LTspiceの使い方

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えいじろうやたけ
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回路シミュレータ LTspice の勧め 2014. 6. 20 K. Shibata 1. 回路シミュレータとは何か?

グラフに表示してくれるとても便利なソフトウエアです電気は目に見えないし, 回路を実際に作るのは簡単ではないので, 計算機上で手軽にいろいろな回路を作って挙動を観察できれば, 断然理解が進む! ここでは, 一般的に良く使われ, たくさんの素子が利用できるリニアテクノロジー社の LTspice という回路シミュレータを紹介します何と, 無料!

) ( 例 1) 図 1 のように, 正弦波の電圧を出力する交流電源 ( 緑 ) に, 片側にしか電流を通さないダイオードという素子 (LED[ 発光ダイオード ] もその一種 ) を抵抗と直列につなぐと, 抵抗の両端の電圧 ( 赤 ) は, 電源電圧 ( 緑 ) が正 ( 順方向 ) の時はそれにほぼ一致するが, 負 ( 逆方向 )

1 回路シミュレータ LTspice の勧め K. Shibata 1. 回路シミュレータとは何か? 自分でコンピュータ上に回路を作成し, その回路の挙動 (a) 電圧, 電流, 消費電力が時間的にどう変化するか (b) 抵抗値や容量等を変えたら, それがどう変わるか (c) 正弦波入力で, 周波数を変えて出力の振幅や位相がどう変化するか ( 周波数応答 ) など ( その他もいろいろできます ) を計算して, グラフに表示してくれるとても便利なソフトウエアです電気は目に見えないし, 回路を実際に作るのは簡単ではないので, 計算機上で手軽にいろいろな回路を作って挙動を観察できれば, 断然理解が進む! ここでは, 一般的に良く使われ, たくさんの素子が利用できるリニアテクノロジー社の LTspice という回路シミュレータを紹介します何と, 無料! しかも, インストールはとっても簡単!( メニュー等は英語だけど, 頑張れ!) ( 例 1) 図 1 のように, 正弦波の電圧を出力する交流電源 ( 緑 ) に, 片側にしか電流を通さないダイオードという素子 (LED[ 発光ダイオード ] もその一種 ) を抵抗と直列につなぐと, 抵抗の両端の電圧 ( 赤 ) は, 電源電圧 ( 緑 ) が正 ( 順方向 ) の時はそれにほぼ一致するが, 負 ( 逆方向 ) になると電流が流れないため, 電圧降下がなくなって 0V から下がらないことがわかる横軸は時間図 1 交流電源にダイオード (D) と抵抗を接続した場合 ( 緑 : 電源電圧, 赤 : 抵抗両端の電圧 ) ( 例 2) 交流電源 ( 緑 ) に抵抗 R とコンデンサ C をつなぐと, 電流 ( 赤 ) の位相が電源電圧 ( 緑 ) の位相より進む ( 波形全体が左にずれる ) R の値を大きくすると, 図 2 のように, インピーダンス ( 赤い矢印 ) Z = R +!!"# の実部が大きくなるこれにより, インピーダンスの大きさ ( 矢印の長さ ) が大きくなるので, 図 3 のように, 回路を流れる電流 ( 赤 ) の振幅が小さくなる同時に, インピーダンスの実軸からの角度が小さくなるので, 位相の進みが小さくなって, 電圧と電流のピークのタイミングが近づくことがわかる図 2 抵抗値 R の増加によるインピーダンス ( 赤矢印 ) の変化図 3 交流電源に可変抵抗とコンデンサを接続した場合 ( 緑 : 電源電圧, 赤 : 電流 )

