を実行し、結果を示す。 表示するグラフは、 波形の比較確認がし易い グラフを作成する。 V(a),V(b),V(out)を 並べて表示する。 空白グラフにおいて 右クリックメニューから、 Add Trace を選択して、 信号選択ウインドでV(a) を選択する。グラフ上で 右クリックメニューを開き、 Add Plot Pane を選択する。 新規のグラフ上で、Add Trace を選択して、V(b)を選択する。 最後に、Add Plot Pane を実行 してグラフを追加して、Add Trace において、出力V(s)を選択する。 同様に、出力V(c)を表示する。 Fig.2 右クリックメニュー Fig.3 信号選択 Fig.1 回路図
以上の手続き後に、 次のグラフが得られる。 V(a)と V(b)の信号と出力 V(s)と V(c)の関係を グラフから読み取る。 グラフから半加算器であることを確認できる。 Fig.4 半加算器回路のタイムチャート
