メカトロニクス特論 - rm.mce.uec.ac.jp · 軸の表示範囲と目盛りの設定...

68
ある大学院 育   メ カ ノ イ ン フォマ ティク ス・カ デット メカトロニクス シミュレータ 入門

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����年度 魅力ある大学院教育 メカノインフォマティクス・カ

デット教育

メカトロニクス特論

機械回路の記号解析用電気回路シミュレータ

������入門

����年月

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目 次

� ������の導入手順 �

��� ������とは � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

��� ������の動作環境 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

�� ������の導入手順 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

���� ������のダウンロード � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

���� ������のインストール � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

� シミュレーション回路を描く ��

��� プロジェクトの開始 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

��� � フィルタの回路図作成 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� パーツの呼び出しと配置そしてライブラリの追加 � � � � � ��

����� 抵抗�の呼び出し � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

���� コンデンサの呼び出し � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� 電圧源の呼び出し � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

���� グランドの配置 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� 端子間を配線する � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

����� パーツの移動 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� 属性の編集 �定数の入力� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� 属性の移動 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

�解析 �

�� ������ ������の作成 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

�� マーカの配置 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

� いよいよシミュレーションの実行 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

�� 計算結果を表示する������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

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��

���� �軸の表示範囲と目盛りの設定 � � � � � � � � � � � � � � � � � �

���� �軸の追加 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

� 過渡解析 �

��� 過渡解析の準備 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

����� 電圧源を変える � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

����� 属性の編集 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

���� ������ ��! ������の編集 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

����� マーカの位置 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

��� シミュレーションの実行 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

��解析 �

�� " 解析の準備 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

���� ������ ��! ������の作成 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

���� リニアにスイープするには � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

�� シミュレーションの実行 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

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第�章

������の導入手順

��� ������とは

������とは,����年代後半から ����年代前半にかけてカリフォルニア大学

バークレー校で開発された回路解析プログラム ��# $を� 用に改良したも

のである.������は � 上で動作する簡易な回路解析プログラムであるにも

かかわらず,直流解析や交流解析,過度解析,雑音解析,フーリエ解析を行

うことができ,回路プログラムとして十分な機能を有している.本稿では,

日本ケイデンス・デザイン・システムズ社の%� &" ����デモ版を用いる.

��� ������の動作環境

%� &" ����デモ版の必須とされる動作環境は以下となる.なお,本稿で

は'�!(�)*��を使って説明する.

・%�+'�!(�)*��,'�!(�)*���� ���

・ �,+��! ���� ��ビット�以上

・メモリ+��-.以上 

・仮想メモリ+��-.以上 

・ディスプレイ+����色以上 

・%� &"正式版がインストールされているマシンでは使用不可

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第 �章 ���# $の導入手順 �

�� ������の導入手順

����� ������のダウンロード

ここでは ������のダウンロードの方法について説明します.%� &" ����

デモ版は無償でダウンロードすることができます.ダウンロードは,サイ

バネットシステム �株��/ �+00)))��1���!� ����2�0����(�のサイトから行います..

上記 ,�3にアクセスしたら,図 ���のように,������の公式ホームページが

表示されます.まず,上のタスクバーのダウンロードをクリックします.

 

   図 ��� ダウンロード画面 �

次に%� &" ����デモ版をクリックします.

図 ��のように,インストール条件が表示されます.確認をしたら,”%� &"

���� デモ版ダウンロード”をクリックします.

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第 �章 ���# $の導入手順

  図 ��� ダウンロード画面 �

  図 �� ダウンロード画面

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第 �章 ���# $の導入手順

図 ���のように個人情報を入力するフォームが表示されます。入力後、”入

力内容の確認画面へ”をクリックします.その後,個人情報の内容を確認し

たら,”送信”をクリックします.

  図 ��� ダウンロード画面 �

  

次に,図 ��の画面が表示されます.”%� &" ���� デモ版”と”チュートリア

ルガイド”,機能制限について”を右クリックでダウンロードします.しばら

く待つと,ダウンロードが完了します.

  図 �� ダウンロード画面

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第 �章 ���# $の導入手順 �

���� ������のインストール

まず,ダウンロードした実行ファイル�%� &"��4"�����5��をダブルクリック

します.すると,図 ���のように,ライセンスの同意画面が表示されます.”#

����� �����”を選択し,”6�5 ”をクリックします.