2 2. インストールインストールはとても簡単! リニアテクノロジー社の LTspice のページへ行く ("LTspice" と " リニアテクノロジー " で検索した方が楽かも ) 最初に出てくる項目の LTspice IV をクリックし, 移動した後, 右の方にある "LTspice IV(Windows 用 ) をダウンロード " をクリック小さいウィンドウが出て,Would you like to receive software Updates? と聞かれたら,"No thanks, just download the software" をクリック "Register " を選んでも良いが, 登録作業が必要になるこのメッセージが出なければ次へ LTspiceIV.exe をダウンロードする直接実行を選択できる場合はそれで良いユーザーアカウント制御のウィンドウが出て, 変更を許可しますかと聞かれたら, はいをクリック出なければ次へダウンロードした LTspiceIV.exe を実行する ( ダウンロードと実行を同時にやるように選択した場合は自動的に実行される ) License Agreement( ライセンス契約 ) が出たら, 読んで, 問題なければ Accept( 受諾 ) のボタンを押すその後, 下の "Install Now" のボタンを押して, インストールを始める別のウィンドウが出て,"You have User Account Control (UAC) enabled. " というメッセージが出たら,OK のボタンを押す出なければ次へ "LTspice IV has been successfully installed" と出たら, インストール終了! "OK" ボタンを押すと,LTspice が自動的に立ち上がるただし, ウィンドウが小さいので, 右上の最大化ボタンで最大サイズにしておくと便利デスクトップ上に LTspice のアイコンができているので, 次回以降はこれをクリックして実行すれば良い 3. 参考書等ネット上に LTspice の使い方を解説したページが多数あるので参考にできる解説本もある ( 神崎康宏著,LTspice 入門編,CQ 出版社,2,592 円 ) 4. 使い方図 3 の回路を実際に作成して, 動作のシミュレーション ( 計算 ) をしてみよう次ページの図 4 は起動時に出るウィンドウの様子と, その上部のバー上のアイコンを説明した図である [ 起動, 新しい回路図 (Schematic) ウィンドウの表示 ] 起動後, 上部のアイコンが並んでいるバーの一番左のアイコンをクリックすると新しい回路図のスペースが表示される表示されても見た目はあまり変わらないが, ウィンドウのタイトルが LTspice IV [Draft1.asc] と, 拡張子が.asc のファイル名が出ていれば良い [ グリッドの表示 ] 上部のメニューの View をクリックし, その中の Show Grid をクリックしてチェックを入れ, 回路図上にグリッド ( 格子点 ) を表示させて見やすくする [ 抵抗の配置 ] 上部のバーの中の抵抗のアイコンをクリックし, ポインタを回路図上に移動すると, 抵抗の記号が出てくる Ctrl-R のキーを 3 回押して 270 度回転 (90 度回転させると, 電流の向きが左向きになるため ) させて横向きにした後, 適当な場所で左クリックして配置する右ボタンをクリックして配置モードを終了する ( モードの終了は他の場合も右ボタンをクリック ) モードを終了させなくても, 上部のバーの中の別のアイコンをクリックすればモードは変わる [ 操作の取り消し ] 前操作を取り消し (Undo) て戻るには, 上部の反時計回りの回転矢印のアイコンをクリック

図４回路図作成画面とバー上のアイコンの説明神崎康宏著: LTspice 入門編より(転載許諾済み) [素子等の移動回転] 配置した抵抗その他の素子等も同様を移動したい場合は上部のバーにある２つある手のアイコンのどちらかをクリックし移動したい素子等をクリックする左ボタンを押しながらドラッグ(ボタンを押したまま引っ張る)すれば複数の素子等を同時に選ぶことができる選んだら

3 図４回路図作成画面とバー上のアイコンの説明神崎康宏著: LTspice 入門編より(転載許諾済み) [素子等の移動回転] 配置した抵抗その他の素子等も同様を移動したい場合は上部のバーにある２つある手のアイコンのどちらかをクリックし移動したい素子等をクリックする左ボタンを押しながらドラッグ(ボタンを押したまま引っ張る)すれば複数の素子等を同時に選ぶことができる選んだら選んだ素子等がポインタと一緒に付いてくるので好きな位置に持っていって左ボタンを押して配置する回転させたい場合は移動中に Ctrl-R を押す２つの手のアイコンの違いは左側が素子だけを動かす場合右側は配線の接続関係を保ったまま素子を動かす場合に使うこのモードも右クリックで終了 [素子等の削除] 素子等を削除したいときは上部のはさみのアイコンまたはキーボード上の Delete キーを押すとポインタがはさみのマークに変わるのでその状態で消したいものをクリックする消したいものが複数ある場合は左ボタンを押してドラッグして選択する [画面の拡大縮小] 画面を拡大縮小したい場合は虫眼鏡のアイコンをクリック特定の範囲を拡大したい場合は拡大したい範囲を左ボタンでドラッグして指定するを使うとウィンドウサイズに合わせて表示してくれるので便利 [コンデンサの配置] コンデンサも抵抗の場合と同様に配置する [電源の配置] 電源は AND の回路記号のアイコンをクリックし出て来た Select Component Symbol のウィンドウの下半分のスペースにおいてスクロールバーで右の方に移動し voltage と書かれているところを選び OK を押すするとという記号が出てくるので抵抗やコンデンサと同様に配置する [配線] 配線は鉛筆で線を描いているアイコンをクリックした後素子の端子(小さいの部分) をクリックし配線したい方向に動かす線を折り曲げたい場合はそこで左クリックする

