アナログ／デジタル混在
電子回路シミュレータ
Micro-Cap 7

チュートリアルver. 0.9a

1

目次
1.

回路シミュレータ Micro-Cap 7 とは............................................................................. 4
1.1.

回路シミュレータとは............................................................................................ 4

1.2.

Micro-Cap 7 の特徴 ............................................................................................... 4

1.3.

Micro-Cap の略歴 .................................................................................................. 5

1.4.

SPICE の基礎知識 ................................................................................................. 5「部品モデル」とは ...................................................................................................... 5
1.5.

Micro-Cap 7 評価版について ................................................................................. 6

製品版との主な相違点................................................................................................... 6
評価版の動作条件.......................................................................................................... 6
評価版のインストール方法............................................................................................ 62.

回路図の作成方法.......................................................................................................... 72.1.

回路図エディタの操作の基本................................................................................. 7

部品を配置するには ...................................................................................................... 7
部品どうしを配線するには............................................................................................ 7
回路を編集・修正するには............................................................................................ 7

3.

2.2.

値の入力について................................................................................................... 82.3.

その他 便利な機能 ................................................................................................. 8

基本的な解析 ................................................................................................................. 9
3.1.

ダイナミック DC 解析............................................................................................ 9「Operating Point」とは ............................................................................................. 9「ノード」とは ............................................................................................................. 93.2.

3 つの基本解析モード .......................................................................................... 10

3.3.

Transient 解析: 回路に時間波形を入力してみる ................................................ 10

カーソルモード ........................................................................................................... 12
性能関数 ...................................................................................................................... 13

4.

5.

3.4.

AC 解析: 周波数応答をみる................................................................................. 14

3.5.

DC 解析:

DC カーブを見る................................................................................ 15

一歩進んだ解析機能 .................................................................................................... 17
4.1.

ステッピング........................................................................................................ 17

4.2.

性能プロット........................................................................................................ 18

サンプル回路集 ........................................................................................................... 195.1.

回路図ファイル(Schematic ファイル、拡張子.cir) .............................................. 19

5.2.

SPICE ファイル................................................................................................... 232

6.

参考文献 ...................................................................................................................... 24
6.1.

Micro-Cap 7 の使用方法に関するもの ................................................................. 24

製品に付属するもの .................................................................................................... 24
現在準備中のもの........................................................................................................ 24
市販されているもの .................................................................................................... 24
6.2.

半導体部品のモデリング ...................................................................................... 24

6.3.

その他................................................................................................................... 24

改訂履歴:ver. 0.9a (2002/02/12):

PDF 変換時の文字化け修正。

ver. 0.9 (2002/02/07):「サンプル回路集」「参考文献」の章を追加。「FAQ」を他文書へ移動。

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1. 回路シミュレータ Micro-Cap 7 とは
1.1.

回路シミュレータとは回路シミュレータ ＝ 電子回路の動作を計算によって模擬するソフトウェア↓
パーソナルコンピュータ上に実現された「仮想的な実験環境」○ アイデアが正しいかどうか、確認しながら設計することができる。
○ 実際の基板を試作する前に、回路の動作を検証できる。
1.2.

Micro-Cap 7 の特徴

習得しやすいユーザ・インターフェイス
・ Windows の操作体系で回路編集が出来る。
SPICE 互換・ SPICE の部品モデル／シミュレーションテクニック等、ノウハウを活用できる。
統合化された論理シミュレータ・ アナログ／デジタル混在のシミュレーションが可能。
強化された部品ライブラリ(15,000 種類以上)
強力なプロット機能
・ 四則演算や各種関数に加え、微分・積分等の演算子が使用可能
高度な解析機能を標準搭載
・ ステッピング等の複数回解析機能を搭載
プロット後の波形解析機能
・ 出力波形の FFT 解析、性能解析等

4

1.3.

