電気回路 DAE ライブラリ取扱説明書esoftjapan.com/VLX/documents/jp_dae_electronics.pdf · クトのビルドディレクトリに自動的に作成されます。SpiceOpus（後述）またはLTspice（後述）がご使

電気回路 DAE ライブラリ取扱説明書


改定履歴

版発効日備考

1.0.0 2018/06/01 初版発行

eSoft

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目次 1 概要..................................................................................................................................................5 2 接地................................................................................................................................................10 3 開放................................................................................................................................................12 4 電圧プルーブ................................................................................................................................14 5 電流プルーブ................................................................................................................................18 6 DC 電圧源......................................................................................................................................20 7 パルス電圧発生器.........................................................................................................................22 8 簡易版パルス電圧発生器.............................................................................................................24 9 簡易版パルス電圧発生器（遅延角）.............................................................................................26 10 簡易版パルス電圧発生器（外部遅延角）...................................................................................28 11 正弦波電圧発生器......................................................................................................................30 12 多重正弦波信号発生器..............................................................................................................32 13 3 相正弦波電圧発生器...............................................................................................................34 14 3 相正弦波電圧発生器（中性点なし）........................................................................................36 15 3 相パルス電圧発生器................................................................................................................38 16 電圧制御電圧源..........................................................................................................................40 17 電流制御電圧源..........................................................................................................................42 18 外部制御電圧源..........................................................................................................................44 19 DC 電流源....................................................................................................................................47 20 電圧制御電流源..........................................................................................................................49 21 電流制御電流源..........................................................................................................................51 22 外部制御電流源..........................................................................................................................53 23 ステップ電圧源............................................................................................................................56 24 ワンショット電圧源........................................................................................................................58 25 鋸歯状波電圧源..........................................................................................................................60 26 抵抗..............................................................................................................................................62 27 可変抵抗......................................................................................................................................64 28 キャパシタ.....................................................................................................................................66 29 シャントキャパシタ........................................................................................................................68 30 インダクタ......................................................................................................................................70 31 トランス..........................................................................................................................................72 32 トランス 2-3....................................................................................................................................75 33 トランス 3-3....................................................................................................................................80 34 トランス 2-2-2................................................................................................................................83 35 オートトランス................................................................................................................................86 36 非線形トランス..............................................................................................................................88 37 機械的スイッチ.............................................................................................................................94

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38 スナバー回路付き機械的スイッチ..............................................................................................98 39 外部電圧制御機械的スイッチ...................................................................................................100 40 ダイオード...................................................................................................................................102 41 パワーダイオード.......................................................................................................................107 42 ツェナーダイオード....................................................................................................................111 43 サイリスタ....................................................................................................................................115 44 NPN 型 BJT................................................................................................................................119 45 PNP 型 BJT................................................................................................................................128 46 NMOS........................................................................................................................................132 47 PMOS.........................................................................................................................................137 48 NJFET........................................................................................................................................141 49 PJFET.........................................................................................................................................145 50 IGBT...........................................................................................................................................149 51 IGBT+ダイオード.......................................................................................................................155 52 オペアンプ.................................................................................................................................158

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免責事項

本件ソフトウェアの著作権は、全て eSoft に帰属します。eSoft は、お客様、その他の第三者が本

件ソフトウェアに関連して直接間接に蒙ったいかなる損害に対しても、賠償等の一切の責任を負

わず、かつ、お客様はこれに対して eSoft を免責するものとします。eSoft は、お客様に対し、本件

ソフトウェアの動作保証、使用目的への適合性の保証、商業性の保証、使用結果についての的

確性や信頼性の保証、第三者の権利侵害及び瑕疵担保義務も含め、いかなる責任も一切負い

ません。eSoft がこれらの可能性について事前に知らされていた場合も同様です。eSoft は独自

の判断に基づき、本件ソフトウェアの仕様又は内容の変更、修正、配布方法等の変更及び対価

の設定をすることができます。 eSoft からお客様に提供される本件ソフトウェアに関わる情報につ

いても、直接間接を問わず、本規定が適用されます。

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1 概要本書は、VLX 用「電気回路 DAE ライブラリ」の取扱説明書です。本ライブラリは、DAE（代数微分

方程式）用ブロックライブラリです。電気回路の動的シミュレーションを行います。DAE によるモデ

ル化は ODE（常微分方程式）によるものとは違って、因果律に従う必要はなく、実際の電気回路

図に近い形でモデルを記述することができます。また、Spice 系回路シミュレータ用のネットリストも

生成ができるので、より高度な解析を行うことができます。

1.1 エファット変数とフロー変数一般に VLX 用 DAE ライブラリでは、エファット変数とフロー変数という 2種類の変数を定義する

必要があります。これらの変数の取り方は一意ではありませんが、電気回路では、エファット変数

はノード電圧、フロー変数は電流をとるのが自然です。電流の向きは素子から流れ出す方向が正

です。電気回路を定式化するに際して、（１）ノードに接続されているすべての素子の電圧は等しく、

（２）ノードに流れ込むすべての電流の総和はゼロになる、が基本原理です。

1.1.1 シグニチャー

本ライブラリの信号線のシグニチャーは、”ELECTRONICS”です。

1.2 デフォールト設定DAE ソルバーのデフォールトの設定値は下記の通りです。

項目設定値備考

絶対誤差 0 実際の設定値はステップ時間に依る

相対誤差 0 実際の設定値はステップ時間に依る

ソルバータイプ RADAUIIA3 3段 RadauIIA 型 IRK

時間スケーリング有効実際の設定値はステップ時間に依る

スタビライザ無効ソルバーが失敗するようなら有効にする

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1.3 Spice ネットリストの生成下記表にある Spice 対応ブロックだけから構成されているモデルは、Spice 用ネットリストがプロジェ

クトのビルドディレクトリに自動的に作成されます。SpiceOpus（後述）または LTspice（後述）がご使

用の PC にインストールしている場合、VLX でシミュレーションを行った後、「ツール」メニューの

「SpiceOpus の実行」と「LTspice の実行」メニューが有効になります。これをクリックすると、

SpiceOpus または LTspice が起動し、シミュレーションが始まります。

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図 1.1


Spice 対応表

ブロック対応備考

接地〇

開放〇

電圧プローブ〇電圧差 v（＋）－v（－）をプロットする

電流プローブ〇電流値のプロットが可能

DC 電圧源〇電流値のプロットが可能

正弦波電圧発生器〇電流値のプロットが可能

パルス電圧源〇電流値のプロットが可能

簡易版パルス電圧源〇電流値のプロットが可能

簡易版パルス電圧源（遅延角）〇電流値のプロットが可能

簡易版パルス電圧源（外部遅延角制御）

ステップ電圧源〇

ワンショット電圧源〇

鋸歯状波電圧源〇

電圧制御電圧源〇

電流制御電圧源〇

外部制御電圧源

DC 電流源〇

電圧制御電流源〇

電流制御電流源〇

外部制御電流源

多重正弦波発信号発生器

3 相正弦波電圧発生器

3 相正弦波電圧発生器（中性点なし）

3 相パルス電圧発生器

抵抗〇

可変抵抗〇

キャパシタ〇

シャントキャパシタ〇

インダクタ〇

トランス〇

トランス 2-3（中間タップ）〇

トランス 3-3（中間タップ）〇

トランス 2-2-2（3巻き線）〇

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オートトランス〇

非線形トランス

機械的スイッチ

スナバー付き機械的スイッチ

外部電圧制御機械的スイッチ〇

ダイオード〇

パワーダイオード〇

ツェナーダイオード〇

サイリスタ〇 ODEゲートタイプは除く

NPN 〇

PNP 〇

NMOS 〇 ※1

PMOS 〇 ※1

NJFET 〇

PJFET 〇

IGBT 〇

オペアンプ〇

1.3.1 SpiceOpus について

SpiceOpus はスロベニアのリュブリャナ（Ljubljana）大学で開発された Spice 系回路シミュレータで

す。無償で利用できます。ダウンロードやインストールについては SpiceOpus のホームページをご

覧ください。動作検証を行ったバージョンは 2.32 です。

1.3.2 LTspice について

LTspice は、Analog Device社の Spice 系回路シミュレータです。無償で利用できます。ダウンロー

ドやインストールについては LTspice のホームページをご覧ください。動作検証を行ったバージョ

ンは、LTspiceXVII（LTspice17）です。

1.3.3 Spice を使用する上での注意点

1.3.3.1 プロット項目

SpiceOpus では、VLX上でプロットしている項目の中でノード電圧と電圧源の電流および電流プ

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http://www.spiceopus.si/

http://www.analog.com/jp/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

http://www.spiceopus.si/


ローブの電流は、自動的にプロットされます。また、コンソール画面から plotコマンドを入力すれば

ほかの項目もプロットできます。LTspice では、プロットする項目はすべてのノード電圧と電流が可

能ですが、LTspice が起動した後、GUI を操作する必要があります。

1.3.3.2 ノード番号

Spiceネットリストで使用するノード番号は、接地ノード以外は、ブロック線図のケーブル番号+1 で

す。なお、ケーブル番号は、メインメニューの「表示」－「デバッグ情報の表示」でブロック線図上に

表示されます。

1.3.3.3 初期値

時刻 0 の変数の値（初期値）は、VLX では特に指示しなければ、すべて 0 です。時刻 0 から次の

時刻 1（=時刻 0＋ステップ時間）まで積分を行って、時刻 1 の値を確定します。このため、単なる

DC 電圧源であってもあたかもステップ関数のように振舞います。これは、実際の装置に近い挙動

と言えます。実装置では電源を投入すると、ある不定の値（通常は 0）から立ち上がります。ODE ソ

ルバーとの関連からこのような仕様になっており、バグではありません。一方、Spice 系の回路シ

ミュレータは、過渡解析であっても最初に DC解析を行い、初期値を確定します。従って、DC 電

圧源の出力電圧は、時刻 0 で所定の値に定まっています。この結果、回路が過渡的な挙動を示

すことはありません。Spice で過渡的な特性が必要な場合は、DC 電圧源ではなくステップ電圧源

をお使いください。

1.3.3.4 MOSFET のパラメータ※1

MOSFET(NMOS と PMOS)は、VLX ではトランスコンダクタンス（β）を設定するようになっています

が、Spice 系の回路シミュレータでは、下記で定義される kp を設定します。ここで L はチャンネル

長さ[m]、W はチャンネル幅[m]です。VLX には、L や W を設定する機能がないので、kp と L は

Spice のデフォールト値、kp=2e-5、L=1e-6 を採用し、W=2Lβ/kp を計算しています。

β=k p

2WL (1.1)