  図 ��� インストール画面 �

次に,ウィルス検出ソフトの動作を停止するように薦める警告画面が表示

されます.ウィルス検出ソフトが停止していることを確認したら,”%7”を

クリックし,次に進みます.

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第 �章 ���# $の導入手順 �

  図 ��� インストール画面 �

次に,保存するフォルダを指定し,”6�5 ”をクリックします.

  図 ��� インストール画面

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第 �章 ���# $の導入手順

同様に,作業フォルダの場所を聞かれます.それぞれを指定し,図 ���にな

るまで”6�5 ”をクリックします.図 ���の画面で”6�5 ”をクリックするとイ

ンストールが開始されます.

  図 ��� インストール画面 �

 

内容をレジスタに記入するか,質問されます.”はい”を選択します.

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第 �章 ���# $の導入手順 �

  図 ���� インストール画面

 同様に”はい”を選択し,次に進みます.

  図 ���� インストール画面 �

 

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第 �章 ���# $の導入手順 �

これでインストール終了です.再起動をします.おつかれさまでした.

  図 ���� インストール画面 �

 

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��

第�章

シミュレーション回路を描く

��� プロジェクトの開始

では,さっそくシミュレーションを起動しましょう.スタートメニューから,

プログラム-%� &" ��� "���- �� ��� #� "���をクリックします �図 ����.

図 ��� %� &" ��� "���の起動

すると,はじめに図 ���のウィンドウが開きます.この ��**��! 3�8ウィンドウ

には,ネットリスト更新などの, �� ���の 9���*メニューの各ユーティリティ

の結果とメッセージが記録されます.

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

図 ��� ��**��! 3�8 ウィンドウ

まず,プロジェクトを作成します.プロジェクトとは,これから作業を行う

回路図入力,計算,波形観測で関連するファイルやそれらの関係を一括管

理するファイルです.それぞれのプロジェクトには名前を付ける必要があり

ます.

メニューから,:���-6�)- ���2�� をクリックします(図 ��)�

図 �� 新規プロジェクトの作成

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

すると,図 ���の6�) ���2�� ダイアログが表示されます.このダイアログ・

ボックスの6���のところに,プロジェクト名を指定します.ここでは例題と

して� �� ��を作成するので,� �� ��と入力します.フォルダ名とファイル名

には日本語は使用できません.

図 ��� 6���欄にプロジェクト名を指定

��� � � 6�) ���2�� ,*�!8の欄から&!���8 �� -�5�(4&0"のボタンを選択して,

������を使うことを宣言します.その下の 3��� ��!には,プロジェクトを保存

するフォルダを指定します.

すべての入力が終わったら ;%7<を選択してください.

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

すると,次に ��� � ������ ���2�� というダイアログ・ボックスが表示されま

す.新規のプロジェクトを作成するので,; ��� � ���!= ���2�� <のボタンを選

択して ;%7<をクリックします(図 ��)�

図 �� ��� � ���!= ���2�� をチェック

図 ���の回路図ウィンドウ �� >$-&9# �:�&?$��が開きます.

図 ��� 回路図ウィンドウ �� >$-&9# �:�&?$��を開く

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

��� ��フィルタの回路図作成

��� パーツの呼び出しと配置そしてライブラリの追加

では簡単な � フィルタを作成し,振幅と位相の周波数特性を解析しま

しょう.

メニューから,;�����<- ;��� <をクリックします(図 ���)�

図 ��� パーツの呼び出し

すると ����� ��� ダイアログが表示されます(図 ���)

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

図 ��� ����� ��� ダイアログ

ここで,回路図に使用するライブラリを追加します.;&(( 3�����1<をクリッ

クします.すると,.��)*� :���ダイアログ・ボックスが表示されます.

例題の� フィルタ回路は,抵抗�,コンデンサ が含まれている �!���8����

と電圧源が含まれている *���������の二つが必要になるので, ��キーを押し

ながら,�!���8����と *���������の二つのファイルを選択します �図 ����.

図 ��� ��キーを押しながら �!���8����と *���������を選択

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

二つのファイルを選択したまま ;開く<ボタンをクリックすると,選択したラ

イブラリが 3�������*の欄に追加され,ライブラリに含まれる素子が回路図エ

ディタで入力可能となります.