Micro-Cap の略歴

開発元：米国 Spectrum Software 社
最初のリリース：1982 年 Micro-Cap (MC1)・ Apple II および IBM PC に対応。
・ 当初から、パソコン用シミュレータとしては画期的な、回路図入力方式を採用。
：
最新バージョン：2001 年 9 月 Micro-Cap 7 (MC7)・ Windows 95/98/Me/NT4.0/2000 に対応。
・ 新機能：オプティマイザ、スミスチャートプロット、etc.
・ ユーザインタフェイスの強化。

1.4.

SPICE の基礎知識

・ 1970 年代初頭 カリフォルニア大学バークレー校にて研究の一環として開発されたアナログ回路シミュレータ。「トランジスタレベル」で回路をシミュレートするため、計算力を要するが、モデル次第で比較的高精度な結果を出力可能。
・ SPICE = Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis「IC に重点を置いたシミュレーションプログラム」が名称の由来。当初は、IC の性能を製造前に評価することが目的だった。
⇒ 今日では、汎用的なアナログ電子回路シミュレータとして利用されている。
・ オリジナルの SPICE では、基本的に回路はテキスト形式で入力。
⇒ Micro-Cap では、回路図入力をサポート。
・ 半導体メーカ各社から、SPICE でシミュレーションを行なうため部品モデルが供給されている。
「部品モデル」とは電子部品をパラメータ化し、シミュレータで利用できる形式にしたものを「部品モデル」と呼んでいます。Micro-Cap では、半導体メーカが Web 等で公開している、SPICE 形式の部品モデルを利用することができます。

5

1.5.

Micro-Cap 7 評価版について

評価版は Micro-Cap の紹介用に、無償で配布されているバージョンです。部品パラメータの抽出に利用する MODEL プログラムは含まれませんが、回路図の作成／保存／印刷／解析 等、基本的な機能については支障なく利用できます。
製品版との主な相違点
回路規模：約 100 ノード程度まで解析できます。
解析速度：小さな回路では製品版と同等ですが、回路規模が大きくなると、製品版の 4 倍程度の時間がかかることがあります。
機能制限：オプティマイズ／フィルタデザイナ／3D プロット／PCB 機能／性能プロット／
複数パラメータのステッピングなど、一部機能の利用に制限があります。
部品ライブラリ：製品版で利用できる 15,000 種類の部品ライブラリのうち、一部の部品のみ利用可能です。(利用できない部品は、メニューの中でグレイ表示されています。)
評価版の動作条件
・ Pentium II 以降のプロセッサ・ システムメモリ 64MB 以上
・ HDD 空き容量 100MB 以上推奨
・ Windows 95／NT4.0 Service Pack 3 もしくはその後継バージョン
評価版のインストール方法
1) Micro-Cap 7 評価版のインストール CD を CD-ROM ドライブに挿入するとセットアッ
ププログラムが起動します。しばらく待っても起動しない場合は、手動で setup.exe を実行してください。
2) セットアッププログラムの指示に従って、インストールを行ってください。

6

2. 回路図の作成方法
Micro-Cap を最初に起動すると、回路図エディタの画面が現れます。最初に、以下のような簡単な回路図を作成してみます。

8k
R2

10
V1

2.1.

1k
R1

回路図エディタの操作の基本

部品を配置するには
1. ツールバー

もしくは[Component]メニューから、部品を選択します。(このとき、自動的に「部品モード」になります。)
2. 回路図の白い部分をクリックすると、部品が配置されます。
3. 必要に応じて、属性ダイアログが表示されるので、値を入力してください。
部品どうしを配線するには
1. ツールバーのワイヤモードボタン をクリックします。
2. マウスでドラッグすると、ワイヤが描画されます。
回路を編集・修正するには
1. ツールバーの選択モードボタン をクリックします。
2. 次のような操作が実行できます。
・ 部品をダブルクリックすると、部品の属性を変更できます。
・ 部品をドラッグすると、部品を移動できます。
・ 部品をドラッグしながら右クリックすると、部品の向きを 8 通りに変更できます。
・ 部品をクリックすると、部品が「選択」されます。また、領域指定(何もないとこ
ろからドラッグ)や、Shift＋クリックを行うことにより、複数の部品をまとめて選択することができます。選択された部品は、コピー(Ctrl+C)／カット(Ctrl+X)／ペースト(Ctrl+V)の対象となります。
・ Ctrl＋ドラッグによっても、部品をコピーできます。

7

2.2.