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2 接地

2.1 概要電位の基準点です。どこにも接地されていない回路は、電位の基準が定まらないのでソルバーエ

ラーになります。

2.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 ground

デフォールトブロック名 ground

デフォールトキャプション G

2.3 アイコン

2.4 スクリプトequation

v = 0end

2.5 パラメータこのブロックにはパラメータはありません。

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2.6 入出力ポートポート名種類データ型説明

1 DAE ELECTRONICS

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3 開放

3.1 概要開放端のモデル化です。

3.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 open

デフォールトブロック名 open

デフォールトキャプション oprn

3.3 アイコン


i = 0end

3.5 パラメータこのブロックにはパラメータはありません。

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1 DAE ELECTRONCS

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4 電圧プルーブ

4.1 概要任意ノード間の電圧差（+端子電圧から-端子電圧を引いた値）を ODE端子に出力します。

4.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vprobe

デフォールトブロック名 vprobe

デフォールトキャプション P

4.3 アイコン

4.4 スクリプトdim out as realstep

out = v1-v2end

equationi = 0

end

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4.5 パラメータパラメータはありません。


＋ DAE ELECTRONICS ＋側ポート

－ DAE ELECTRONICS －側ポート

vo ODE REAL vo=v(+)-v(-)

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4.7 使用例

4.7.1 トランジスタ差動増幅器

トランジスタの差動増幅器の差動出力を電圧プローブ P1 で測定します。

{VLX}\testsuite\dae\electronics\diffpair.vlx

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Fig. 4.1


4.7.1.1 プロット図

青色のトレースは入力波形、赤色のトレースは差動出力波形です。

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Fig. 4.2

diffpairVS3_ v2

P1_ out

Q1_ ic

Q2_ ic

Q3_ ic

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 x10 (̂- 7)[sec]

- 3.0

- 2.0

- 1.0

0.0

1.0

2.0

3.0


5 電流プルーブ

5.1 概要＋端子から－端子に向かって流れる電流を検出して ODE端子に出力します。

5.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 iprobe

デフォールトブロック名 iprobe

デフォールトキャプション P

5.3 アイコン

5.4 スクリプトdim out as realequation

v1 = v2end

poststepout = i

end

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5.5 パラメータパラメータはありません。


＋ DAE ELECTRONICS ＋側ポート

－ DAE ELECTRONICS －側ポート

io ODE REAL i

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6 DC 電圧源

6.1 概要DC 電圧を発生します。

6.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vsdc

デフォールトブロック名 VS

デフォールトキャプション VS

6.3 アイコン

6.4 スクリプトdim out as real

stepif (Tr>0 and t<Tr) then

out = E*t/Trelse

out = Eend if

end

equation

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v2 = v1+outend

6.5 パラメータ記号単位初期値説明

E V 1 電圧

Tr sec 1e-6 電源投入時の立ち上がり時間


1 DAE ELECTRONICS

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7 パルス電圧発生器

7.1 概要パルス電圧を発生します。

7.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vspulse



7.3 アイコン


v2-v1 = pulse(t,Tp,Rr,Rf,Td,duty,E,offset)end


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E V 1 パルスの振幅

Tp sec 1 パルス周期

Rr 0.01 立ち上がり時間（パルス幅に対する比）

Rf 0.01 立ち下がり時間（パルス幅に対する比）

offset V 0 オフセット電圧

duty % 50 デューティー比

Td sec 0 遅延時間


1 DAE ELECTRONICS -パルス電圧

2 DAE ELECTRONICS +パルス電圧

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8 簡易版パルス電圧発生器

8.1 概要負側の端子を省略した簡易版のパルス電圧発生器です。なお、負側端子は 0V です。

8.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vspulseex



8.3 アイコン


v2-v1 = pulse(t,Tp,Rr,Rf,Td,duty,E,offset)end


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DAE ELECTRONICS +パルス電圧

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9 簡易版パルス電圧発生器（遅延角）

9.1 概要負側の端子を省略した簡易版のパルス電圧発生器です。遅延角を指定できます。なお、負側端

子は 0V です。

9.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vspulseexangle



9.3 アイコン

9.4 スクリプトdim Td as real per "sec"

stepTd = Tp*angle/360

endequation

v = poweron(pulse(t,Tp,Rr,Rf,Td,duty,E,offset),Ton)end

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angle 度 0 遅延角

Ton sec 1e-6 パワーオン時間



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10 簡易版パルス電圧発生器（外部遅延角）

10.1 概要負側の端子を省略した簡易版のパルス電圧発生器です。遅延角オフセットを ODE端子から制御

できます。なお、負側端子は 0V です。

10.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vspulseexanglexc



10.3 アイコン

10.4 スクリプトdim Td as real per "sec"

stepTd = Tp*(angle+angleoffset)/360

endequation

v = poweron(pulse(t,Tp,Rr,Rf,Td,duty,E,offset),Ton)end

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ODE REAL 遅延角オフセット入力端子

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11 正弦波電圧発生器

11.1 概要正弦波電圧を発生します。

11.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vssin



11.3 アイコン


v2-v1 = poweron(E,Tr)*sin(pi2*(freq*_t+phase/360.0))end


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E V 1.0 振幅

freq Hz 1.0 周波数

phase deg 0 位相



1 DAE ELECTRONICS

2 DAE ELECTRONICS

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12 多重正弦波信号発生器

12.1 概要多数のランダム位相のサイン波を重ね合わせた多重正弦波信号（マルチトーン）を発生します。回

路のスペクトラム応答を求めるときなどに使用します。マルチトーン信号は、一見するとランダム信

号のように見えますが、そのスペクトラムは指定した次数（M）まで平坦です。

f n=1∑1

M

sin 2 nkN

rand

12.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vsmt



12.3 アイコン

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12.4 スクリプトprivate n as realprivate k as integerprivate phase(M+1) as realdim sg as real

initfor k=0 to M

phase(k) = rand()next k

end

prestepn = cyclecounter()sg = 1for k=1 to M

sg = sg+sin(pi2*k*n/N+phase(k))next k

end

equationv2 = v1+E*sg

end


E V 1.0 振幅

N 1024 フレームサイズ

M 511 トーン数＋１


1 DAE ELECTRONICS ＋側端子

2 DAE ELECTRONICS －側端子

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13 3 相正弦波電圧発生器

13.1 概要120度づつ遅れた 3 相交流正弦波電圧を発生します。

13.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vssin3



13.3 アイコン

13.4 スクリプトdim vout as realstep

if (Tr>0 and t<Tr) thenvout = E*(t/Tr)

else

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vout = Eend

endequation

va-v0 = vout*sin(pi2*(freq*_t+phase/360.0))vb-v0 = vout*sin(pi2*(freq*_t-2.0/3+phase/360.0))vc-v0 = vout*sin(pi2*(freq*_t+2.0/3+phase/360.0))i0+ia+ib+ic = 0

end


E V 1.0 振幅


phase deg 0 位相遅れ



0 DAE ELECTRONICS 中点の電位

a DAE ELECTRONICS a 相

b DAE ELECTRONICS b 相

c DAE ELECTRONICS c 相

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14 3 相正弦波電圧発生器（中性点なし）

14.1 概要120度づつ遅れた 3 相交流正弦波電圧を発生します。中性点は外部に取り出せません。

14.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vssin3nc



14.3 アイコン

14.4 スクリプトdim vout as realvar v0private x as realprivate y as real

init

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y = pi*phase/180end


vout = E*(t/Tr)else

vout = Eendx = 2*pi*freq*t

endequation

va-v0 = vout*sin(x+y)vb-v0 = vout*sin(x-pi2/3+y)vc-v0 = vout*sin(x+pi2/3+y)ia+ib+ic = 0

end


E V 1.0 振幅


phase deg 0 位相遅れ






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15 3 相パルス電圧発生器

15.1 概要120度づつ遅れた 3 相パルス電圧を発生します。

15.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vspulse3



15.3 アイコン

15.4 スクリプトdim Tp as real

stepTp = 1/freq

end

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equationva-v0 = pulse(t,Tp,-Tr,-Tr,Tp*(alpha)/360,duty,E,offset)vb-v0 = pulse(t,Tp,-Tr,-Tr,Tp*(alpha-120)/360,duty,E,offset)vc-v0 = pulse(t,Tp,-Tr,-Tr,Tp*(alpha-240)/360,duty,E,offset)i0+ia+ib+ic = 0

end


E V 1 振幅

freq Hz 1 パルス周波数

alpha 0 遅延時間、パルス周期に対する比で与える


Tr sec 1e-6 パルスの立ち上がり、立ち下り時間


0 DAE ELECTRONICS 中点の電位




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16 電圧制御電圧源

16.1 概要外部電圧により電圧出力を制御します。

16.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vsvc



16.3 アイコン

16.4 スクリプトstep

if (Tr>0 and t<Tr) thenout = g*(v4-v3)*t/Tr

elseout = g*(v4-v3)