�� 抵抗の呼び出し

まず,抵抗�を呼び出しましょう.左上の ��� テキスト・ボックスに抵抗の

シンボル名を �と入力すると,その下に �0&6&3%?とうシンボル名が表示

されます ������.これがアナログ回路で利用する抵抗で,�!���8����に含まれ

ています.右下にそのシンボル形状が表示されます.

図 ���� ��� 欄に�と入力すると�0&6&3%?が表示される

;%7<ボタンをクリックすると,このパーツが回路図ページに呼び出されま

す �図 �����.マウスで画面中央に移動し,左ボタンでクリックしてください.

抵抗の位置が固定されます.これ以上抵抗は必要ないので,パーツの配置

モードを終了します.$*�を押すか,マウスを右クリックし表示されるポップ

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

アップメニューから,;$!( -�(�<をクリックします.

図 ���� 抵抗�が回路図上に呼び出されるところ

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

��� コンデンサの呼び出し

次にコンデンサ を取り出します.先ほどと同様にメニューから,;�����<-

;��� <をクリックします.左上の ;��� <テキスト・ボックスにコンデンサのシン

ボル名 を入力すると,その下のリストに 0&6&3%?というシンボル名が

表示されます �図 �����.

図 ���� ��� 欄に と入力すると 0&6&3%?が表示される

右下にはコンデンサのシンボル形状が表示されるので,これを確認した

ら ;%7<をクリックしてください.

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

コンデンサの向きが横向きになっているので縦向きにしましょう

マウスの右ボタンをクリックして表示されるポップアップメニューから,

�� � �を選択するとコンデンサの向きが縦向きになります.�図 �����

図 ��� コンデンサのシンボルを縦向きにする

マウスで抵抗の右下に移動して左ボタンをクリックすると,コンデンサの

シンボルが一つ固定されます.抵抗と同様,コンデンサは一つしか使用しな

いので,右ボタンをクリックすると表示されるポップアップ・メニュから $!(

-�(�をクリックして,パーツの配置を終了します.�図 �����

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

図 ���� の配置モード終了

��� 電圧源の呼び出し

次に,電圧源を呼び出します.

メニューから ;�����<4;��� <をクリックします.左上の ��� テキスト・ボックス

に@& を入力すると,その下のリストに”@& 0�%,� $”というシンボル名

が表示されます �図 �����右下のシンボル形状を確認し,;%7<をクリックして

ください.

電圧源をマウスで抵抗の左下に移動し,左ボタンをクリックすると電圧源

のシンボルが一つ固定されます.配置後,パーツの配置モードを終了しま

す �図 �����.

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

図 ��� ��� 欄に@と入力すると@& 0�%,� $が表示される

図 ���� @& 0�%,� $の配置モード終了する

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

��� グランドの配置

次にグランドを配置します.メニューから,;�����<4;?���!(<をクリックしま

しょう �図 �����.

図 ���� グランド・シンボルの呼び出し

すると図 ����のように ����� ?���!(ダイアログが表示されます.

図 ���� グランドして使えるのはグランドシンボル �だけ

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

ライブラリの �をクリックして形状を選択できたら ;%7<をクリックしてく

ださい� マウスで電圧源の下に移動し,左ボタンをクリックすると電圧源に

グランドが接続されます �図 ����� .

図 ���� 電圧源のグランドシンボル �を選択

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

ここでもう一つ同じグランド・シンボルが必要ですから,配置モードを終

了せずに,そのままマウスで二つ目のグランド・シンボルをコンデンサの下

に移動します.その後,マウスを右クリックして,;$!( -�(�<を選択して,グ

ランドの配置を終了します �図 �����.

図 ���� コンデンサにグランド・シンボル �を選択

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

�� 端子間を配線する

パーツ・シンボル配線がすべて終わったら,それぞれの端子間を配線しま

す.メニューから,;�����<4;'���<をクリックします �図 �����.

図 ���� 端子間を配線するモードを選択する

すると,カーソルの形状が配線モードを示す+の形に変わるので,部品の

ピンの位置にカーソルを移動し,マウスの左ボタンを1回クリックします.

