# LTSpiceでトランジスタの特性をテストする方法 **URL:** \ **Category:** 技術的なヒント\ **Created:** [October 28, 2021, 4:05am UTC](https://forum.digikey.com/t/ltspice/17555 "2021-10-28T04:05:32Z")\ **Posts on this page:** 1\ **Page:** 1
**Author:** ![Tsuneharu\_Fuji](https://avatars.discourse-cdn.com/v4/letter/t/54ee81/32.png) [@Tsuneharu\_Fuji](https://forum.digikey.com/u/Tsuneharu_Fuji)\ **Post date:** [October 28, 2021, 4:05am UTC](https://forum.digikey.com/t/ltspice/17555/1 "2021-10-28T04:05:32Z")
LTSpiceを始めようと考えている方は、まずこちらの記事をご覧ください： [An Introduction to LTSpice](https://forum.digikey.com/t/an-introduction-to-ltspice/2023/2)本投稿は、このLTSpiceに関する記事の続きなので、初めて読まれるユーザーには混乱を招くかもしれません。 バイポーラトランジスタを理解するのは難しいですが、シミュレーションや実験をすることで簡単に理解することができます。本投稿では、授業で学んだNPNトランジスタの特性グラフと同じタイプのグラフを得るための回路を作成します（PNPでも動作しますが、回路の設定は異なります）。ここでは、このグラフがどのように表示されるかについての一般的な説明をします。 [![IcVsVinGeneralCharacteristic](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/8/8c6c93a2fdca28e95a13526776a5f400048b10db.png) ](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/8/8c6c93a2fdca28e95a13526776a5f400048b10db.png "IcVsVinGeneralCharacteristic.png") 一般的には、出力電流（Ic）がどのように増幅されるかを表示するために、入力電流（Ib）は10uAのステップが使用されます。出力は通常、ミリアンペアの範囲で測定されます。 これらの特性は、通常、トランジスタの足の名称であるコレクタ、エミッタ、ベースの測定値（電圧および電流）に基づくいくつかの値によって変化します（同じパターンになります）。ここでは、βと呼ばれる電流増幅率が重要な役割を果たします。また、αと呼ばれる別のパラメータもありますが、これはβから次のように計算できます。 ![image](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/3X/1/0/10fb65719a4967c646972513e4dca1da17a3edc9.png) 逆に、βはαから次のようにして算出することができます。 ![image](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/3X/3/c/3cc6817108083320b79c3d90202143916a2bfb3e.png) β値は通常、バイポーラトランジスタのデータシートに記載されており、トランジスタを使用した回路設計において重要なパラメータです。 # テスト回路 同じ特性のグラフを得るためには、次のようなテスト回路を使用することをお勧めします（ユーザーがLTSpiceにどんなパラメータを保有しているかによりますが、特定のトランジスタやモデルチェンジに対して、持っていると有益な情報です）。 ![transistorOutputCharSetup](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/f/f62a5216a5e6ea4e4059f548f34813a1b68e9e92.png) 過去の記事で使用していなかった2つの部品があります。電流源I1とトランジスタQ1です。 ![currentSrc](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/d/d666bbd8e995ea8d7a5b344e9799d22f86c7166c.png) 電流源は、コンポーネントライブラリで 「cur」を検索し、それを回路内の所定の位置に配置します。コンポーネントを回転させて、電流源の矢印が上を向くようにしてください。 ![NPNsymb](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/5/57fa7e193b3b540a62ab145cff78ded136e8a374.png) トランジスタは、コンポーネントライブラリで「npn」を検索し、図のように配置/回転させます。回路の左側にある抵抗器の値（200kと100k）は、入力電流をマイクロアンペアレベルに下げるためのものです。入力電流は、NPNトランジスタのベースに接続されています。次に、トランジスタの名前（Q1ではなく、その下のテキストNPN）を右クリックして変更します。 ![nameNPNAsCustom](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/0/0b0baa740bf7b0d1c13ecb8ada3ece1f8da7f2b5.png) トランジスタには、ユニークで簡単な名前を付けます。ここではデフォルトで「myNPN」としました。このカスタム名は特定のspiceコマンドで使用され、プログラムライブラリ内のいかなるモデルでもトランジスタを同じように動作させ、かつ素早く編集も可能です。コマンドを追加するために、トランジスタにカーソルを当て右クリックして「Pick New Transistor」ボタンを押してください。 ![pickTransistor](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/6/66b3047cb6cc731f8a7a32310b25007188057786.png) これにより、プログラムがデフォルトでインストールできる全モデルのリストが表示されます（トランジスタだけでもかなりの数になります）。つぎのようなリストが表示されますが、左端のトランジスタ名はどれでもコマンドに使用できます。 [![tableofTransistors_mustHaveBForbf](https://global.discourse-cdn.com/digikey/optimized/2X/8/8eb397dd3e2ed77769bd952cfe326e653ef897b5_2_690x316.png) ](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/8/8eb397dd3e2ed77769bd952cfe326e653ef897b5.png "tableofTransistors\_mustHaveBForbf.PNG") 使用するトランジスタの「SPICE Model」の列に、編集されるβ値があることを確認してください（その行のどこかでBf = #またはBF = #と表示されています）。 次に、以下のコマンドを使用して、ダイアグラム内のトランジスタに属性を「コピー」します（ポップアップ画面を閉じ、「S」キーを押して、spiceコマンドウィンドウを表示します）。 ![akoCommandtoQuickTestBF](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/4/4e9f105137dfd637a8f229b9ef9a90c0bc53aef0.png) この方法により、ライブラリ内の2N2222トランジスタのあらゆるパラメータをすばやく編集することができます（異なるバージョンをテストするために、2N2222を他の名前に置き換える）。ここでは、バイポーラトランジスタの主要なパラメータであるβ値にのみ注目しています。Bf = #には任意の数値を指定することができますが、数値が小さいほど重要度は小さくなります。 # シミュレーション 仮想オシロスコープで同じ出力特性を得るためには、特別なシミュレーションを行う必要があります。DCスイープ機能が、入力電圧V1と入力電流源I1の両方のソースをスイープするために使用されます。直流電圧は滑らかな線形で掃引し、電流源はマイクロアンペア単位で段階的にスイープします。これを実現するには、「Run」をクリックして「DC sweep」タブに切り替え、そこで「1st Source」を編集します。 ![image](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/3X/e/d/edf842c16d93983c87063062e690cfd8176be52f.png) V1はスイープする電源で、ここでは線形補間を使用し、0.1Vから開始して16Vで終了し（好みの数で構いません）、0.1Vごとに増加させます。これにより、スムーズな線形の入力電圧上昇が得られます。次に、下図のように「2nd Source」タブをクリックして、電流源I1の値を編集します。 ![image](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/3X/a/7/a744a15c904bd29425775177a3f34a28347d5a4b.png) 2つ目のソースは、線形補間を用いて電流を階段状に増加させます。10uAから始めて、最終的には200uA程度になるようにします（トランジスタの選択やβ値によって、それ以上にもそれ以下にもなり得ますので、この方法での実験が最も効果的です）。ここでは200uAまで10uAステップの増分値を使用します。ステップが小さいほど、シミュレーションに時間がかかりますが、より正確になります。ステップを大きくすると、時間はかかりませんが、データをうまく表現できません。OKをクリックすると、解析結果を表示する場所がいくつか出てきます。具体的には、先ほどと同じグラフを得るために、1kΩのラインがトランジスタに入る足（コレクタ）の電流を調べます。その足にカーソルを合わせると、特別なマーク（電流プローブ）が表示されます。そこで左クリックをすると目的のグラフが表示されます。下図は、デフォルトの設定で2N2222トランジスタのβ値を50にした場合の出力です。 [![OutputCharGraph200uA](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/9/95f8f9bc7f6ef462e95ef0c4c634f13c4b8cbd97.png) ](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/9/95f8f9bc7f6ef462e95ef0c4c634f13c4b8cbd97.png "OutputCharGraph200uA.PNG") このグラフからは何が読み取れるでしょうか？例えば、200uAの入力から9mAの昇圧信号を得るためには、10V程度の入力が必要です。これは、低電圧の入力に対してトランジスタがまだ飽和していないためです（β値が影響しています）。ほとんどの用途では、増幅率は一定である必要があるため、入力電圧の変化に対して出力がそれほど大きく変化しないことが望ましいでしょう。10V以降（一番上のオレンジ色の線の場合）、出力は徐々に電流を増加させますが、大きくはありません。10V付近で水平になってから16Vいっぱいまでの測定値は544.51uAの差しかなく、0mAと9mAの差はより急な変化です。これは、設計においてかなり有用な情報です。最後に、β値やα値を視覚的に表すことができるのは、このようなトランジスタにとって重要な3つの方程式があるからです。 ![image](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/3X/5/c/5c2db9acfe236645368848e1e82848b253b07f4d.png) βについて解くと、 ![image](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/3X/f/9/f9e74cba369467b876d7b40de1d40fdeb7e2a682.png) αについて解くと次のようになります。 ![image](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/3X/f/c/fc8fb7d2f8181d54fc8ec05f438e7ee57d82635b.png) LTSpiceでこれらを表示させるために、まずオシロスコープエリアを右クリックして「Add Traces」をクリックすると、トレースが追加されます。 ![traceUI](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/2a9c62cdaca7fccc0e08fdba2f775e52605d7d21.png) 「Expression(s) to add」の欄に、「Ic(Q1)/Ib(Q1)」と入力して（またはデータポイントをクリックして「/」を追加し）、β値をプロットします。 ![betaEQTrace](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/8/824b94b702dc0deae0b9639ff8267342cceb79a9.png) [![betaCapture](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/a/a75d37c9a34e73a623a14f7e79c855c9c8a4bcc0.png) ](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/a/a75d37c9a34e73a623a14f7e79c855c9c8a4bcc0.png "betaCapture.PNG") トランジスタが安定した後、これらがすべて50前後にあることに注目してください。これは、βが一定の値に保たれていることから予想されることで、入力電流の変化と入力電圧の変化に対して、グラフは妥当なものになります。αをプロットするには、同じプロセスを行いますが、計算式は「Ic(Q1)/-Ie(Q1)」を使用します（IeはIcの反対向きで正の値になるため、負のIeを使用します）。 [![alphaCapture](https://global.discourse-cdn.com/digikey/optimized/2X/3/340891f5e46c5832812a77992d4591f1fb3f4477_2_690x152.png) ](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/3/340891f5e46c5832812a77992d4591f1fb3f4477.png "alphaCapture.PNG") αはβから計算され、0.98程度になるはずなので、これも予想通りです。 [オリジナル・ソース（英語）](https://forum.digikey.com/t/how-to-test-transistor-characteristics-in-ltspice/3015)