end ifend

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equationv2 = v1+outic = 0

end

16.5 パラメータ

記号単位初期値説明

g 1.0 ゲイン



1 DAE ELECTRONICS V-端子

2 DAE ELECTRONICS V+端子

3 DAE ELECTRONICS 制御電圧-端子

4 DAE ELECTRONICS 制御電圧+端子

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17 電流制御電圧源

17.1 概要電流により電圧出力を制御します。端子 3 から端子 4 に向かって流れる電流の方向を正とします。

17.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vsic



17.3 アイコン



out = g*ic*t/Trelse

out = g*icend if

end

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equationv2 = v1+outv3 = v4

end



g 1.0 ゲイン





3 DAE ELECTRONICS 制御電流流入

4 DAE ELECTRONICS 制御電流流出

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18 外部制御電圧源

18.1 概要外部信号（ODE 信号）により出力電圧を制御します。外部制御信号が急速に変化すると、ソル

バーが不安定になる場合があるので、外部制御入力の立ち上がりまたは立ち下りエッジを検出し

て 1次式で近似する機能があります。

18.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vsx

デフォールトブロック名 VSX

デフォールトキャプション VSX

18.3 アイコン

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h


18.4 スクリプトdim y,xprev,tedge as realprivate a as realprivate edge as boolean

initedge = falsexprev = 0tedge = 0

end

#if h>0 theneventdetector

if edge=false and (x>xprev+tol or x<xprev-tol) thentedge = _ta = (x-xprev)/hedge = true

end

if _t>tedge+h thenedge = falsexprev = x

endend

stepif edge then

y = a*(_t-tedge)+xprevelse

y = xend

end

#elsestep

y = xend#end

equationv2 = v1+y

end


h sec 1e-6 遷移時間、h>0 なら外部制御入力の変化を 1 次式で近似

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tol 1e-6 外部制御入力の変化を判定する閾値




3 ODE REAL ODE 信号入力

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19 DC 電流源

19.1 概要理想的な DC 電流源です。

19.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 isdc

デフォールトブロック名 IS

デフォールトキャプション IS

19.3 アイコン



out = I*t/Trelse

out = Iend if

end

equationi = out

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end



I A 1 DC 電流源



1 DAE ELECTRONICS 電流入力端子

1 DAE ELECTRONICS 電流出力端子

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20 電圧制御電流源

20.1 概要他のノード間の電圧により電流出力を制御します。

20.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 isvc



20.3 アイコン



out = g*(v4-v3)*t/Trelse

out = g*(v4-v3)end if

end

equationi = outic = 0

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end



g 1 ゲイン



1 DAE ELETRONICS 電流流入端子

2 DAE ELETRONICS 電流流出端子

- DAE ELETRONICS V-端子

+ DAE ELETRONICS V+端子

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21 電流制御電流源

21.1 概要制御用電流により電流出力を制御します。端子 3 から端子 4 に向かって流れる電流の方向を正と

します。

21.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 isic



21.3 アイコン

21.4 スクリプトdim out as real per "A"


out = g*ic*t/Trelse

out = g*icend if

end

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equationi = outv3 = v4

end



g 1 ゲイン



1 DAE ELETRONICS 電流流入端子

2 DAE ELETRONICS 電流流出端子

3 DAE ELETRONICS 制御電流流入

4 DAE ELETRONICS 制御電流流出

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22 外部制御電流源

22.1 概要外部信号（ODE 信号）で出力電流を制御します。外部制御信号が急速に変化すると、ソルバーが

不安定になる場合があるので、外部制御入力の立ち上がりまたは立ち下りエッジを検出して 1次

式で近似する機能があります。

22.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 isx

デフォールトブロック名 ISX

デフォールトキャプション ISX

22.3 アイコン

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h


22.4 スクリプトdim y,xprev,tedge as realprivate a as realprivate edge as boolean

initedge = falsexprev = 0tedge = 0

end

#if h>0 theneventdetector

if edge=false and (x>xprev+tol or x<xprev-tol) thentedge = _ta = (x-xprev)/hedge = true

end

if _t>tedge+h thenedge = falsexprev = x

endend

stepif edge then

y = a*(_t-tedge)+xprevelse

y = xend

end

#elsestep

y = xend#end

equationi = y

end

54/168



h sec 1e-6 遷移時間、h>0 なら外部制御入力の変化を 1 次式で近似

tol 1e-6 外部制御入力の変化を判定する閾値


1 DAE ELECTRONICS 電流流入端子

2 DAE ELECTRONICS 電流流出端子

3 ODE REAL ODE 信号入力

55/168


23 ステップ電圧源

23.1 概要ステップ電圧を発生します。

23.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 vsstep



23.3 アイコン

23.4 スクリプトdim out as real per "V"

stepif (t<Td) then

out = 0elseif (t>=Td and t<Td+Tr) then

out = E*(t-Td)/Trelse

out = Eend if

end

56/168


equationv2 = v1+out

end


E V 1 電圧



1 DAE ELECTRONICS

57/168


24 ワンショット電圧源

24.1 概要指定した時間に指定したパルス幅のワンショット電圧パルスを発生します。

24.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 oneshot



24.3 アイコン

24.4 スクリプトdim out,tr,tf,tw,t0,t1,t2,t3 as real

#if Tw>0 then//positive Tw is ratio to steptime()init

tr = steptime()*0.01tf = trtw = Tw*steptime()

end#else//negative Tw is abosulte timeinit

tr = steptime()*0.01

58/168


tf = Trtw = -Tw

end#end

stept0 = Tdt1 = t0+trt2 = t1+twt3 = t2+tf

if (t<t0) thenout = 0

elseif (t<t1) thenout = amp*(t-t0)/tr

elseif (t<t2) thenout = amp

elseif (t<t3) thenout = amp*(1-(t-t2)/tf)

elseout = 0

endendequation

v2-v1 = outend


amp V 1.0 出力電圧


Tw 1 パルス幅、Tw が正の場合はステップ時間に対する倍率、

負の場合は、絶対時間（秒）


1 DAE ELECTRONICS －側電圧端子

2 DAE ELECTRONICS ＋側電圧端子

59/168


25 鋸歯状波電圧源

25.1 概要鋸歯状波電圧パルスを発生します。

25.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 swatooth



25.3 アイコン

25.4 スクリプトdim Tp,Rr,Rf,duty as real

initTp = Tr+TfRr = Tr/TpRf = Tf/Tpduty = 100*Tr/Tp

end

stepend

60/168


equationv2-v1 = poweron(pulse(t,Tp,Rr,Rf,Td,duty,E,offset),Ton)

end


E V 1.0 出力電圧


Tr sec 1 立ち上がり時間

Tf sec 0 立ち下がり時間


Ton sec 1e-6 電源投入時の立ち上がり時間


1 DAE ELECTRONICS －側電圧端子

2 DAE ELECTRONICS ＋側電圧端子

61/168


26 抵抗

26.1 概要理想電気抵抗のモデル化です。下記のオームの法則が成り立ちます。

V 1−V 2=R⋅i

26.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 resistor

デフォールトブロック名 res

デフォールトキャプション R

26.3 アイコン


v1-v2 = R*iend

62/168



R Ω 1.0 抵抗値


1 DAE ELECTRONICS

2 DAE ELECTRONICS

63/168


27 可変抵抗

27.1 概要ポテンショメータのモデル化です。

27.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 potentiometer

デフォールトブロック名 RV

デフォールトキャプション RV

27.3 アイコン


v1-v3 = R*w*i1v3-v2 = R*(1-w)*i2i1 = i2+i3

end


64/168


R オーム 1 全抵抗値

w 0 出力比率


1 DAE ELECTRONICS ポート 1－ポート 2 間全抵抗値

2 DAE ELECTRONICS

3 DAE ELECTRONICS ポート 1－ポート 3 間抵抗値はパラメータ w による

65/168


28 キャパシタ

28.1 概要理想的な静電容量のモデル化です。下記の方程式で記述します。

C⋅d v1−v2

dt=i

28.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 capacitor

デフォールトブロック名 cap

デフォールトキャプション C

28.3 アイコン


C*(v1'-v2') = iend

66/168



C F 1.0 静電容量


1 DAE ELECTRONICS ＋端子

2 DAE ELECTRONICS －端子

67/168


29 シャントキャパシタ

29.1 概要片方が接地された静電容量です。主に、ノイズ低減またはソルバー安定用に使用します。

29.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 shuntcapacitor

デフォールトブロック名 cap

デフォールトキャプション C

29.3 アイコン


C*v' = iend

68/168



C F 1e-12 静電容量


無表示 DAE ELECTRONICS ＋端子

69/168


30 インダクタ

30.1 概要理想的なインダクタのモデル化です。

L⋅v1−v2 =d idt

30.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 inductor

デフォールトブロック名 ind

デフォールトキャプション L

30.3 アイコン


v1-v2 = L*i'end

70/168



L H 1.0 インダクタンス




71/168


31 トランス

31.1 概要理想トランス（相互インダクタ）のモデル化です。１入力１出力のトランスです。

v1−v2=L1

d i1

dtM

d i2

dt

v2−v3=Md i1

dtL2

d i2

dt

なお、相互インダクタンス M は、下記の式で与えられます。

M =k L1⋅L2 ,0k1

31.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 mutual

デフォールトブロック名 mutual

デフォールトキャプション M

72/168

i1 i21

2

3

4

L1 L2


31.3 アイコン

31.4 スクリプトdim M as real

initM = k*sqrt(L1*L2)

end

equationv1-v2=L1*i1'+M*i2'v3-v4=M*i1'+L2*i2'

end


L1 H 1.0 1 次側自己インダクタンス


k 0.999999 結合係数、0<k<1


1 DAE ELECTRONICS 1 次側+端子

2 DAE ELECTRONICS 1 次側-端子

3 DAE ELECRRONICS 2 次側+端子

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4 DAE ELECTRONICS 2 次側-端子

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32 トランス 2-3

32.1 概要理想トランス（相互インダクタ）のモデル化です。2次側に中間タップがついています。

v1−v2=L1

d i1

dtM 12

d i2

dtM 13

d i3

dt

v3−v4=M 12

d i1

dtL2

d i2

dtM 23

d i 3

dt

v4−v5=M 13

d i1

dtM 23

d i2

dtL3 d i3

なお、相互インダクタンス M12、M13、M23 は、下記の式が成り立つ必要があります。

M 12=k L1⋅L2

M 13=k L1⋅L3

M 23=k L2⋅L3

32.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 mutual23



75/168

i1 i2

i3

1

2

3

4

5i4

L1L2

L3


32.3 アイコン

32.4 スクリプトdim M12,M13,M23 as real

initM12 = k*sqrt(L1*L2)M13 = k*sqrt(L1*L3)M23 = k*sqrt(L2*L3)

end

equationv1-v2=(L1*i1'+M12*i2'+M13*i3')v3-v4=(M12*i1'+L2*i2'+M23*i3')v4-v5=(M13*i1'+M23*i2'+L3*i3')i2=i3+i4

end





k 0.999999 結合係数、0<k<1


1 DAE ELECTRONICS 1 次側端子


76/168


3 DAE ELECRRONICS 2 次側中間端子



77/168


32.7 使用例

32.7.1.1 ミキサー回路

トランスを介して 1kHz の交流信号を 10kHz の交流信号で変調します。

{VLX}\testsuite\dae\electronics\mixer1.vlx

78/168

Fig. 32.1


32.7.1.2 プロット図

青色のトレースは変調された信号波形です。

79/168

Fig. 32.2

mixer1R2_ v1 E- 003

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 x10 (̂- 4)[sec]