4 [ グラウンド ( 電圧の基準 0V) の配置 ] グラウンドは, 配線の右隣の逆三角形から線が出ているアイコンを複数置いた場合, すべて同じ電位 0V に保たれるをクリックするこれ次に, 各素子を右クリックして, 素子のパラメータ ( 抵抗値や容量, 電源電圧などの数値 ) を設定していくその際に,10 の 3 乗なら k,-3 乗なら m などの記号も使えるただし,10 の -6 乗のマイクロは u,10 の 6 乗のメガはミリと区別するために meg と書くまず, マイクロを設定した際に文字化けをするのを防ぐように, 上のバーからハンマーのアイコンをクリックして Control Panel を呼び出し,"Netlist Options" のタブを選ぶそして, 最初に出てくる "Convert 'µ' to 'u' [*]" をクリックしてチェックを入れる [ 抵抗値の設定 ] 回路図上の抵抗を右クリックする抵抗値 (Resistance) のところに 3k と入れ,3kΩ に設定するここでは他は何も入れずにデフォルトのままとする [ コンデンサの容量の設定 ] コンデンサも右クリックし, ここでは容量 (Capacitance) だけ 1u とし,1µF に設定する [ 交流電源の設定 ] 電 ( 圧 ) 源も右クリックして設定する直流電源であれば, 電圧 DC value と必要に応じて内部抵抗 Series Resistance を入れれば良いそれ以外の場合は ( 直流でもスイッチを入れた直後の過渡的な様子を見る場合などは )Advanced のボタンをクリックし, 新しく出て来たウィンドウ上で設定する交流電源の場合は, 新しく出て来たウィンドウ上で SINE を指定するここでは, 家庭用のコンセントに来ている商用電源の電圧をスライダック ( 変圧器 ) で 1/10 の 10V に落としたとして, 振幅 Amplitude[V] 14.1, 周波数 Freq[Hz] 60 に設定し, その他の値は, 設定しない [ シミュレーション ( 回路動作の計算 ) の設定 ] 回路図の空いたところで右クリックして ( または, 上の Simulation のメニューから ),Edit Simulation Cmd を選ぶ時間応答を見る場合は, デフォルトの "Transient( 過渡 )" タブのままで良いシミュレーションを終了する時間 stop time を 100m に設定する設定すると, その設定を表す文字列 (.tran 100m) が回路図上に現れるので, 適当な場所に配置する [ シミュレーションの実行 ] 上部のバーの人が走っている RUN アイコン ( または, 回路図で右クリックして一番上にもある ) をクリックすると, シミュレーションのウィンドウが現れる [ 電源電圧の観察 ] これでいよいよ波形の観察ができる回路図上で配線上にポインタを持っていくと電圧プローブ ( 探針 ) の形になるクリックすると, その点における電圧が表示されるここでは, 電源電圧として電源上部の配線をクリックすると, シミュレーションのウィンドウに正弦波が表示される振幅が 14.1V, 周期が 1/60=16.7msec になっていることを確認しよう図 5 電源電圧の確認