値の入力について以下の 3 通りの表現方法が利用できます。値を入力する際、V, A, ohm 等の単位をつける必
要はありません。
・ 普通の実数

1.0, 6, 12.7 など

・ 浮動小数点

1E-12, 1E+3, -7.832e-8, 100e9 など

・ べき乗を略記

1f, 1n, 1u, 1m, 1, 1k, 1meg, 1g, 1t など※ Micro-Cap では基本的に大文字／小文字は区別されません。そのため「m」「M」はいず
れも「ミリ」を表します。「メガ」を表すには、「meg」「Meg」等を使用してください。
2.3.

その他 便利な機能
・ Help モードボタン を押して、部品をクリックすると、部品の設定方法のヘルプ(英文)が表示されます。
・ Info モードボタン を押して、部品をクリックすると、部品の定義位置へジャンプします。

8

3. 基本的な解析
3.1.

ダイナミック DC 解析

本格的な解析を行う前に、回路に間違いがないか確認できると便利です。ダイナミック DC
解析機能を使用すると、手軽に DC 的な電圧／電流値を確認することが出来ます。
[Analysis]メニューの[Dynamic DC]をチェックすると、回路の「Operating Point」が自動計算されるようになります。それぞれの表示は、以下のボタンで on/off を切り替えられま
す。
電圧の表示

10 10
V1

電流の表示

8
R

1.11 1k

R110V1

消費電力の表示

8k
R2

1.11m
1.11m

1k
R1

pd=9.88m

10
V1 pg=11.11m

8k
R2
1k
R1

pd=1.23m「Operating Point」とは回路の定常状態における電圧、電流、etc.を Operating Point といいます。動作点、バイア
ス点とも言います。Operating Point の計算においては、コンデンサは開放、インダクタは短絡として扱われます。
「ノード」とは回路内の中で、同じ配線によって互いに接続されている部分を、ノードといいます。回路
中の電圧値は、ノードごとに保持されます。これをノード電圧といいます。上の回路では、
グラウンドを入れて 3 つのノードがあります。
ノード番号
回路図エディタによって自動的に割り振られます。 ボタンを押すと表示されます。
ノード番号表示は、接続のチェックに使用できます。
ノード名
ボタンを使用して配線上に短いテキストを置きます。

9

3.2.

3 つの基本解析モード

以下の 3 つが Micro-Cap の基本的な解析モードとして特に重要です。
zTransient 解析

時間領域波形のプロット≒ オシロスコープ

z

AC 解析

周波数特性のプロット≒ スペクトラム アナライザ

z

DC 解析

DC 特性のプロット≒ カーブ トレーサ

3.3.

Transient 解析: 回路に時間波形を入力してみる

観測対象が時間領域の事象である場合は、Transient 解析を使用します。ここでは、以下の回路を使用して、コンデンサの充放電を観測してみます。

MyPulse
V1

in
R1
1k

1n outC1

パルス源 V1 の属性ダイアログでは、MODEL=MyPulse として[Edit]ボタンを押し、以下のような値を入力します。

観測したいポイントには、Text モード([T]アイコン)を使用して「in」「out」等のノード名をつけます。

10[Analysis]メニューの[Transient Analysis]を選択し、以下のように設定します。

[Run]ボタンを押すと以下のようにグラフがプロットされます。

11カーソルモード
出力波形について 10% ⇒ 90%の立上り時間を測定してみましょう。
ツールバーの ボタンを押すと、カーソルモードとなります。ここでは、カーソル位置における数値や 2 つのカーソル間の差や傾きを読み取ることができます。

カーソルは Left と Right の 2 つが用意されており、それぞれ左右のマウスボタンによって移動できます。
Left カーソルにおいて T = 1.17us、Right カーソルにおいて T = 3.35us となるようにカーソルを移動させると、両者の差(Delta) ΔT = 2.18us より、10% ⇒ 90%の立上り時間が2.18us であることがわかります。

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性能関数
Micro-Cap には、解析波形をもとに、性能に関する特性値を算出する機能が搭載されています。これを性能関数(Performance Function)といいます。これを利用すると、立上り時間などを簡単に求めることができます。
ツールバーの ボタンを押すと、[Go To Performance]ダイアログを表示されます。適切な値をセットし、[Go To]ボタンを押すと、自動的にカーソルが移動し、値が表示されます。

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3.4.

