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表計算による電子回路解析シミュレータ 佐藤清忠 一関工業高等専門学校機械工学科

表計算による電子回路解析シミュレータ 佐藤清忠 一関工業高等専門学校機械工学科. 本シミュレータはフリーで利用できます http://www.ichinoseki.ac.jp/satok/SATOK/ex/index.html http://ctm.ishikawa-nct.ac.jp/. ① 本シミュレータの特徴 　　非線形直流回路解析 　　表計算のワークシート画面を入出力に利用. ② シミュレータ利用の想定 1) 入門者向け回路動作観察 　　　　　電子回路設計の動作確認 2) 機械工学科の教科での利用 　　　　　５年　「メカトロニクス」　動作確認

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表計算による電子回路解析シミュレータ 佐藤清忠 一関工業高等専門学校機械工学科

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  1. 表計算による電子回路解析シミュレータ 佐藤清忠 一関工業高等専門学校機械工学科 本シミュレータはフリーで利用できます http://www.ichinoseki.ac.jp/satok/SATOK/ex/index.html http://ctm.ishikawa-nct.ac.jp/

  2. ① 本シミュレータの特徴 　　非線形直流回路解析 　　表計算のワークシート画面を入出力に利用 ② シミュレータ利用の想定 1) 入門者向け回路動作観察 　　　　　電子回路設計の動作確認 2) 機械工学科の教科での利用 　　　　　５年　「メカトロニクス」　動作確認 　　　　　３年　「電気工学」　計算結果の確認 　　　　　４～５年　「機械工学実験」　の報告書作成 　　　　　５年　「卒業研究」　アイデア確認

  3. 開発の目標と利用方法の想定 確認したい時点で、すぐ起動でき、 思いつくまま、すぐ演算指示ができ、 計算結果を報告書等に、すぐ利用できること．

  4. ワークシートでの指示とシミュレータ内の演算の流れワークシートでの指示とシミュレータ内の演算の流れ

  5. 入出力インターフェースの設定 ●できるだけ１画面上にこれらを全部表示

  6. 計算上の工夫 キルヒホッフの電流則を使った回路方程式 　　（独立星状節点選択による節電圧方程式の自動組み立て） この法則に基づきＧ行列とＩ行列を作成し、Ｖを算出する． GV = I ただし基準節点(Datum)は0［Ｖ］であると仮定し、それ以外の節電圧Ｖを解く．

  7. 節電圧解法の問題点 ●すべての部品をコンダクタンスと電流源に置換することが必要 抵抗、ダイオード、トランジスタは簡単に置換できるが、電圧源が問題。 内部抵抗 ｒ＝1/g を想定 ×式作成が簡単だが、計算結果 　に誤差を多く含む 電圧源をどのモデルに置換するか？ -1[Ω]負抵抗の想定 ×ジャイレータに似ている．しかし 　外部抵抗値により誤差が増える． ジャイレータ ○理想的な解が得られる．

  8. 非線形素子のコンダクタンス・電流源への置換例非線形素子のコンダクタンス・電流源への置換例 ダイオードの場合 バイポーラトランジスタの場合 ×0[V]付近の特性等は無視 ×本来ならブレークダウン特性も入れるべき

  9. 解析事例　電圧源＋抵抗回路手計算での解答照合に便利解析事例　電圧源＋抵抗回路手計算での解答照合に便利

  10. 解析事例　電流源＋抵抗回路　　こういう計算事例は高専では殆どない・・・解析事例　電流源＋抵抗回路　　こういう計算事例は高専では殆どない・・・ ラプラス方程式の近似モデルとして利用可能

  11. 解析事例　抵抗格子回路（ラプラス方程式）　解析事例　抵抗格子回路（ラプラス方程式）　 　　　　　　　　行数が許す限りの計算が可能．ただし節点番号の割付が大変である．

  12. 解析事例　ブリッジ回路　　 Null methodの基本．機械工学科ではこうした基礎実験をしていないので、せめてシミュレータでの実験をしてもらいたいと訴えている．

  13. 解析事例　　R-2Rラダー回路 メカトロ分野では一度は検討する

  14. 解析事例　ダイオード回路 「近似と等価」の経験として大事

  15. 解析事例　トランジスタ･インバータ回路 メカトロ分野の定番

  16. 解析事例　ＯＰアンプ回路（理想特性）　各種の直流特性値が設定可能解析事例　ＯＰアンプ回路（理想特性）　各種の直流特性値が設定可能

  17. 解析事例　トランジスタ差動増幅段の動作

  18. 解析事例　いろいろな部品が混在した場合 こういう組み合わせでも、 きちんと収束する

  19. 解析事例　正帰還を含む回路解析は奇妙な結果になる解析事例　正帰還を含む回路解析は奇妙な結果になる 回路のたどる状態のひとつに安定する． （こういう回路は過渡解析で演算すべきである）

  20. 問題点 　・ＭＯＳ-FET等電圧制御素子を組み込んでいない． 　・周波数応答解析，過渡解析*はできない． ［注］非線形直流解析のコンダクタンスをもとにアドミタンス行列に置き換えれば 　　　　周波数特性が得られる．過渡解析では，よい積分公式が見つからなかった． まとめ ・専門外の高専学生が入門的な電子回路の動作確認をする目的で開発した表計算を併用したシミュレータを紹介した． ・解析範囲や素子の種類が制限されており使いにくい点も多いが，教育目的には有用ではないかと思われる． 詳しい解説はこちらに・・・ 佐藤清忠，電子回路のシミュレーション学習，トランジスタ技術，1985.7 佐藤清忠，シミュレータによる電子回路理論入門，トランジスタ技術SPECIAL No.13, CQ出版,1989.1

  21. ご清聴ありがとうございました 本シミュレータはフリーで利用できます http://www.ichinoseki.ac.jp/satok/SATOK/ex/index.html http://ctm.ishikawa-nct.ac.jp/ PSPICE、LTSPICE等も、フリーで公開されています・・・

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