5 [ グラフの色, 線の太さの変更 ] グラフ上部の文字が, それと同じ色のグラフが何のグラフかを表しているその文字を右クリックすると, グラフの色や文字を変えることができる上のメニューの Tools から Color Preferences を選び,WaveForm のタブを選択すると, グラフの背景や線の色を変更することができる Schematic タブを選べば, 回路図の色も変更できるまた,Tools から Control Panel を開き,Waveforms のタブを選んで出てくる一番上の Plot data with thick lines をクリックしてチェックを入れると, 波形の線を太くできる [ 回路図のグリッドの表示 ] 回路図上で右ボタンを押し, 出てくるリストの中の Grid をクリックしてチェックを入れると, グラフにグリッド線が入れられる [ 回路を流れる電流の観察 ] 次に, 電流を観察してみようポインタを抵抗のところに持っていくとアイコンが電流プローブの形に変わるので, クリックすると, 先ほど表示した電源電圧と一緒に, 電流の時間変化の様子が別の色で表示されるこれを見ると, 電流の方が電源電圧より位相が少し進んでいる ( 電流のピークが電圧のピークより少し前に出ている ) ことがわかるこの場合は, 抵抗とコンデンサが直列に配置されているため, 抵抗部もコンデンサ部も電流は同じになる電流の向き ( アイコンの矢印でわかる ) が逆の場合は, 左の手のアイコン選んで, 抵抗をクリックし,Ctrl-R を2 回クリックして 180 度回転する [ プロットするデータの選択 ] 観察したい電圧や電流をクリックすると, それまでのグラフに重ねて表示され, もう一度同じところをクリックすると, それまで表示していたグラフが消えて, 新しく表示したグラフだけが残るまた, はさみアイコンをクリックして不要なものを選択的に消すこともできる右ボタンを押し,"Visible Traces" を選ぶと, リストから表示する信号を選ぶこともできるここでは, 電源電圧のグラフを消し, 電流のグラフだけを残しておこう [ 抵抗の両端の電圧の観察 ] 次に, 抵抗の両端の電圧を測定してみよう抵抗はどちらの端子もグラウンドに接続されていないので, 両端の電位の差を取る必要があるそこでまず, 抵抗の左側の配線部に電圧プローブのアイコンを持っていくここで, 左クリックしたままポインタを動かす ( ドラッグする ) と, 色の付いていない電圧プローブが現れるので, ボタンを押したまま, それを基準となる抵抗の右側の配線部まで移動して手を放すすると, シミュレーションのウィンドウに抵抗の両端の電圧を表す正弦波が表示されるこれより, 抵抗では電圧と電流の位相が揃う ( 上がり下がりのタイミングが一致する ) ことがわかるグラフが重なってしまって見にくい場合は, 次のように縦軸のスケールを変えて, 重なりをなくす [ 縦軸, 横軸のスケールの変更 ] 縦軸, 横軸のスケールを変更するときは, 左側または下の数字を左クリックするとその軸でいくつからいくつまで, どれぐらいの間隔で目盛りを打つかを指定することができるまた, たとえば今のように, 電圧と電流の両方を同じグラフに表示する場合, 片方の目盛りは右側に表示されているまた, 特定の部分を拡大したい場合は, グラフウィンドウで, 左ボタンを押したまま拡大したいところをドラッグすると, その部分を拡大してくれる [ コンデンサの端子間電圧と流れ込む電流の観察 ] 次に, コンデンサ上部の配線部を電圧プローブで 2 度左クリックし, コンデンサの端子間電圧だけ表示し, その後, コンデンサ部を電流プローブで左クリックすると, コンデンサ部での電圧と電流の波形が比較できる以上の操作で, 次の図 6 のようなコンデンサの端子間電圧 ( 緑 ) と流れ込む電流 ( 赤 )( この場合は, 抵抗とコンデンサは直列なので, どちらの電流も等しい ) の時間変化の様子を表示するコンデンサでは電流 ( 赤 ) の位相が電圧 ( 緑 ) よりも位相が 90 度進んでいる, つまり, 赤のピークの方が緑のピークより 1 周期 (360 度 ) の 1/4 だけ前 ( 左 ) に来ていることがよくわかるを

図 6 交流電源に抵抗とコンデンサを直列に接続したときのコンデンサにおける電圧と電流 ( 緑 : コンデンサの端子間電圧, 赤 : コンデンサに流れ込む電流 ) [ 消費電力の観測 ] 次に, 消費電力の時間変化を観測してみようまず, グラフ上の空いたスペースで右クリックして, 出てきたメニューから Add Plot Plane を選択し, グラフのスペースをもう一つ作る

