Lappの覚え書き
過去ログ23
2022/12/5 11:14
▼TesshoLTspice・周期とパルス幅PUT pacemakerの解析をLTspiceでやっているんだが，ペーシング出力の周期やパルス幅
の自動計測（LTspice上で）はできなくて，パルス間の時間やパルス幅をグラフから測って
いたんだが，これは手間が大変で，なんとか自動化できないか悩んでいた。
今日，やっと，なんとか方法が見つかったので「覚え書き」として書いておく。
（たぶん，LTspiceに興味のない方には，まったく「訳が分かんない！」世界だがユルセ！
多少やってる人には「参考」になるかもしれない。）
LTspiceの命令の１つに「.meas(measureの意味)」と言うのがあって，波形のグラフから
平均値，実効値，ピーク値などを「自動計測」してくれるんだが，パルスの周期とか幅とか
を自動計測してくれる直接命令がない（ようだ･･･細部まで調べていないので分からないが）。
この命令の補助命令に，FINDというのがあった，ある条件にあった値を「見つける」という
命令がある。また，条件としてWHENというのがあって，電圧などを指定できるようだ。
そこで，パルス列を表示させ
.meas ono1 FIND time WHEN V(out)=-4
とすると，outという場所の電圧V(out)が－４Ｖになった時の時間timeをFIND（探す）
した結果を，ono1という名前でしまってくれ！という命令になる。
ここまでは，すんなり出来たんだが，これだと，一番最初に出てきたtimeしか見つけてくれない。
このあとにcross=2,cross=3などを付けると，その部分をクロスする時を指定したことに
なるので，corss=2でパルス幅，cross=3で周期を算出することができる。
crossなしで，1番初めの-4Vを超えた時間がono1に入り，
corss=2で，2番目の点の時間がono2に入り，
cross=3で，3番目の点の時間がono3に入る。
これより，パルス幅=(ono2-ono1)，周期=(ono3-ono1)から求まるハズである。
図１が一例で，グラフから求めた周期Tと自動計算から得られた周期がほゞ一致するのがわかり，
図２の例では，グラフからも求めたパルス幅PWと自動計算から得られた周期が一致するのが分かる。
「うれしくなった！」ので，忘れないうちに，ここに書き込んでおくことにした。
（なお，きっと，もっとスマートな方法があるんだと思うが，今の私の実力では，ここまで
の発見が限界。良い方法があったら教えてください。）
特性が簡単にとれる！感激！
下の新PUT Pacemaker(Final) で，PUTのゲート電圧Vgをパラメータにして図1の設定
でLTspiceを動かした。計測点は図２のような，第1パルスが-4Vをクロスする点を下向きが
time１，上向きがtime2になり，第2パルスが-4Vをクロスする点がtime3になる。
（パルス幅=time1-time1，周期=time3-time1）
図３は結果の表示だが，挿入したツェナーダイオードのツェナー電圧{V}をパラメータに
して表示している。波形に重なっているのはError Logの表示で，Vg=Vcc-Vgと，周期T(s)（=time3-time1）とパルス幅PW(s)(=time2-time1)を一覧表にしたのが図４左である。
これをグラフ化したのが図４右で，VgによるT(s)およびPW(s)の変化が一目でわかる。
こんなのが，いとも簡単に作れるので「感激」している。
（こういうのが「正しい」かどうかは分かないが，結果が今までの方法と同じということで
「正しいこと」にした。数学脳ではなく「なんとなく経験脳」なんだな。）
.OP point found by inspection.