そのままカーソルを右に移動し,コンデンサのピンの位置にカーソルを合

わせて,マウスの左ボタンをクリックしてください.これで抵抗とコンデン

サ間の配線が完了します �図 �����.

図のように残りも配線します.

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

図 ���� �のピンにカーソルを合わせて左ボタンをクリック

図 ��� ��と@�も配線する

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

��� パーツの移動

このままでもいいですが,ここではパーツの位置を補正します.

まず,移動したいパーツを左クリックします �図 �����.

図 ���� 移動するパーツを選択

パーツをクリック後,選択したパーツを下にドラックドロップします.する

とパーツが移動します �図 ����.

同様にしてほかのパーツの位置を修正します �図 �����.

なお,ここでパーツを移動させる場合は,配線の位置に注意してくださ

い.配線を �度消去したい場合は,消去したい配線を左クリックし"��� �キー

を押してください.その後,もう一度パーツ同士を配線で結びましょう

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

図 ��� パーツを移動させる

図 ���� 同様にパーツを移動させ修正する

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第 �章 シミュレーション回路を描く ��

��� 属性の編集 �定数の入力�

次に属性の編集を行います.

属性とは,回路図中の各パーツが持つ電気的特性,定数,参照名 �回路図

中で割り振られる素子の番号�などをいいます.

先ほど配置した抵抗 ��について見てみましょう.��の値は �=と書かれて

います.ここでは,抵抗値を ��=に変更しましょう.回路図中の �=と書かれた

部分をダブル・クリックすると,図 ����に示す"�*���1 ������ ��*ダイアログが

開きます.

図 ���� 属性の変更 ��=と書かれていた部分をダブルクリック�

@����の欄に,��=と入力し,;%7<をクリックしましょう.これで��の値は ��=

Ωに設定されました.

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

同じように,コンデンサ �の値を変更します. �の �!と書かれた部分を

ダブルクリックします.コンデンサ �の容量を ����μにしましょう.������で

は,スケール記号μ �マイクロ�をアルファベットの �で表します.�����と入力

し,;%7<をクリックしましょう.

すると,図 ����のようになります.

図 ���� 抵抗とコンデンサの値を変更

��� 属性の移動

この段階で回路図はほぼ完成ですが,最後に属性の位置などを移動して

回路図を清書します.

起動時の状態では,各シンボルや属性はグリッドにそってしか動かすこと

ができません.そこでツールバーの ;�!�� 9� 8��(<ボタンをクリックします �図

�����.するとツールバーが赤くなり,グリッド関係なく移動できるようにな

ります.

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第 �章 シミュレーション回路を描く �

図 ���� 属性の位置をグリッド無関係に移動できるように設定する

デバイス名��の上にカーソルをあわせ,マウスの左ボタンを押したまま

マウスを移動 �ドラッグ�する,��の文字を移動できます.適当な位置で左ボ

タンを離せば,その位置で固定されます �図 �����

図 ��� ��の上で左ボタンを押したまま移動すると文字が動く

これで回路図が完成です.

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第�章

解析

�� ������ ������の作成

それでは,まず& 解析を作成した回路� ��� ��の周波数特性を見よう.&

解析とは,入力した正弦波の周波数を変化させ,ゲインや位相の変化を観

測するものです.

メニューから,;������<4;6�) ������ ��! ������<をクリックします �図 ���.

図 �� ������ ��! ������の作成

次に図 ��のダイアログ・ボックスが表示されるので,6���のところに

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第 章 & 解析

� �� ��と入力して ; ��� �<をクリックします.

図 �� 6���欄に���� ��と入力

すると,� �� ��という名前の ������ ��! �� �!8ウインドウが開きます �図

��.ここでは,まず& 解析 �周波数スイープ�を行ってみます.

図 � 解析の条件を設定する ������ ��! �� �!8ダイアログ

&!��1*�* 1��のリストから & �)���06��*�を選択します.すると,ウィンド

ウ右側に& �)��� 91��という欄が現れます �図 ���.

各設定の内容は以下のとおりです.

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第 章 & 解析

・3�!���…周波数を線形にスイープする

・3�8�� /���…周波数をログ・スイープします.ログスイープには"���(����

倍�と%� �A���倍�があります.

・ � �� :��B��!�1…スイープを開始する周波数を設定します. 