- 1.00

- 0.50

0.00

0.50

1.00


33 トランス 3-3

33.1 概要理想トランス（相互インダクタ）のモデル化です。1次側と 2次側にそれぞれ中間タップがついてい

ます。

v1−v2=L1

d i1

dtM 12

d i3

dtM 13

d i4

dtM 14

d i6

dt

v2−v3=M 12

d i1

dtL2

d i3

dtM 23

d i4

dtM 24

d i6

dt

v 4−v5=M 13

d i 1

dtM 23

d i 3

dtL3

d i4

dtM 34

d i 6

dt

v5−v6=M 14

d i1

dtM 24

d i3

dtM 34

d i 4

dtL4

d i6

dt

なお、相互インダクタンスは、下記式で定義されます。

M 12=k L1⋅L2

M 13=k L1⋅L3

M 14=k L1⋅L4

M 23=k L2⋅L3

M 24=k L2⋅L4

M 34=k L3⋅L4

80/168

i2

i4

i6

i5

1

2

3

4

5

6

i1

i3

L1

L2

L3

L4


33.2 基本属性

項目値

クラス名 dae


デフォールトブロック名 M

デフォールトキャプション N

33.3 アイコン

33.4 スクリプトdim M12,M13,M14,M23,M24,M34 as real

initM12 = k*sqrt(L1*L2)M13 = k*sqrt(L1*L3)M14 = k*sqrt(L1*L4)M23 = k*sqrt(L2*L3)M24 = k*sqrt(L2*L4)M34 = k*sqrt(L3*L4)

end

equationv1-v2=(L1*i1'+M12*i3'+M13*i4'+M14*i6')v2-v3=(M12*i1'+L2*i3'+M23*i4'+M24*i6')v4-v5=(M13*i1'+M23*i3'+L3*i4'+M34*i6')v5-v6=(M14*i1'+M24*i3'+M34*i4'+L4*i6')i1=i2+i3i4=i5+i6

end

81/168







k 0.999999 結合係数、0<k<1




3 DAE ELECRRONICS 1 次側中間端子


5 DAE ELECTRONICS 2 次側端子中間端子


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34 トランス 2-2-2

34.1 概要3巻き線の理想トランス（相互インダクタ）のモデル化です。

v1−v2=L1

d i1

dtM 12

d i2

dtM 13

d i3

dt

v3−v4=M 12

d i1

dtL2

d i3

dtM 23

d i3

dt

v5−v6=M 13

d i1

dtM 23

d i3

dtL3

d i3

dt

なお、相互インダクタンスは、下記式で定義されます。

M 12=k L1⋅L2

M 13=k L1⋅L3

M 23=k L2⋅L3

34.2 基本属性

項目値

クラス名 dae


デフォールトブロック名 M


83/168

i1 i21

2

3

4

L1 L2L3

5

6

i3


34.3 アイコン

34.4 スクリプトdim M12,M13,M23 as real

initM12 = k*sqrt(L1*L2)M13 = k*sqrt(L1*L3)M23 = k*sqrt(L2*L3)

end

equationv1-v2=(L1*i1'+M12*i2'+M13*i3')v3-v4=(M12*i1'+L2*i2'+M23*i3')v5-v6=(M13*i1'+M23*i2'+L3*i3')

end





k 0.999999 結合係数、0<k<1





84/168





85/168


35 オートトランス

35.1 概要理想的なオートトランスをモデル化します。

35.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 inductor3

デフォールトブロック名 L

デフォールトキャプション L

35.3 アイコン

35.4 スクリプトdim M12 as real

initM12 = k*sqrt(L1*L2)

end

equationv1-v3=(L1*i1'+M12*i2')v3-v2=(M12*i1'+L2*i2')i1=i2+i3

end

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k 0.999999 結合係数、0<k<1


1 DAE ELECTRONICS +端子

2 DAE ELECTRONICS 中間端子

3 DAE ELECTRONICS -端子

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36 非線形トランス

36.1 概要非線形な B-H特性を持つトランスの解析的モデルです。B-H特性は arctan 関数＋線形項で近似

します。f(H)の k1 や k2 は、磁性材料の固有のパラメータです。使用する磁性材料に応じて変更

する必要があります。ここで、H は磁界の強さ[A/m]、B は磁束密度[Wb/m^2]、L は磁路長[m]、A

はトランスの断面積[m^2]、N1 は 1次側巻き線数、N2 は 2次側巻き線数、R1 は 1次側抵抗、R2

は 2次側抵抗です。なお、ヒステリシスは考慮していません。

H =N 1i1N 2i 2 / LB= f H

f H =arctanH /k14 10−7 k2⋅H

v1−v2=N 1 AdBdt

R1i 1

v3−v4=N 2 AdBdt

R2 i2

(36.1)

36.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 nonlinear_mutual



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36.3 アイコン

36.4 スクリプト

dim H as realvar B

stepH = (N1*i1+N2*i2)/L

end

equationB = atan(H/k1)+4*pi*1e-7*k2*Hv1-v2=(N1*A*B'+R1*i1)*_tscalev3-v4=(N2*A*B'+R2*i2)*_tscale

end



k1 40 磁性材料のパラメータ

k2 110 磁性材料のパラメータ

N1 1 1 次側巻き線数

N2 1 2 次側巻き線数

R1 Ohm 1 1 次側抵抗

R2 Ohm 1 2 次側抵抗

A mm^2 1e-4 トランスの断面積

L m 0.1 磁路の長さ

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36.6 入出力ポート

ポート名種類データ型説明

1 DAE ELECTRONICS 1 次側＋ポート

2 DAE ELECTRONICS 1 次側－ポート

3 DAE ELECRRONICS 2 次側＋ポート

4 DAE ELECTRONICS 2 次側－ポート

36.7 B-H カーブパラメータ掃引ツールを使って B-Hカーブを測定します。

36.7.1 測定回路

2次側の電流を流さないように R1 を大きく設定しています。

モデル：{VLX}\testsuite\dae\electronics\non_linear_trans1.vlx。

90/168

Fig. 36.1


36.7.2 測定結果

91/168

Fig. 36.2

mutual1_B - IS1_I

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IS1_I

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

mutual1_B


36.8 使用例

36.8.1 非線形トランスを使った整流回路

M1 は非線形トランスです。モデル：{VLX}\testsuite\dae\electronics\non_linear_trans3.vlx。

92/168

Fig. 36.3


36.8.1.1 応答波形 1

青色トレースは負荷抵抗の両端の電圧波形です。

36.8.1.2 応答波形 2

緑色のトレースはトランスの 1次側の電流、茶色のトレースは 2次側の電流波形です。1次側と 2

次側の電流波形がパルス状になっていることが分かります。

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Fig. 36.4

nonlinear_trans3P1_ out

0.000 0.040 0.080 0.120 0.160 0.200[sec]

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

Fig. 36.5

nonlinear_trans3M1_H

M1_BM1_ i1

M1_ i2M1_ v1

M1_ v3

0.000 0.040 0.080 0.120 0.160 0.200[sec]

- 3.0

- 2.0

- 1.0

0.0

1.0

2.0

3.0


37 機械的スイッチ

37.1 概要機械的スイッチのモデル化です。ODE入力端子 3 の値によりオン抵抗とオフ抵抗を切り替えます。

注意：機械的スイッチと並列にある程度の大きさのコンデンサが必要です。コンデンサの容量が小

さすぎるとソルバーが失敗することがあります。

37.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 switch

デフォールトブロック名 sw

デフォールトキャプション SW

37.3 アイコン

94/168

C

1 2

3



i = sw>0? C*(v1'-v2')+(v1-v2)/Ron : C*(v1'-v2')+(v1-v2)/Roffend


C F 1e-9 浮遊容量、ソルバーを安定化させるために必要

Ron Ω 1e-3 オン抵抗

Roff Ω 1e6 オフ抵抗


1 DAE ELECTRONICS

2 DAE ELECTRONICS

3 ODE REAL ポート 3 の値が 0 より大きいとき、オン、それ以外はオフ

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37.7 使用例

37.7.1 昇圧コンバータ

機械的スイッチを使用した昇圧コンバータ回路の例です。パルス発生器の周期は 40マイクロ秒、

デューティー比は 50%です。昇圧型コンバータの増幅率は、下記式で与えられるので、入力電圧

120V に対して出力電圧は 240V になります。

V o

V i

=1

1−D=2 (37.1)

{VLX}\testsuite\dae\electronics\boostconverter1.vlx

96/168

Fig. 37.1


37.7.1.1 プロット図

赤色のトレースは出力電圧です。電源電圧が 120V なので、2倍に昇圧されているのがわかります。

97/168

Fig. 37.2

boostconverter1pg1_ outR1_ v1

0.0000 0.0020 0.0040 0.0060 0.0080 0.0100[sec]