6 図 6 交流電源に抵抗とコンデンサを直列に接続したときのコンデンサにおける電圧と電流 ( 緑 : コンデンサの端子間電圧, 赤 : コンデンサに流れ込む電流 ) [ 消費電力の観測 ] 次に, 消費電力の時間変化を観測してみようまず, グラフ上の空いたスペースで右クリックして, 出てきたメニューから Add Plot Plane を選択し, グラフのスペースをもう一つ作る回路図のウィンドウをクリックして前面に出し,Alt キーを押しながら, コンデンサのところにいくと温度計のような電力プローブになるので, この状態で左クリックすると新しくできたグラフスペースのところに消費電力 ( 電圧電流 ) の時間変化が見えるこのとき, 電圧と電流の位相が 90 度ずれているので, 電圧の変化を V m sin120πt とすると, 電流の変化は I m cos120πt となる消費電力は V m I m sin120πt cons120πt = 0.5V m I m sin240πt となることから, 消費電力の変化の周期は, 電圧や電流の周期の半分であること, さらに 0 を中心として振動しており, 積分すると 0 になることがグラフからも確認できるこのようにして, 抵抗の電圧, 電流, 電力のグラフも合わせて表示し, そのウィンドウを最大化すると, 下の図 7 のようになる抵抗の消費電力も振動しおり, やはり周期は半分になるものの, 負にはならず,1 周期分積分すると正になって, エネルギーを消費することがわかる図 7 交流電源に抵抗とコンデンサを直列につないだ場合の各素子での電圧, 電流, 電力の変化上 2 つのグラフが抵抗の場合, 下 2 つがコンデンサの場合のグラフで, 電圧 ( 緑 ), 電流 ( 赤 ), 電力 ( 紫 ) の時間変化を表す次に, 抵抗値 R を変化させたときに, 抵抗を流れる電流がどう変化するかを観察してみようまず, 時間波形のウィンドウに, 電源電圧と回路を流れる電流を表示する

7 [ 抵抗値を変更 ] 抵抗を右クリックし, 抵抗値のところに 100 と入れ 100Ω に設定する回路図上の抵抗値の値の部分を右クリックしても値を変更することができる [ シミュレーションの再実行 ] 回路に変更を加えた場合は, 再度 RUN アイコンを押してシミュレーションを実行する電流と電圧の位相差が大きくなったことが確認できる逆に, 抵抗値を 100k とすると, 電圧と電流の位相差がほぼなくなることが確認できる [ 可変抵抗に変更 ] このように抵抗を変化させた時の電流の値を一つのグラフに一度に表示させてみよう抵抗を右クリックし, 抵抗値のところを {VR} とする "VR" という名前は何でも良いが, 次の項目でパラメータ名を入れる際に, その名前を入れる [ パラメータを変化させる設定 ] 上部のバーの一番右端の.op と見える directive( 指示 ) アイコンをクリックするウィンドウが出てくるので,".step param VR list 100 2k 5k 10k" と変化させる値を羅列し,OK ボタンを押すすると, 回路図上にその文字が出てくるので, 適当な位置に配置する [ シミュレーションの再実行 ] Run のアイコンをクリックして, シミュレーションを再度開始すると, 図 3 で見たように, 抵抗の値が, 設定した 100Ω, 2kΩ, 5kΩ, 10kΩ の場合の電流波形を表示することができる [ 回路図等の保存 ] メニューから保存を選んで, 回路図 ( シミュレーションの設定も含めて ) を保存するまた, 波形のグラフを選んで, 保存すると, プロットの設定 ( どの値を何色で表示するなど ) を保存できるので, 次回, シミュレーションを開始すると, すぐにグラフが表示されるさらに, 電源電圧が正弦波ではなく, 方形波 ( ステップ ) 状に変化した場合 ( たとえば, あるときスイッチを on にして直流電源と接続する場合になどに相当する ) のその後の変化を見てみようこのような, 定常でない変化に対する応答を過渡応答と呼び, 電気回路 IV で習う [ 電源の設定 ] 電源にステップ状の電圧やインパルス状の電圧を与える場合は, 電源の設定で, SINE ではなく,PULSE を選ぶ [ 方形波状 ( ステップ入力 ) の場合 ] 最初の電圧 Vinitial: 0 に設定 ON の時の電圧 Von: 1 に設定 on になり始めてから on になるまでの立ち上がり時間 Trise: 1p に設定たち下がり時間 Tfall: 1p に設定 on の時間 Ton: 50m に設定 1 周期の時間 Tperiod: 100m に設定 [ インパルス入力の場合 ] 最初の電圧 Vinitial: に設定 ON の時の電圧 Von: 1meg に設定 on になり始めてから on になるまでの立ち上がり時間 Trise: 1p に設定たち下がり時間 Tfall: 1p に設定 on の時間 Ton: 1u に設定 Trise と Tfall は, 値を入力しない場合や,0 を入力した場合は, デフォルトの値が自動的に設定されるこれが結構大きい値になるため, 1p のように小さい値を入れて理想値に近い値に設定しておく ( 実際は立ち上がるのにも時間がかかる ) インパルス入力は, 理想計算ではデルタ関数 ( 時刻 0 だけ無限大の値を出し, それ以外は 0 の関数 ) を入力とするが, 回路シミュレータでは無限大の出力は出せないしたがって, デルタ関数が積分して1になることから,Ton と Von を掛け算して1になる条件で Von を大きくする [ シミュレーションの実行 ] RC の回路で R を 10kΩにし, ステップ状の電圧を与えると, 図 8のようになる電源電圧 ( 緑 ) が急激に変化すると, 抵抗値に応じてコンデンサに電流が流れて電荷がたまり, コンデンサの端子間電圧 ( 赤 ) が電源電圧 ( 緑 ) に遅れて追従していることがわかる