・$!( :��B��!�1…スイープを終了する周波数を設定します. 

・���! *0"���(��%� �A��…解析ポイントを1ディケード �オクターブ�当たり

何点取るかを設定します.

ここでは,3�8�� /���,"���(�を選択し,� �� :��B��!�1C��>D,$!( :��B��!�1C���=>D,

���! *0"���(�C��と設定し,;%7<をクリックします �図 ���.

図 �� & �)��� 91��の欄の設定

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第 章 & 解析 �

�� マーカの配置

回路図中にマーカを配置することで,観測したポイントの解析結果を画

面に表示することができます.

マーカにはいくつかの種類がありますが,ここでは振幅と位相の周波数

特性を観測したいと思いますので,電圧振幅をデジベル表示 ��@C�(.�する

(. -�8!� �(� �E @�� �8�と電圧の位相を表示する �/�*� �E @�� �8�を使います.

メニューから,;������<4;-��=��*<4;&(A�!��(<4;(. -�8!� �(� �E @�� �8�<をクリック

します.マーカの先端を��と �の間の配線に合わせ,マウスの左ボタンを

クリックします �図 ��.

図 � マーカ@".の先端を��と �の配線に合わせる

同様に,;������<4;-��=��*<4;&(A�!��(<4;�/�*� �E @�� �8�<をクリックします.マー

カの先端を��と �の間に配線に合わせ,マウスの左ボタンをクリックしま

す �図 ���.

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第 章 & 解析 �

図 �� マーカ@�の先端を��と �の配線に合わせる

� いよいよシミュレーションの実行

以上でシミュレーションの準備が整いました.メニューから,;������<4;��!<

をクリックします.

すると,回路図のネットリストが自動的に更新され,������が起動して計算

が実行されます.このウィンドウ �図 ���は,������のシミュレーションと�����

による波形観測を兼ねており,シミュレーションが終了すると,ウィンドウ上

部の �����画面に回路図でマーカを接続したポイントのシミュレーション結

果が表示されます.

グラフは横軸が周波数,縦軸がゲイン ;(.<と位相 ;(�8<となっています.

このように,横軸に周波数の対数をとり,ゲインと位相を縦軸に表したグ

ラフをボード線図と呼びます.

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第 章 & 解析

図 �� マーカを接続したポイントの& 解析結果

� 計算結果を表示する�������

����� �軸の表示範囲と目盛りの設定

������ウィンドウのメニューから,;��� <4;&5�* �� �!8*<をクリックするか,ま

たは設定を変更したい軸をダブルクリックすると図 ��に示すウィンドウが

開きます.

&5�* �� �!8*ウィンドウの各タブの設定は以下のとおりです.

・� &5�*:�軸 �横軸�の設定

・� &5�*:�軸 �縦軸�の設定

・� ?��(:�軸 �横軸�目盛りの設定

・� ?��(:�軸 �縦軸�目盛りの設定

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第 章 & 解析 �

図 �� 軸と目盛りを設定する&5�* �� �!8 ダイアログ

それでは,先ほどのシミュレーション結果のグラフについて,データの表

示範囲と目盛りを変更してみましょう.

表示範囲を ����から ����までに変更する

� &5�*タブの "� � ��!8�で ,*�� "��!�(を選択して,周波数範囲を ��>D �

��=>Dに変更します �図 ���.

�軸 �横軸�の目盛りを変更する

� &5�*タブをクリックすると,図に示すダイアログが開きます.&� ��� ��

のチェックを外して,3�8�# �E (���(�*�のプルダウンから �を選択します.こ

れで,�軸の対数目盛りが �ディケード当たり �本に設定されます.つまり,

��>D,���>D,�=>D,��=>Dに軸が描かれるようになります.

次に,-�!��フレームの #! ��A��* �� )��! -�2��で ��を選択します.これで �

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第 章 & 解析 �

図 �� ,*�� "��!�(を選択して範囲を ��>D � ��=>Dに変更

図 ��� �軸の目盛りを変更するダイアログ

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第 章 & 解析 �

ディケード対数目盛りの間に,��本の補助目盛りが挿入されます.��>D軸と

���>D軸の間,���>D軸と �=>D軸の間,�=>D軸と ��=>D軸の間に ��本の補助線

が描かれる設定になります �図 ����.