0

100

200

300

400

0.0095339

240.999


38 スナバー回路付き機械的スイッチ

38.1 概要機械的スイッチのモデル化です。逆方向電圧が掛かった場合は、スイッチのオンオフに関わらず

導通します。ODE入力端子 3 の値によりオン抵抗とオフ抵抗を切り替えます。注意：機械的スイッ

チと並列にある程度の大きさのコンデンサが必要です。コンデンサの容量が小さすぎるとソルバー

が失敗することがあります。

38.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 switchs



98/168

C

1 2

3


38.3 アイコン


i = (sw>0)?-Is*(linexp((v2-v1)/Vt,100)-1)+C*(v1'-v2')+(v1-v2)/Ron:-Is*(linexp((v2-v1)/Vt,100)-1)+C*(v1'-v2')+(v1-v2)/Roffend


C F 1e-9 ソルバーを安定化させるために必要



Vt V 15.8e-3 スナバーダイオードの閾値電圧

Is A 1e-14 スナバーダイオードの飽和電流


1 DAE ELECTRONICS

2 DAE ELECTRONICS


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39 外部電圧制御機械的スイッチ

39.1 概要外部電圧の値によりオン・オフする機械的スイッチのモデル化です。外部電圧端子 3 の値によりオ

ン抵抗とオフ抵抗を切り替えます。注意：機械的スイッチと並列にある程度の大きさのコンデンサ

が必要です。コンデンサの容量が小さすぎるとソルバーが失敗することがあります。

39.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 switchvx



39.3 アイコン

100/168

C

1 2

3



i = softswitch(vsw,0.01,C*(v1'-v2')+(v1-v2)/Roff, C*(v1'-v2')+(v1-v2)/Ron)isw = 0

end


C F 1e-9 浮遊容量、ソルバーを安定化させるために必要




1 DAE ELECTRONICS

2 DAE ELECTRONICS


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40 ダイオード

40.1 概要理想ダイオードのモデル化です。なお、内部抵抗、逆回復時間、降伏現象については、モデル化

していません。逆回復時間については、後述するパワーダイオードでモデル化しています。

40.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 diode

デフォールトブロック名 diode

デフォールトキャプション D

40.3 アイコン

102/168

1

2

1

2

Cd Is exp((v1-v2)/Vt)


40.4 スクリプトdim id,vd as real

stepid = Cd*(v1'-v2')vd = (v1-v2)/Vt

endequation

i = Is*(linexp(vd,100)-1)+idend


Vt V 25.8e-3 閾値電圧（kT/q）

Is A 1e-14 飽和電流

Cd F 1e-12 PN 接合容量




103/168


40.7 DC特性下図は、端子電圧 vs 電流特性です。パラメータ掃引により求めます。

{VLX}\testsuite\dae\electronics\diode_dcsweep.vlx

104/168

Fig. 40.1

diode1_i - VS1_E

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80VS1_E

0.00

0.04

0.08

0.12

0.16

0.20

diode1_i


40.8 使用例

40.8.1 半波整流回路

{VLX}\testsuite\dae\electronics\diode_rectifier1.vlx

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Fig. 40.2


40.8.1.1 プロット図

赤色のトレースは負荷抵抗の電圧です。

106/168

Fig. 40.3


41 パワーダイオード

41.1 概要電荷の蓄積効果による逆回復時間を考慮したダイオードモデルです。詳細は、（文献 4）を参照し

てください。

41.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 powerdiode

デフォールトブロック名 diode


41.3 アイコン

41.4 スクリプトvar qmdim qe,ic,vd as real

stepvd = (v1-v2)/Vtic = Cd*(v1'-v2')qe = Is*tt*(linexp(vd,100)-1)

endequation

0 = qm'+qm/tt-(qe-qm)/tmi = (qe-qm)/tm+ic

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end



Vt V 25.8e-3 閾値電圧（kT/q）



tt sec 5e-6 キャリアライフタイム

tm sec 1e-6 拡散遷移時間




108/168


41.7 使用例

41.7.1 逆回復時間の測定

パワーダイオードの逆回復時間の測定を行います。モデルは、

{VLX}\testsuite\dae\electronics\powerdiode1.vlx

109/168

Fig. 41.1


41.7.1.1 プロット図

青色のトレースは電源電圧、赤色のトレースはダイオード電流、緑色のトレースは、蓄積電荷量で

す。この例では、電源電圧の立下りから、ダイオード電流が回復するまでの時間はおよそ 28マイ

クロ秒かかっています。

110/168

Fig. 41.2

powerdiode1VS2_ v2 E+ 002

D1_ i E+ 002D1_ qm E- 003

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0 20.0 x10 (̂- 5)[sec]

- 1.00

- 0.50

0.00

0.50

1.00

0.0001285

- 50

- 0.4063364.06336e- 006


42 ツェナーダイオード

42.1 概要ツェナーダイオードのモデル化です。

42.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 zener

デフォールトブロック名 zener


42.3 アイコン

111/168

1

2

Cd Is exp((v1-v2)/Vt)

1

2


42.4 スクリプトdim id,eq,leak as real

stepid = Cd*(v1'-v2')if v1>v2-E then

eq = i-(Is*(linexp((v1-v2)/Vt,100)-1)+id)else

leak = Is*(exp(-E/Vt)-1)eq = i-(-beta*(-v1+v2-E)+leak+id)

endend

equationeq = 0

end equation


Vt V 25.8e-3 閾値電圧



beta A/V 1e5 ツェナー降伏時の電圧・電流係数

E V 10 ツェナー電圧


1 DAE ELECTRONICS

2 DAE ELECTRONICS

112/168


42.7 使用例

42.7.1 クランプ回路

{VLX}\testsuite\dae\electronics\zener2.vlx

113/168

Fig. 42.1


42.7.1.1 プロット図

114/168

Fig. 42.2

zener2R1_ v1 E+ 004

R1_ v2 E+ 002

0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050[sec]

- 1.00

- 0.50

0.00

0.50

1.00


43 サイリスタ

43.1 概要機械的スイッチによるサイリスタのモデル化です。アノード a とカソード k の間が順バイアスの時に、

ゲート電圧 vg が閾値電圧 Vgt よりも大きくなるとサイリスタがターンオンしてアノード電流が流れま

す。サイリスタは、一度、ターンオンしてしまうと、ゲート信号を取り去っても、アノード電流は流れ続

きます。ターンオフするには、アノードとカソード間を逆バイアスにする必要があります。

43.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 scr

デフォールトブロック名 scr

デフォールトキャプション SCR

43.3 アイコン

115/168

a

g

k

Cr


43.4 スクリプトdim turnon as boolean

initturnon = false

end

stepif vg>Vgt and va>vk then

turnon = trueend

if va<=vk thenturnon = false

endend

equationia = turnon? (va-vk)/Ron+(va'-vk')*Cr : (va-vk)/Roff+(va'-vk')*Crig = 0

end


Vgt V 1.2 ゲートターンオン閾値電圧



Cr F 1e-9 アノード a とカソードの間の容量


a DAE ELECTRONICS アノード端子

k DAE ELECTRONICS カソード端子

g DAE ELECTRONICS ゲート端子、注意：カソードではなく接地（0V）からの電圧

116/168


43.7 使用例 1サイリスタを使った半波整流器です。VS1 は 1000Vrms/50Hz交流電源、VS3 は VS1 から 30度遅

延したパルス電源です。モデルは、{VLX}\testsuite\dae\electronucs\scr1.vlx です。

43.7.1.1 プロット図

青色のトレースは出力電流波形です。

117/168

Fig. 43.1

Fig. 43.2

scr1VS1_v2SCR1_ia

0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050[sec]

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

0.00167

0.00109292


43.7.2 Spice 用モデル

本サイリスタブロックは、簡便のためサイリスタがターンオンするゲート電圧はカソードからではなく

接地電位（0V）を基準にとっています。従って、Spice モデルとしては動作しない場合が存在しま

す。これを避けるため Spice 用モデルでは、ゲート電圧にカソード電位に相当するバイアス電位を

電圧制御電圧源（E1）で与えるようにしています。

118/168

R12

1

3

+-

k

g

a

Q1

Q2

E1

E1(6 2 3 0) gain=1

4

56


44 NPN 型 BJT

44.1 概要NPN 型 BJT（バイポーラ接合型トランジスタ）の Ebers-Moll（文献 1）によるモデル化です。等価回

路は下図であらわされます。

電流の方向は上図で、各ポートに記載されている矢印の方向を正とします。ベース・エミッタ間に

あるダイオード Dbe の順バイアス PN 接合により駆動される電流 if は、

I F= I SEexpV be

V T−1 , I SE=

I S

F

ベース・コレクタ間にあるダイオード Dbc の逆バイアス PN 接合により駆動される電流 ir は、

I R= I SCexpV bc

V T−1 , I SC=

I S

R

エミッタ電流は、順バイアス電流 if から逆バイアス電流に逆バイアス電流増幅率 ar を掛けたもの

119/168

b

c

e

ve

vc

Cbc af*if

vb

ar*ir

Dbc

Dbe

ic

ie

ib if

ir


を引いたものになります。

I e= I F−a R I r

すなわち、

I e=I S

F expV be

V T−1− I S expV bc

V T−1=I S expV be

V T−I S expV bc

V T I S

F expV be

V T−1

コレクタ電流は、順バイアス電流に順バイアス増幅率 af を掛けたものから逆バイアス電流 Ir を引

いたものに等しくなります。なお、ここでは、簡単のためベース・コレクタ PN 結合容量 Cbc を流れ

る電流は、除外しています。

I c=aF I F−I R

すなわち、

I c= I sexpV be

V T−1− I S

R expV bc

V T−1=I S expV be

V T−I S expV bc

V T− I S

R expV bc

V T−1

ベース電流は、エミッタ電流とコレクタ電流から、

I b=I e− I c

したがって、

I b=I S

F expV be

V T−1 I S

R expV bc

V T−1

ここで、

1R

=11 R

,1F

=11 F

44.2 基本属性

項目値

120/168


クラス名 dae

サブクラス名 npn

デフォールトブロック名 Q

デフォールトキャプション Q

44.3 アイコン

44.4 スクリプトdim vbc,vbe as realdim ebe,ebc as realdim icbc as real

stepvbc = (vb-vc)/VTvbe = (vb-ve)/VTebe = linexp(vbe,100)ebc = linexp(vbc,100)icbc = Cbc*(vb'-vc')

end

equationie = Is*(ebe-ebc+(ebe-1)/Bf)ic = Is*(ebe-ebc-(ebc-1)/Br)-icbcib = Is*((ebe-1)/Bf+(ebc-1)/Br)+icbc

end


VT V 25.8e-3 閾値電圧（kT/q）


121/168


Cbc F 1e-12 ベース・コレクタ PN 接合容量

Br - 1 逆バイアス電流増幅率、Br=Ic/Ib

Bf - 100 順バイアス電流増幅率、Bf=Ic/Ib


c DAE ELECTRONICS コレクタ

e DAE ELECTRONICS エミッタ

b DAE ELECTRONICS ベース

44.7 使用例

44.7.1 DC特性

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\npn_paramsweep1。パラメータ掃引ツールを使ってトラ

