回路シミュレーション

当ホームページでは、「電子回路基礎講座」「電子回路実験室」「回路技術ノウハウ・ノート」で、回路シミュレーションを多用しています。

回路シミュレータとは

 こで回路シミュレータとは、カルフォルニア大学バークレー校で開発されたSPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)を基本とするシミュレータの事を指します。
 初期のSPICEでは、回路の記述はテキストで入力するため大変使い勝手の悪いものでしたが、最近では回路図エディタやシミュレーション結果を表示するビュワーが揃っており、大変使いやすいシミュレータが多くなりました。
 また、各半導体デバイスのモデルも半導体メーカなどから提供されるようになり、シミュレーションによる評価結果は信頼性の高いものとなってきました。
 また、次項のような利点が多く、回路シミュレータは回路技術者によっては、必須の知識となっています。

回路シミュレータでできることと利点

回路を実際に組み立てなくても動作の確認ができる  
 実際には、組み立てられないような回路でもシミュレーション上では、動作させることができる。また何度でも、デバイスを変更したり、回路変更して動作を評価できます。
回路の学習にとても便利  
 上の実際に回路を組み立てる必要が無いということは、回路設計を学習する上でも非常に便利なことで、基本の動作を理解する助けになります。
回路の開発に役立つ  
 新しい回路を設計する上で、いろいろなアイデアを試すことが単時間で可能となり、失敗しても、何も問題が発生しない。
部品を壊すことも感電の危険がない  
 実際に組み立てた回路では、設計上に問題があると、回路を破壊したり、それによる事故も発生することがあります。シミュレーションで動作を確認した後、実際の回路を作れば、問題が発生することを未然に防ぐことが出来ます。
素子のバラツキや誤差も簡単評価できる  
 デバイスのパラメータや動作環境の変化をシミュレーションすることで、回路動作の信頼性を上げることができます。
回路動作を理想な状態で観測できる  
 実際の回路での信号観測では計測器を接続しますが、計測器が影響して真の信号を観測できないことも起こります。シミュレーションでは、理想の状態で信号の状態を見ることができます。

回路シミュレーションを使う上での注意

与えられた条件で計算するだけで、回路を設計するのは設計者
 便利な回路シミュレータですが、回路自体を設計するのは設計者です。回路技術の知識ノウハウが有ってこそ、効果的にシミュレータを使いこなすことができます。 

実際の回路は、シミュレーション通りに動くとは限らない
 実際には、回路図に表現できていない部品(浮遊容量、浮遊インダクタンス、接触抵抗など)がある場合が多く、シミュレーション結果はあくまでも回路図で表現された理想の状態と考えてください。

デバイスのモデル次第で、シミュレーション結果は異なる
 回路シミュレータで使用するデバイス・モデルは、非線形素子を簡略化されたモデルで近似されることが多い。これはシミュレーションの速度との兼ね合いで、実際のデバイスに近いほどシミュレーション時間も長くなる。従って、デバイス・モデル次第でシミュレーションの結果も異なることを意識しておく必要がある。

条件設定で結果は異なる
 回路シミュレーションでは、シミュレーションンを開始する初期条件の値により計算を進めるので、初期条件の設定次第では、結果が異なる場合があることを理解しておく必要がある。