8 図 8 過渡現象 ( 緑 : 電源電圧, 赤 : コンデンサの端子間電圧 ) 電源電圧を 0V 1V 0V 1V と方形波状に変化させた際のコンデンサの端子間電圧の変化 ( チャレンジ ) このとき,R や C が変化すると出力がどう変わるか, 図 3 のようにそれぞれを変化させたときの様子を一つのグラフに表示してみよう! 次に, 図 9 のように, 正弦波を入力した場合に, その周波数を変化させて, 入出力間の振幅比, 位相差の変化 ( 周波数応答 ) を観察する場合の方法について見てみようまず, 回路にコイルを追加し, 自己インダクタンス L を 1µH に設定し, 抵抗値 R を 0.1Ω にしておく [ 電源の設定 ] 周波数応答を見るために, 電源を右クリックし,SINE や PULSE ではなく (none) を選び, 右側の small signal AC analysis の AC Amplitude を 1 に設定する [ シミュレーションの設定と実行 ] Edit Simulation Cmd を選び, タブを "Transient" から "AC Analysis" に変更する周波数を変化させるが, 周波数が 2 倍になる間にいくつの周波数のデータを取るかを Number of points per octave で決め ( たとえば 100 とする ), スタートの周波数 Start Frequency を 0.1, 終わりの周波数 stop Frequency を 1k に設定し, シミュレーションを実行すると, 横軸が周波数のグラフが出てくる実線がゲイン線図, 破線 ( 細い ) が位相線図を表す図 9 LCR 共振回路の周波数応答 ( ここでは, 入力を電源電圧, 出力をコンデンサの端子間電圧とし, 赤実線 : 入出力間の振幅比 (log), 赤点線 : 位相差 ) 赤の実線の振幅比の log をとって 20 倍したもの ( ゲインと呼ぶ ) が上に出っ張っているところ ( 共振周波数 ) があるが, 不思議なことにこのときはコンデンサの端子間電圧の振幅の方が電源電圧の振幅より大きくなるこのときの入出力の時間変化を示したのが次の図 10