ンジスタの DC特性をプロットします。

122/168

Fig. 44.1


44.7.1.1 パラメータスイープ

123/168

Fig. 44.2

Q1_ic - VS1_E

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0VS1_E

-0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Q1_ic

IS1_I=0

IS1_I=0.001

IS1_I=0.002

IS1_I=0.003

IS1_I=0.004

IS1_I=0.005

IS1_I=0.006


44.7.2 エミッター接地アンプ

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\bjtamp1.vlx

44.7.2.1 プロット図

124/168

Fig. 44.3

Fig. 44.4

bjtamp1VS2_ v2 E+001

R2_ i E+ 000Q1_ ib E- 002

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 x10 (̂- 4)[sec]

- 1.0

- 0.5

0.0

0.5

1.0

0.000619

- 0.287737

0.002877373.79574


44.7.3 ２石アンプ

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\bjtamp3.vlx

44.7.3.1 プロット図

125/168

Fig. 44.5

Fig. 44.6

bjtamp3VS1_ v2Q1_ vb

Q1_ vcQ2_ vb

Q2_ ve

0.201 0.202 0.203 0.204 0.205 0.206[sec]

6.73

6.74

6.75

6.76

6.77

6.78

6.79

6.80


44.7.4 LED 点滅回路

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\bjt3.vlx。3個の LED を順に点滅させます。

44.7.4.1 ブロック線図

44.7.4.2 プロット図

青色のトレースはトランジスタ Q1 のコレクタ電圧、赤色のトレースは、トランジスタ Q2 のコレクタ電

圧、緑色のトレースはトランジスタ Q3 のコレクタ電圧です。

126/168

Fig. 44.7

Fig. 44.8

bjt3Q1_ vc E+ 001Q2_ vc E+ 001

Q3_ vc E+ 001

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5[sec]

- 1.0

- 0.5

0.0

0.5

1.0


44.7.5 昇圧型コンバータ

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\boostconverter2 です。下記回路図の V1 はデューティ

比（D）が 50%のパルス発生器です。昇圧型コンバータの増幅率は、下記式で与えられるので、入

力電圧 120V に対して出力電圧は 240V になります。

V o

V i

=1

1−D=2 (44.1)


44.7.5.2 プロット図

赤色のトレースは出力電圧です。

127/168

Fig. 44.9

Fig. 44.10

boostconverter2VS1_ v2 E+ 002

R1_ v1 E+ 003

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010[sec]

- 1.0

- 0.5

0.0

0.5

1.0

0.008512

238.911


45 PNP 型 BJT

45.1 概要PNP 型 BJT（バイポーラ接合型トランジスタ）の Ebers-Moll（文献 1）によるモデル化です。

電流の方向は上図で、各ポートに記載されている矢印の方向を正とします。ベース・エミッタ間に

あるダイオード Dbe の順バイアス PN 接合により駆動される電流 if は、

I F= I SEexpV be

V T−1 , I SE=

I S

F

ベース・コレクタ間にあるダイオード Dbc の逆バイアス PN 接合により駆動される電流 ir は、

I R= I SCexpV bc

V T−1 , I SC=

I S

R

エミッタ電流は、順バイアス電流 if から逆バイアス電流に逆バイアス電流増幅率 ar を掛けたもの

を引いたものになります。

128/168

b

c

e

ve

vc

Cbc af*if

vb

ar*ir

Dbc

Dbe

ic

ie

ib if

ir


I e= I F−a R I r

すなわち、

I e=I S

F expV be

V T−1− I S expV bc

V T−1=I S expV be

V T−I S expV bc

V T I S

F expV be

V T−1

コレクター電流は、順バイアス電流に順バイアス増幅率 af を掛けたものから逆バイアス電流 Ir を

引いたものに等しくなります。なお、ここでは、簡単のためベース・コレクタ PN 結合容量 Cbc を流

れる電流は、除外しています。

I c=aF I F−I R

すなわち、

I c= I sexpV be

V T−1− I S

R expV bc

V T−1=I S expV be

V T−I S expV bc

V T− I S

R expV bc

V T−1

ベース電流は、エミッタ電流とコレクタ電流から、

I b=I e− I c

したがって、

I b=I S

F expV be

V T−1 I S

R expV bc

V T−1

ここで、

1R

=11 R

,1F

=11 F

45.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 pnp


129/168



45.3 アイコン

45.4 スクリプトdim vcb,veb as realdim eeb,ecb as realdim icbc as real

stepvcb = (vc-vb)/VTveb = (ve-vb)/VTeeb = linexp(veb,100)ecb = linexp(vcb,100)icbc = Cbc*(vc'-vb')

end

equationie = Is*(eeb-ecb+(eeb-1)/Bf)ic = Is*(eeb-ecb-(ecb-1)/Br)-icbcib = Is*((eeb-1)/Bf+(ecb-1)/Br)+icbc

end


VT V 25.8e-3 閾値電圧（kT/q）


Cbc F 1e-12 ベース・コレクタ PN 接合容量

Br - 1 逆バイアス電流増幅率、Br=Ic/Ib

Bf - 100 順バイアス電流増幅率、Bf=Ic/Ib

130/168



c DAE ELECTRONICS コレクタ

e DAE ELECTRONICS エミッタ

b DAE ELECTRONICS ベース

131/168


46 NMOS

46.1 概要本ブロックは N 型 MOSFET（金属酸化膜型電界効果トランジスタ）の Shichman-Hodges（文献 3）

によるモデル化です。MOSFET の動作原理はゲート直下に形成される反転層が電流の通り道

（チャンネル）になり、チャンネルの幅を変えることでドレイン電流を制御します。NMOS はソースと

ドレインが N 型で基板は P 型です。最初、ゲート電圧を加えない状態では反転層が形成されてい

ないので、ドレイン電流は流れません。この状態をカットオフ状態と言います。ゲート電圧を徐々に

上げていくと、閾値電圧 VT を超えたあたりからソースとドレイン間のゲート直下に反転層が形成さ

れ始めます。反転層は N 型領域になっており、自由に移動できる電子が存在します。反転層が形

成されている状態でドレインとソース間に正の電圧を印加するとドレイン電流が流れます。ドレイン

電流の大きさはドレイン電圧に比例するので、このときの状態を線形領域と言います。ドレイン電

圧をさらに大きくしていくと、ドレイン電位とゲート電位が近づいてきて、その結果、ドレイン側の

チャンネルの反転層の深さが減少して、ついにはいくらドレイン電圧を増加してもドレイン電流が

増加しない領域に入ります。この領域を飽和領域と言います。

132/168

drain

source

gate Idrain

Cgd

Cgs

id

isig

icgd

icgs

id=Idrain-icgdis=Idrain+icgsig=icgd+icgs

GS(N) D(N)

反転層（チャンネル）

+-

+-

P

vds

vgs


NMOS では、通常、下記の条件（順バイアス）で使用します。

V DS≥0

46.1.1 カットオフ領域V GV T

I D=0

46.1.2 線形領域V GS≥V T ,V DSV GS−V T

I D= 2 V GS−V T V DS−V DS2 1V DS

ここで、β は下記式で定義されるパラメータで、デバイスの物理的特性により決まります。μ は、電

子の移動度、Cox はゲート酸化膜容量、W はチャンネル幅、L はチャンネル長です。

=12

CoxWL

また、λ はチャンネル長補正係数で、NMOS の場合は正の値をとります。

46.1.3 飽和領域V GS≥V T ,V DS≥V GS−V T

I D= V GS−V T 21V DS

46.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 nmos



133/168


46.3 アイコン

46.4 スクリプトdim vgs,vds as real per "V"dim x,y as realdim idrain as real per "A"dim igs,igd as real per "A"dim vto as realdim dir as real //sign of Idrain: when vd>vs then dir=+1 otherwise dir=-1

stepvto = VTif vd>=vs then

//normal directionvds = vd-vsdir = 1

else//reverse directionvds = vs-vddir = -1

end//vto>0 and vgs>0, vgs>vto ---> x>0vgs = vg-vsx = vgs-vto

y = 1+lambda*vdsigs = Cgs*(vg'-vs')igd = Cgd*(vg'-vd')

if x<=0 then//cutoff regionidrain = 0

elseif vds<=x then//linear regionidrain = dir*beta*vds*(2*x-vds)*y

else//saturation regionidrain = dir*beta*x*x*y

end

134/168


endequation

id = idrain-igdis = idrain+igsig = igs+igd

end


VT V 1.5 閾値電圧

beta A/V^2 1e-3 トランスコンダクタンスパラメータ

lambda 1/V 0 チャンネル長補正係数、λ>=0

Cgd F 1e-12 ゲート・ドレイン間容量

Cgs F 1e-12 ゲート・ソース間容量


d DAE ELECTRONICS ドレイン

s DAE ELECTRONICS ソース

g DAE ELECTRONICS ゲート

135/168


46.7 特性例下図は VT=1.5、beta=4.5 の場合の特性です。東芝 2SK2232 のデータシートと良く一致していま

す。プロジェクトは、{VLX}\testsuite\dae\electronics\nmos1.vlx。

136/168

Fig. 46.1

https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=13451&prodName=2SK2232