.step v=1
.step v=2
.step v=3
.step v=4
.step v=5
Measurement: res1
steptimeat
10.2983340.298334
20.8146 0.8146
30.2605570.260557
40.02645530.0264553
50.2895810.289581
Measurement: res2
steptimeat
10.2992610.299261
20.8155490.815549
30.2615410.261541
40.02748850.0274885
50.2907060.290706
Measurement: res4
stepres2-res1
10.00092743
20.000949907
30.000983121
40.00103317
50.00112448
Measurement: res3
steptimeat
11.61263 1.61263
21.63945 1.63945
30.8405940.840594
40.4419970.441997
50.5812690.581269
Measurement: res5
stepres3-res1
11.3143
20.824848
30.580036
40.415542
50.291688
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▼Lappやっと分かった永年の疑問（解決編）寝ないで考えた？・・・そんなヒマはねえか。
さて，続きの「解決編」。
一晩じっくり寝て，翌朝，突然閃いたのが図１。トランジスターのベースに0.6Vより大きな電圧
を掛けると，トランジスターはon状態になり，コレクターエミッタ間の抵抗はほとんどゼロになる。
そうです，スイッチの役目をする。このトランジスターは増幅素子ではなくスイッチ素子なのだ。
（スイッチングはデジタルの基本）
図２の一連の状態が出力回路で入力パルスが入って来た時の振る舞い。番号①→②→③→④の順番に
状態が変化して行く（④→①に戻る）。それぞれの状態を説明する。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－
①パルスが入ってこないQ3がoffの状態
C2はR5およびR7を介して，電源電圧V1=9Vで充電されている。電流は流れていないので，PMout
側は0Vになっている（Cの電源側は9V）。
②トリガーパルスが入って来て，Q3がonになった瞬間
トランジスタースイッチは閉じた状態なので，C2，R7は閉じた状態になる。当然，C2の電源側は0V
になる。コンデンサーの両端の電圧は急変しないので（電荷が溜まっているので），C2のR7側は-9V
になる（C2の端子電圧は9Vで変わらない）。電源はR5を介してマイナス側にショートされるが，
9/10k=0.9mAでほとんど電源の負荷とはならない。C2R7回路には影響しない。この瞬間，PMoutは
0V→-9Vの負パルスになる。
③入力パルスが入っている状態，C2R7回路は閉じたままの状態
C2R7閉回路に電流は流れ続けるので，C2の電荷は徐々に失われ，C2の両端電圧は下がっていく。
電源側は0Vに抑えられているので，R7側の電圧は-9V→-8Vと時定数C2R7(=5ms)で下がっていく
（上がっていくというべきかもしれないが）。入力パルスのonの時間だけ電圧は変化して行く。
ここでは，パルスの最後にPMout=-8Vになったとする。
④入力電圧がゼロになって，Q3がoffになった直後
C2に8Vが溜まった状態で，電源，R5，C2，R7が直列状態になり，電源から電流iが流れる状態に
なる。この時は，PMoutは+i･R7電圧になる。この電流iは減少しながら，C2の両端電圧が電源電圧
9Vになるまで流れ続ける。その後，①の状態に戻っていく。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－
Q3スイッチoffの瞬間の電圧分布を，図３で説明する。
offになった瞬間は，上記に述べたように，図３右の状態（電源＋R5＋C2＋R7が直列状態）になる
ので，C2両端電圧が8Vなので，R5＋R7には9V-8V=1Vが掛かっていることになる。流れている
電流iはi=1V/(10kΩ+500Ω)=0.0952mAになるので，R5とR7の両端電圧V2，V1はV1=0.048V，
V2=0.952Vとなる。よって，PMout=48mVとごく小さいので，上に飛び出ることはない。
以上で，どうして，ペーシングパルスが，図３中央ような波形になる分けが分かったことになる。
この解析で「一番感激したこと」は，このペースメーカー回路の設計が素晴らしいということだ。
出力回路のコンデンサーC2が単なる直流阻止のためのコンデンサーではなく，刺激電流のエネルギー
源として，正しく「蓄電器（電気を溜めておく容器）」になっている（として使っている）ということだ。
C2にはゆっくり（パルスの休止時間）電荷をため，パルス入力時，一気に心筋に流すのである。
このペースメーカーの設計者に脱帽！
https://i.imgur.com/ZT2xwbi.jpghttps://i.imgur.com/BzVTeoo.jpghttps://i.imgur.com/r4G56ys.jpg