AC 解析: 周波数応答をみる

周波数特性を観測するには、AC 解析を使用します。
MyPulse
V1

in
R1
1k

1n outC1

AC 解析では、パルス源は、振幅 1、位相 0 のサイン波として扱われます。
[Analysis]メニューの[AC Analysis]を選択し、以下のような設定で解析してみます。

作成した回路は、あとでまた使用するので RC.CIR というファイル名で保存しておきます。

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3.5.

DC 解析: DC カーブを見る

半導体の I-V 曲線等、時間／周波数に依存しない DC 的な特性を調べるには、DC 解析を使用します。ここでは、トランジスタの I-V カーブを解析してみます。
[Analog Primitives]-[Waveform Sources]の[V]および[I]を利用して以下のような回路を作成します。
Q1 VALUE=52N2222 Vce
Ib
VALUE=10u15

16

4. 一歩進んだ解析機能
4.1.

ステッピングステッピング機能を利用すると、部品の値等を変化させながら、複数回の解析を繰り返し行うことができます。
RC.CIR の[Transient Analysis Limits]において[Stepping…]ボタンを押して設定します。

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4.2.

性能プロットステッピングした結果を評価するのに、性能関数を使用することができます。
[Transient] – [Performance Windows] – [Add Performance Window…]を選択して、立上り時間をグラフにしてみます。

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5. サンプル回路集
C:¥MC7¥DATA ディレクトリには、様々な回路の解析例が収録されています。実際に解析してみることをお勧めします。
5.1.

回路図ファイル(Schematic ファイル、拡張子.cir)(ファイル名)(内容)