47 PMOS

47.1 概要本ブロックは、P 型 MOSFET（金属酸化膜型電界効果トランジスタ）の Shichman-Hodges（文献 3）

によるモデル化です。PMOS はソースとドレインは P 型で基板は N 型です。PMOS の動作原理に

ついては、ドレイン電流の向きが逆になっている以外は、NMOS とほぼ同じです。N 型基板に反

転層を形成するには負のゲート電圧を印加する必要があります。ゲート電圧を 0 からから小さく

（絶対値で大きく）していくと、閾値電圧 VT を超えたあたりからドレイン電流が流れ始めます。

PMOS では、通常、下記の条件（順バイアス）で使用します。

V DS≤0

47.1.1 カットオフ領域V GV T

I D=0

137/168

drain

source

gate Idrain

Cgd

Cgs

id

is

icgd

icgsig

id=Idrain+icgdis=Idrain-icgsig=icgd+icgs

GS(P) D(P)

反転層（チャンネル）

+ -

+ -

N

vds

vgs


47.1.2 線形領域V GS≤V T ,V DSV GS−V T

I D= 2 V GS−V T V DS−V DS2 1V DS

ここで、β は下記式で定義されるパラメータで、デバイスの物理的特性により決まります。μ は、正

孔の移動度、Cox はゲート酸化膜容量、W はチャンネル幅、L はチャンネル長です。

=12

CoxWL

また、λ はチャンネル長補正係数で、PMOS の場合は負の値をとります。

47.1.3 飽和領域V GS≤V T ,V DS≤V GS−V T

I D= V GS−V T 21V DS

47.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 pmos



47.3 アイコン

138/168


47.4 スクリプトdim vgs,vds as real per "V"dim x,y as realdim idrain as real per "A"dim igs,igd as real per "A"dim vto as realdim dir as real //sign of Idrain: when vs>vd then dir=1 otherwise dir=-1

stepvto = VTif vs>=vd then

//normal directionvds = vs-vddir = 1

else//reverse directionvds = vd-vsdir = -1

end//vto<0 and vgs<0, vto>vgs ---> x>0 vgs = vg-vsx = vto-vgs





endend

equationid = idrain+igdis = idrain-igsig = igs+igd

end


VT V -1.5 閾値電圧

139/168


beta A/V^2 1e-3 トランスコンダクタンスパラメータ

lambda 1/V 0 チャンネル長補正係数、λ<=0

Cgd F 1e-12 ゲート・ドレイン間容量

Cgs F 1e-12 ゲート・ソース間容量





47.7 特性例下図は、VT=1.8、beta=6.7 の場合の特性です。これは東芝 2SJ334 データシートと良く合っていま

す。プロジェクトは、{VLX}/testsuite/dae/electronics/pmos1.vlx。

140/168

Fig. 47.1

https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=12586&prodName=2SJ334


48 NJFET

48.1 概要本ブロックは N 型 JFET（接合型電界効果トランジスタ）の Shichman-Hodges（文献 3）によるモデル

化です。接合型 FET の動作原理は、PN 接合に形成される空乏層の厚みを変えて電流の通り道

であるチャンネルの幅を増減することでドレイン電流を制御します。N 型の JFET はドレインとソー

スおよび基板が N 型でゲートは P 型で構成されます。ゲート電圧が 0V の状態では、空乏層が存

在しないので正のドレイン電圧を印加するとドレイン電流が流れ始めます。負のゲート電圧（逆バ

イアス）を印加すると、ゲート（P 型）とチャンネル（N 型）間の PN 接合の空乏層が大きくなってチャ

ンネルの幅を狭めるので、ドレイン電流が減少します。ゲート電圧がしきい値VT（通常は負）を超

えると、ドレイン電流はゼロになります。ゲート電圧がしきい値以上で、かつドレイン電圧が飽和電

圧以下の状態では、ドレイン電流はドレイン電圧に比例します。この領域を線形領域と言います。

ドレイン電圧を飽和電圧以上に上げても、ドレイン電流は増加しません。この領域を飽和領域と言

います。

141/168

drain

source

gate Idrain

Cgd

Cgs

id

isig

icgd

icgs

id=Idrain-icgdis=Idrain+icgsig=icgd+icgs

G(P)S D

G(P)

空乏層

空乏層

+ -

+-

N チャンネル N

vds

vgs


48.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 njfet



48.3 アイコン

48.4 スクリプトdim vgs,vds as real per "V"dim x,y as realdim idrain as real per "A"dim igs,igd as real per "A"dim vto as realdim dir as real //sign of Idrain; when vd>vs then dir=+1 otherwise dir=-1

stepvto = VTif vd>=vs then

//normal directionvds = vd-vsdir = 1

else//reverse directionvds = vs-vddir = -1

end//vto<0 and vgs<0, vgs>vto ---> x>0vgs = vg-vsx = vgs-vto

y = 1+lambda*vds

142/168


igs = Cgs*(vg'-vs')igd = Cgd*(vg'-vd')




endendequation

id = idrain-igdis = idrain+igsig = igs+igd

end



beta A/V^2 1.0e-4 トランスコンダクタンスパラメータ

lambda 1/V 0 チャンネル長補正係数、λ>=0

Cgd F 1e-12 ゲートドレイン接合容量

Cgs F 1e-12 ゲートソース接合容量





143/168


48.7 特性例下図は、VT=-0.37、beta=0.07 の場合の特性です。これは、2SK369 のデータシートと良く合ってい

ます。プロジェクトは、{VLX}/testsuite/dae/electronics/pmos1.vlx。

144/168

http://akizukidenshi.com/download/2sk369-v.pdf


49 PJFET

49.1 概要本ブロックは P 型 JFET（接合型電界効果トランジスタ）の Shichman-Hodges（文献 3）によるモデル

化です。動作原理は NJFET と同じです。P 型 JFET はドレインとソースおよび基板が P 型でゲート

は N 型です。ゲート電圧が 0V の状態では空乏層が存在しないので負のドレイン電圧を印加する

とドレイン電流が流れ始めます。ソース電極に対して正のゲート電圧（逆バイアス）を印加していく

と、ゲート（N 型）とチャンネル（P 型）間の PN 接合の空乏層が大きくなってチャンネルの幅を狭め、

ドレイン電流は流れにくくなります。ゲート電圧がしきい値以上になると、ドレイン電流は流れませ

ん。ゲート電圧がしきい値以下で、かつドレイン電圧が飽和電圧以上の状態では、ドレイン電流は

ドレイン電圧に比例します。この領域を線形領域と言います。ドレイン電圧を飽和電圧以下にする

と、ドレイン電流が飽和する領域に入ります。

49.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 pjfet


145/168

gate

drain

source

Idrain

Cgd

Cgs

id

is

icgd

icgsig

id=Idrain+icgdis=Idrain-icgsig=icgd+icgsG(N)S D

G(N)

空乏層

空乏層

+-

+ -

P チャンネル P

vds

vgs



49.3 アイコン

49.4 スクリプトdim vgs,vds as real per "V"dim x,y as realdim idrain as real per "A"dim igs,igd as real per "A"dim vto as realdim dir as real //sign of Idrain: when vs>ds then dir=1 otherwise dir=-1

stepvto = VTif vs>=vd then

//normal directionvds = vs-vddir = 1

else//reverse directionvds = vd-vsdir = -1

end//vto<0 and vgs<0, vgs>vto ---> x>0vgs = vs-vgx = vgs-vto




else

146/168


//saturation regionidrain = dir*beta*x*x*y

endendequation

id = idrain+igdis = idrain-igsig = igs+igd

end



beta A/V^2 1.0e-4 トランスコンダクタンスパラメータ


Cgd F 1e-12 ゲートドレイン接合容量

Cgs F 1e-12 ゲートソース接合容量





147/168


49.7 特性例下図は、VT=-1.72、beta=0.0012 の場合の特性です。これは、2SJ498 のデータシートと良くあいま

す。プロジェクトは、{VLX}/testsuite/dae/electronics/pjfet1.vlx。

148/168

Fig. 49.1

http://akizukidenshi.com/download/ds/isahaya/2sj498.pdf


50 IGBT

50.1 概要IGBT は、パワーエレクトロニクスで広く使われているスイッチング用半導体です。N 型 MOS トラン

ジスタと P 型 BJT トランジスタをダーリントン接続した構造をしており、スイッチング動作において

MOS トランジスタの高速性と BJT トランジスタの低いオン抵抗の両方の長所を兼ね備えています。

シミュレーション用モデルは、下記の等価回路で表されます。

50.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 igbt



149/168

Rb

gate

anode

kathode

Cgc

Cge

Cce

nmos

pnp

Rg

e

c

b

d

s

g


50.3 アイコン

50.4 スクリプトvar vb,vd,vg1dim vgs,vds,x,y as realdim imos as realdim igs,igd as realdim veb,vcb as realdim eeb,ecb as realdim ie,ic,ib,ice as real

step//NMOSvgs = vg1-vkvds = vd-vkx = vgs-VTy = 1+lambda*vdsigs = Cge*(vg1'-vk')igd = Cgc*(vg1'-vd')

if vds<=0 then//reverse regionimos = 0

elseif x<=0 then//cutoff regionimos = 0

elseif vds<=x then//linear regionimos = beta*vds*(2*x-vds)*y

else//saturation regionimos = beta*x*x*y

end

//PNPveb = (va-vb)/VTpnpvcb = (vk-vb)/VTpnpeeb = linexp(veb,100)ecb = linexp(vcb,100)ice = Cce*(va'-vk')