9 図 10 LCR 共振回路の共振状態 ( 緑 : 電源電圧, 赤 : コンデンサ端子間電圧 ) このときの時間は系を観察してみよう電源を SINE にし, 周波数を共振周波数 1 2π LC = 1 2π = 1 6 2π 10 =159.15kHz に設定して ( 電圧は適当で良い ), シミュ 6 レーションの設定を Transient に戻して 100µsec までシミュレーションすると図 7のようになり, 赤のコンデンサの端子間電圧が徐々に大きくなって電源電圧よりかなり大きくなっていることがわかる自分で実際に電源周波数を変化させて確認してみようこれはエネルギー保存則に一見反しているように見えるが, 力学で言うと, バネの固有振動数に合わせて力を加えた場合に相当し, エネルギーが蓄積されてだんだん振幅が大きくなるのと同じであり, エネルギー保存則には反していない次に, コンデンサがため池の役割を果たすことを実感するシミュレーションをしてみよう図 1 で, 交流電源にダイオードを接続すると, ダイオードが片側しか電流を流さないため ( これを整流作用という ), 抵抗の両端の電圧は正弦波の正の部分だけになったこの回路に, 図 11 のように, 大きな容量 ( ここでは 200µF) のコンデンサを接続してみようすると, 電源電圧 ( 緑 ) が高くなると, 抵抗両端の電圧 ( 赤 ) が高くなって, 抵抗に電流が流れるそれと同時に, コンデンサにも正の電流 ( 青 ) が流れ込んで電荷がため池のように蓄えられる電源電圧 ( 緑 ) が小さくなると電荷を蓄えたコンデンサから抵抗に電流 ( 青 ) が流れ出る ( 負になる ) そのため, 抵抗の両端の電圧 ( 赤 ) は, 電源電圧と一緒には落ちず, コンデンサから電荷が流れ出るにしたがって少しずつゆっくり減少するコンデンサの電荷が減少する ( 負の方向に電流が流れる ) ときは, 抵抗の値が大きいため, その絶対値は正のときより小さいこのようなコンデンサの働きを平滑化と呼び, 交流電源から直流電源を作る ( たとえば, ノート PC の AC アダプタなど ) 際の基本原理の一つである図 11 直流電源 ( 緑 : 電源電圧, 赤 : 抵抗の両端の電圧, 青 : コンデンサに流れ込む電流 )

10 ( チャレンジ ) 図 11 の回路において, コンデンサの容量 C や抵抗の抵抗値 R の大きさを変化させた場合に, 図 11 のグラフがどのように変化するかを想像し, 実際に動作させて確認してみよう 5. まとめ回路シミュレータがいかに便利か, また, 簡単な回路であれば, 使い方はそれほど難しくないかがわかってもらえたでしょうかこれによって, 電気は難しいという先入観を取り払い, 少しでも, 面白いと感じてもらえるとうれしいですこれから講義や実験で習ったりやったりしたことの確認などにどんどん活用してくださいインピーダンスは交流の基礎で, 電気回路 I で習うでしょうし, 基礎実験 I でオシロスコープを使って観察しますまた, 共振の話も電気回路 I で習います過渡現象の話は電気回路 IV, ダイオードは電子回路, 直流電源は電子回路や工学実験 II で実際に扱うことになると思いますし, それ以外にも, 電気回路や電子回路, さらには, 制御工学で習うことをいろいろと回路シミュレータを使って確認することができます回路シミュレータは, その素子の特性をかなり忠実に再現していますたとえば, 図 1 のダイオードは, 順方向では, 電圧が正の場合には抵抗 0 で電流がいくらでも流れるとする場合もありますが, 実際には,0V よりも少し大きなところから電流が急激に大きくなるため, ダイオードの両端にもわずかな電位差が生じますこれが, 図中の 2 つのグラフが少しだけずれている理由ですしかし逆に, 実際の回路とは異なるところもあることは理解しておいて下さいたとえば, 実際の実験での回路では, 様々な要因でノイズが載って測定値がばらつくことが良くありますが, シミュレータでは, 逆に人工的にノイズを載せることはできますが, 実験を完全に再現することはできませんまた, シミュレータを使えばいろいろできるので, つい理論をおろそかにしがちですが, 試行錯誤するだけでは良い設計はできませんしたがって, あくまでも理論の理解を助けるツール, もしくは, 理論を理解した上で使うように心掛けてくださいまた, 素子については, 実際に商品としての素子を選べるものも多数あり, 個々の素子に特有な性質なども考慮されますさらには, プリント基板設計のソフトにデータを渡して, 基板加工機 (4F にあります ) で基板を作成し, 自分だけの基板を作ることもできます是非, 使いこなして, 楽しんでください!

Microsoft Word - T4_LTspice_1

Microsoft Word - T4_LTspice_1 LTspice の使い方 ( 初級 ) v1.3 Aug.2015 目的電子回路シミュレータ LTspice( 無償素子数制限なし ) の使い方を習得するただしすべては網羅できないので分からないときは参考文献を参照してくださいインストールインターネットで LTpice で検索または下記リニアテクノロジーホームページからダウンロード! LTspice IV を選択する URL http://www.linear-tech.co.jp/designtools/software/