283

Use of digital primitives to model a 283 logic unit

381

Use of digital primitives to model a 381 logic unit

3D1

Use of 3D plots

3D2

Use of 3D plots

555ASTAB

Use of the 555 macro in an astable application

555MONOUse of the 555 macro in a monostable application

A_BOOST_CM_OL Boost current mode averaged model open loop plot
A_BOOST_CM_ZOUT

Boost current mode averaged model Zout plot

A_BOOST_VM

Boost voltage mode averaged model open loop plot

A_BUCK_CM

Buck current mode averaged model open loop plot

A_BUCK_VM

Buck voltage mode averaged model open loop plot

A_BUCKBOOST

Buckboost current mode averaged model open loop plot

A_FLYBACK

Flyback voltage mode averaged model open loop plot

A_FORWARD

Forward voltage mode averaged model open loop plot

A_NCP

NCP1200 Converter

A_RESO_DC

Resonant converter DC analysis

A_RESO_OL

Resonant converter averaged model open loop plot

A_SEPIC

Single Ended Primary Inductance Converter

AD16

Use of the AtoD and DtoA elements

ANIM

Use of the animation components

ANIM3

Use of the animation components

BAX

Steps a resistor to model a pot element

BPFILT

Analysis of a bandpass filter

BUTTERN

Use of a Laplace source to represent a Butterworth filter

CARLO

Monte Carlo routines in transient and AC analysis

CARLO2Monte Carlo routines in DC analysis

CARLO4Monte Carlo routines in transient and AC analysis

CHOKE

Analysis of a diode choke circuit

CMOS

MOSFETs in an inverter configuration

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COLPITTS

Analysis of a colpitts oscillator

CONVERTER3

Three-phase converter with zero-crossing detectors

CORE

Use of the core model and plotting a BH curve

CORE3

Use of the nonlinear core model with multiple inductors

COUNTER

Analysis of a binary counter

COUNTER2

Analysis of a BCD counter

CROSSOVR

Analysis of a passive 1kHz cross-over network

CURVESBJT IV curves

DECODERUse of a digital subcircuit as a decoder

DIFFAMP

Analysis of a differential amplifier

DIG_POWER

How to change the digital power supplies

DIRA

Use of the operators d, avg, sum, and rms

ECLGATE

Analysis of an analog equivalent ECL gate

F1

Use of the VCO macro

F2

Use of a nonlinear function source

F3

Use of a nonlinear function source

F4

Use of the Triode macro

FFT1

Use of DSP and complex operators

FFT3

Use of cross-correlation and auto-correlation operators

FFT4

Use of the IFT operator

FFT5

Use of the auto-correlation operator

FFT7

Use of the DSP dialog box to eliminate startup transients

FILTER

Analysis of a Chebyshev filter and use of the Noise macro

FSK2

Use of the FSK modulator macro

FSTIM8Use of the file stimulus component

GASFET

Use of the GaAsFET component

GILBERT

Analysis of a Gilbert multiplier

GUMMELUse of the Gummel-Poon SPICE BJT modelGYRTEST

Use of the gyrator macro

IVBJT

Use of DC analysis to plot the IV curves of a BJT

L1

Use of a Laplace source to model a passive network

L2

Use of Laplace sources to model transmission lines

L3

Use of a Laplace source to model a Butterworth filter

LM117REG

Using the LM117 model

LTRA3

Use of the lossy transmission line

MIXED

Analysis of a mixed-mode circuit

20

MIXED1

Analysis of a mixed-mode circuit

MIXED4

Analysis of a mixed-mode circuit

MODELRLC

Use of temperature stepping

MOSCAPS

Plotting of MOSFET capacitance curves

MOSDIFF

Analysis of a MOSFET differential amplifier

NOISEBJT

Plotting of input and output noise

NYQUIST

Plotting of a Nyquist graph

O7

Analysis of a mixed-mode circuit

OPAMP1

Use of the three levels of opamps

OPT1

Using the Optimizer to maximize power transfer

OPT2

Using the Optimizer to maximize low frequency gain

OPT3

Using the Optimizer to design matching networks

OPT4

Using the Optimizer in curve fitting

OSC1

Use of the Schmitt macro in an oscillator

P1

Use of the Laplace table source for a RC network

PERF1

Demonstrates the use of performance plots

PERF2

Demonstrates the use of performance plots

PLA2

Use of a PLA subcircuit as an equality comparator

PLA3

Use of the PLA digital primitive

POTDEMOUse of the pot macro

PRINT

Use of the print preview for the schematic

PRLC

Analysis of a simple passive network

PSK2

Use of the PSK modulator macro

RCA3040

Analysis of a RCA3040 component

RELAY

Using the relay models

RISE

Use of Monte Carlo routines for rise times

S_2FLY_CM

Two-Switch Flyback Converter

S_2FOR_CM

Two-Switch Forward Converter

S_BOOST_CM

Boost Current Mode Converter

S_BOOST_VM

Boost Voltage Mode Converter

S_BUCK_CM

Buck Current Mode Converter

S_BUCK_SYN

Synchronous Buck Voltage Mode Converter

S_BUCK_SYN2

Synchronous Buck Current Mode Converter

S_BUCK_VM

Buck Voltage Mode Converter Converter

S_BUCKBOOST_CM

Buck-Boost Current Mode Converter

S_BUCKBOOST_VM

Buck-Boost Voltage Mode Converter

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S_FLYBACK_CM

Flyback Current Mode Converter

S_FLYBACK_VM

Flyback Voltage Mode Converter

S_FORWARD_CM Forward Current Mode Converter
S_FORWARD_VM Forward Voltage Mode Converter
S_FULL_CM

Full Bridge Current Mode Converter

S_FULL_VM

Full Bridge Voltage Mode Converter

S_FULL_XFMRFull Bridge with XFMR Current Mode Converter

S_HALF_CM

Half Bridge Current Mode Converter

S_HALF_VM

Half Bridge Voltage Mode Converter

S_HALF_XFMRHalf Bridge with XFMR Current Mode Converter

S_NCP

NCP1200 Converter

S_PUSH_CM

Push-Pull Current Mode Converter

S_PUSH_VM

Push-Pull Voltage Mode Converter

SH2

Use of the sample and hold component.