150/168


ie = Is*(eeb-ecb+(eeb-1)/Bf)ic = Is*(eeb-ecb-(ecb-1)/Br)ib = Is*((eeb-1)/Bf+(ecb-1)/Br)

end

equationia = ie+iceik = imos+ic+igs+iceig = igs+igdib = imos-igdvb-vd = Rb*ibvg-vg1 = Rg*ig

end


VT V 4.053 NMOS 閾値電圧

beta A/V^2 0.0633 トランスコンダクタンスパラメータ


Cgc F 60e-12 ゲートアノード間容量

Cge F 4500e-12 ゲートカソード間容量

Cce F 240e-12 アノードカソード間容量

VTpnp V 25.8e-3 PNP 閾値電圧

Is A 1e-16 PNP飽和電流

Br 1 PNP逆バイアス電流増幅率

Bf 100 PNP順バイアス電流増幅率

Rb Ohm 0.001 ベース抵抗


a DAE ELECTRONICS アノード（コレクタ）

k DAE ELECTRONICS カソード（エミッタ）


151/168


50.7 パラメータの選択デバイスの静特性に関するパラメータ（Bf と β と VT）をデータシートの Ic－Vceグラフから簡易的

に求める方法について説明します。コレクタ電流 Ic は、おおざっぱに言えば、下記式で与えられ

ます。Bf と β は積の形になっているので、どちらかを決め打ちにする必要があります。Bf は PNP ト

ランジスタの順方向の電流増幅率です。β は NMOS のトランスコンダクタンスです。最初に Bf を

適当な値（Bf=100）に決めます。その後、β と VT をグラフから読み取ります。

I c=B f β(V gs−VT )2

(50.1)

上記の手順を BDL スクリプトにしたものが、下記のプロジェクトの IXGH40N60 というブロックです。

モデルは、{VLX}/testsuite/dae/electronics/igbt/igbt1.vlx です。

/IGBT parameters//Ic = Bf*beta*(Vge-VT)^2dim VT,beta as realdim id1,id2,a as real

id1 = Ic1/Bfid2 = Ic2/Bfa = sqrt(id1/id2)VT = (a*Vge2-Vge1)/(a-1)beta = id1/(Vge1-VT)^2

152/168

Fig. 50.1


setprop("Q1","VT",VT)setprop("Q1","beta",beta)print("%s: VT=%g, beta=%g\n",device,VT,beta)

下図の左側は、IXGH40N60 のデータシートからの抜粋です。右図は、上記の BDL スクリプトで求

めた Bf（100）と VT（4.05）と β（0.0633）を使用したパラメータスイープです。両者は良くあっていま

す。

153/168

Fig. 50.2Fig. 50.3


50.8 スイッチング特性IGBT のスイッチング特性を求めます。{VLX}\testsuite\dae\electronics\igbt\igbt2.vlx。

50.8.1 ブロック線図

50.8.2 プロット図

青色のトレースは周期 1 ミリ秒のゲート電圧、赤色のトレースはアノード電流です。

154/168

Fig. 50.5

Fig. 50.4


51 IGBT+ダイオード

51.1 概要IGBT に反平行ダイオードを付加したデバイスです。詳細は前章をごらんください。

51.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 igbtdiode



51.3 アイコン

155/168

Rb

gate

anode

kathode

Cgc

Cge

Cce

nmos

pnp

Rg

e

c

b

d

s

g

D


51.4 スクリプトvar vb,vd,vg1 per "V"dim vgs,vds as real per "V"dim x,y as realdim imos as real per "A"dim igs,igd as real per "A"dim veb,vcb as real per "V"dim eeb,ecb as real per "V"dim ie,ic,ib,ice,idiode as real per "A"

step//NMOSvgs = vg1-vkvds = vd-vkx = vgs-VTy = 1+lambda*vdsigs = Cge*(vg1'-vk')igd = Cgc*(vg1'-vd')

if vds<=0 then//reverse regionimos = 0

elseif x<=0 then//cutoff regionimos = 0

elseif vds<=x then//linear regionimos = beta*vds*(2*x-vds)*y

else//saturation regionimos = beta*x*x*y

end

//PNPveb = (va-vb)/VTpnpvcb = (vk-vb)/VTpnpeeb = linexp(veb,100)ecb = linexp(vcb,100)ice = Cce*(va'-vk')ie = Is*(eeb-ecb+(eeb-1)/Bf)ic = Is*(eeb-ecb-(ecb-1)/Br)ib = Is*((eeb-1)/Bf+(ecb-1)/Br)

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//Diodeidiode = Is*(linexp((vk-va)/VTpnp,100)-1)

end

equationia = ie+ice-idiodeik = imos+ic+igs+ice-idiodeig = igs+igdib = imos-igdvb-vd = Rb*ibvg-vg1 = Rg*ig

end


VT V 4.053 NMOS 閾値電圧

beta A/V^2 0.0633 トランスコンダクタンスパラメータ


Cgc F 60e-12 ゲートアノード間容量

Cge F 4500e-12 ゲートカソード間容量

Cce F 240e-12 アノードカソード間容量

VTpnp V 25.8e-3 PNP 閾値電圧

Is A 1e-16 PNP飽和電流

Br 1 PNP逆バイアス電流増幅率

Bf 100 PNP順バイアス電流増幅率

Rb Ohm 0.001 ベース抵抗


a DAE ELECTRONICS アノード（コレクタ）

k DAE ELECTRONICS カソード（エミッタ）


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52 オペアンプ

52.1 概要理想オペアンプのモデル化です。抵抗 Rin は入力抵抗です。Vin は電圧制御電圧源で入力の差

動電圧（V1-V2）にオープンループゲインを掛けた電圧を発生します。抵抗 Rx とコンデンサ Cx は、

オペアンプの周波数特性を決めます。Rout は出力抵抗です。

v in=gain (v1−v2)

ix=C x

d vx

dtv in−v x=R x (i out+i x)

vx−vo=Rout iout

(52.1)

52.2 基本属性

項目値

クラス名 dae

サブクラス名 opamp

デフォールトブロック名 opamp

デフォールトキャプション IC

158/168

RxV1

V2

Vx Vo

Rin

Rout

Cx ix

iout

Vin

iout+ix


52.3 アイコン

52.4 スクリプトvar vxdim vin,vo,ix as realdim overflow as booleandim underflow as boolean

eventdetectorvo = vx-Rout*ioutif (vo>vmax and vmax<>0) then

overflow = trueelse

overflow = falseendif (vo<vmin and vmin<>0) then

underflow = trueelse

underflow = falseend

end

stepvin = gain*(v1-v2)ix = Cx*vx'vo = vx-Rout*ioutif (overflow) then

vo = vmaxendif (underflow) then

vo = vminend

end

equationv1-v2 = Rin*iinvin = vx+Rx*(ix+iout)vout = vo

end

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Rin Ω 2e6 入力抵抗

Rout Ω 75 出力抵抗

Rx Ω 0 次の Cx と共に周波数特性を決める

Cx F 0 前の Rx と共に周波数特性を決める

gain 1e5 オープンループゲイン

vmin V 0 出力下限クランプ

vmax V 0 出力上限クランプ


1 DAE ELECTRONICS ＋入力端子

2 DAE ELECTRONICS －入力端子

3 DAE ELECTRONICS 出力端子

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52.7 使用例

52.7.1 反転増幅器

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\opamp1.vlx


52.7.1.2 プロット図

青色のトレースはオペアンプの出力電圧、赤色のトレースは入力電圧です。

161/168

Fig. 52.1

Fig. 52.2

opamp1IC1_ vout E+ 000

VS1_ v2 E+ 000

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005[sec]

- 1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0


52.7.2 FDNR によるカオス的発振回路

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\opamp3.vlx。周波数依存負性抵抗(FDNR)を利用した

カオス的発振回路の例です。


52.7.2.2 X-Y プロット図

162/168

Fig. 52.3

Fig. 52.4

opamp3x:R5_ v1y: L1_ i

- 2.0 - 1.4 - 0.8 - 0.2 0.4 1.0- 40.000

- 34.000

- 28.000

- 22.000

- 16.000

- 10.000

- 4.000

2.000

8.000

14.000

20.000 x10 (̂- 5)


52.7.3 発振回路

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\opamp5.vlx


52.7.3.2 プロット図

緑色のトレースが出力電圧です。

163/168

Fig. 52.5

Fig. 52.6

opamp5IC1_ vout E+ 002

IC2_ vout E+ 001

IC5_ vout E+ 002

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010[sec]

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0


52.7.4 加算器

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\opamp6.vlx。1kHz/1V の正弦波 VS1 と 10kHz/1V の

矩形波 VS2 を加算します。


52.7.4.2 プロット図

青色のトレースは加算結果です。

164/168

Fig. 52.7

Fig. 52.8

opamp6IC1_ vout

0.000 4.000 8.000 12.000 16.000 20.000 x10 (̂- 4)[sec]

- 1.0

0.0

1.0

2.0


52.7.5 アクティブフィルタ

モデル名：{VLX}\testsuite\dae\electronics\activefilter2.vlx。回路の周波数特性を調べるためにマ

ルチトーン信号を印加します。


52.7.5.2 サブシステム s1

165/168

Fig. 52.9

Fig. 52.10


52.7.5.3 サブシステム s2

52.7.5.4 サブシステム s3

166/168

Fig. 52.11

Fig. 52.12


52.7.5.5 マルチトーン信号で駆動したフィルタの応答波形

青色のトレースは出力電圧です。

52.7.5.6 応答波形のスペクトラム

出力電圧の周波数スペクトラムです。

167/168

Fig. 52.14

activefilter2R9_ v1

0 1000 2000 3000 4000 5000[Hz]

- 90- 80

- 70

- 60

- 50

- 40

- 30

- 20

- 10

010

dB

Fig. 52.13

activefilter2R9_ v1 E+ 002

0.000 0.040 0.080 0.120 0.160 0.200[sec]

- 1.00

- 0.50

0.00

0.50

1.00


文献

1 L.W.Nagel, “SPICE2: A COMPUTER PROGRAM TO SIMULATE SEMICONDUCTOR CIRCUITS”2 T.Tuma et al, “Circuit Simulation with SPICE OPUS”3 H.Shichman, D.A.Hodges, “Modeling and Simulation of Insulated-Gate Field-Effect Transistor Switching

Circuit”, IEEE Journal of Solid State Circuits, 19684 P.O.Lauritzen, C.L.Ma, "A Simple Didode Model with Reverse Recovery", IEEE Trans.Power Electronics,

Vol.6, No.2, April 1991

168/168

Documents

電気回路 DAE ライブラリ取扱説明書esoftjapan.com/VLX/documents/jp_dae_electronics.pdf · クトのビルドディレクトリに自動的に作成されます。SpiceOpus（後述）またはLTspice（後述）がご使