SMITH

Use of the Smith chart

SPARK

Use of the spark-gap macro

STIM_DEMO

Use of the digital stimulus generators

STIMSAMP

Use of the digital stimulus generators

STIMTST2

Use of a Stim generator in counting from 0 to F

STIMTST3

Use of the INCR command in a Stim generator

STIMTST4

Use of the random characters in a Stim generator

SUBCKT

Use of an analog subcircuit

SUBCKT1

Adding subcircuits to the library

SWITCHUse of the three types of the Switch component

SYSTEM1

Analysis of a mechanical system

SYSTEM2

Use of behavioral modeling components

T1

Use of nonlinear table sources

THY1

Use of the Put, Triac, and SCR macros

THY2

Analysis of a SCR phase control

TL1

Use of transmission line and plotting line variables

TL2

AC simulation of a transmission line

TL3

Plotting the input small signal impedance

TRANS

Use of the three methods of implementing a transformer

TTLINVUse of mixed mode analysis

TUBE_AMP

Vacuum tube amplifier

TUBE6L6

Vacuum tube circuit

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UA709Analysis of a UA709 opamp

UA723_REG

Using the UA723 model

UA741

Analysis of a UA741 opamp

USER

Use of the User source

USER2

Use of multiple User sources

XTAL1

Use of the crystal macro

ZDOMAIN

Use of the Z transform source

5.2.

SPICE ファイル

(ファイル名)(内容)

ASTABLE.CKT

Analysis of a SPICE circuit

CHOKE.CKTSPICE equivalent of CHOKEECLGATE.CKTSPICE equivalent of ECLGATE

PLA1.CKTUse of a PLA subcircuit in a SPICE file

PLA2.CKTThe PLA subcircuit that is used in PLA2

RCA3040.CKTSPICE equivalent of RCA3040

RTLINV.CKT

Analysis of a SPICE equivalent inverter

SCHMITT.CKT

Analysis of a SPICE Schmitt trigger

TTLINV.CKTSPICE analysis of a TTL inverter

UA709.CKTSPICE equivalent of UA709

UA741.CKTSPICE equivalent of UA741

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6. 参考文献
6.1.

Micro-Cap 7 の使用方法に関するもの

製品に付属するもの「Micro-Cap 7 User’s Guide」(英語、約 254 ページ、著: Spectrum Software)「Micro-Cap 7 Reference Manual」(英語、約 712 ページ、著: Spectrum Software)「Micro-Cap 7 セットアップの手引き」(日本語、約 10 ページ、著: 東陽テクニカ)
現在準備中のもの
2002 年 2 月現在、日本語訳を準備中です。完成次第、製品版ユーザの方へ送付させていただきます。
「Micro-Cap 7 ユーザーズガイド」「Micro-Cap 7 リファレンスマニュアル」
市販されているもの「トランジスタ技術 SPECIAL No.56 電子回路シミュレータ活用マニュアル」「トランジスタ技術 SPECIAL No.62 電子回路シミュレータの本格活用法」
6.2.

半導体部品のモデリング「SPICE - Practical Device Modeling」
著: Ron Kielkowski、出版: McGraw Hill 1995. ISBN# 0-07-911524-1“reasonable”な半導体モデルを作成する方法について解説した良書です。
「Semiconductor Device Modeling with SPICE」
著: Paolo Antognetti, and Giuseppe Massobrio、出版: McGraw-Hill, 1988
SPICEの部品モデルに関するリファレンス的書籍です。
6.3.

その他

「Switch-Mode Power Supply SPICE Simulation Cookbook」
著: Christophe Basso、出版: McGraw-Hill, 2001
SPICE でスイッチング電源をシミュレーションするための解説書です。Micro-Cap 7 のサンプル回路ディレクトリ(C:¥MC7¥DATA)には、この本で解説されている回路を多数収録
しております。

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