;%7<をクリックするとグラフ表示が更新されて,表示が ��>Dから ��=>Dと

なり,対数目盛りが表示されます �図 ����.

図 ��� 表示範囲や目盛りが更新されたところ

���� �軸の追加

�����機能では,シミュレーション結果のグラフに新しい軸や新しいプロッ

ト �グラフ�を追加できます.

図 ���の�軸の設定を変えてみます.例えば �つのグラフの �本の�軸を使っ

てゲインと位相を表示させましょう.

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第 章 & 解析 �

�軸の目盛りの追加

������ウィンドウのメニューから,;��� <4;&(( � &5�*<をクリックします.

すると現在の�軸 �6����が左にシフトし,新たな�軸 �6����がグラフ枠の左

側に現れます �図 ����.

図 ��� 新たな�軸が左側に現れる

図中の>>のマークが左下に表示される軸が,現在選択されている�軸

です.

では,現在表示されている位相のデータをいったん消去し,新しく追加し

た�軸に位相のデータを表示させてみます.

まず,グラフの左下に表示されている ��@���+���をクリックして選択しま

す.選択すると ��@���+���の文字が赤色になるので,この状態でキーボード

の"��� �キーを押します.

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第 章 & 解析 �

図 �� 位相のデータが消去されゲインのデータだけが表示される

すると位相のデータが消去され,ゲインのデータだけが表示されます �図

���.このとき,6���の�軸の目盛りは自動更新されます.

次に,メニューから ;9����<4;&(( 9����<をクリックします.すると,&(( 9����*

ダイアログが表示されるので,一番下の9���� $5���**��!欄に先ほど消去した

��@���+���を入力して ;%7<をクリックします �図 ����.

これで,6���の�軸に位相のデータが表示され,6���軸の�軸の目盛りも

自動更新されます �図 ���

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第 章 & 解析

図 ��� 9���� $5���**��!の欄に ��@���+���を入力して ;%7<をクリック

図 �� 6���の�軸に位相が表示され,6���の�軸の目盛りが自動更新される

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第 章 & 解析

�軸を消去したいとき

消したいグラフをクリックすると,�$3>>のマークが左下に表示されて

グラフが選択されます.この状態からメニューから ;��� <- ;"��� � � &5�*<をク

リックします�

位相やゲインを別々のグラフに表示する

������ウィンドウのメニューから,;��� <4;&(( ��� � '�!(�)<をクリックしま

す.すると ���(�ウィンドウに新たなグラフ ���� �が表示されます �図 ����.

図 ��� ���(�ウィンドウに新たなウィンドウが表示される

先ほどと同様に,移動したいデータをいったん消去し,新しく追加したグ

ラフを選択して ;&(( 9����<を実行すれば,二つのグラフにゲインと位相を

別々に表示できます.上がゲイン,下が位相です �図 ����.

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第 章 & 解析 �

カーソルを利用した値の直読

カーソル機能を利用すると,�����上に表示された波形の値を直読するこ

とができます.メニューから ;9����<4; ��*��<4;"�*���1<をクリックします.画面右

下に����� ��*��ウィンドウが現れます �図 ����.

図 ��� 画面右下に ���(� ��*��ウィンドウが表示される

カーソルは ;カーソル �<と ;カーソル �<の二つあり,����� ��*��ウィンドウの

&�と&�に対応しています.(�Eには二つのカーソルの差が表示されます.

グラフフォーマットの保存

ここまで,シミュレーションした結果のグラフをいろいろと加工してきま

したが,シミュレーションを実行するたびにグラフを作り直ていたのでは大

変です.

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第 章 & 解析 �

そんなときは以前に加工したグラフ・フォーマットを記憶させておきます.

ここでは先ほど作成したゲインと位相を上下に別々に表示させたグラフ �図

����を記憶させて起きます.

メニューから,;'�!(�)<4;"�*���1 �! ���<をクリックします.

"�*���1 �! ���ダイアログが表示されるので,6�) 6���欄に� �� ��と入力

し ;��A�<ボタンをクリックします �図 ����.すると,図 ���に示すように"�*���1*

リストに� �� ��が追加されます. �� ���に戻って定数を変更し,再度シミュ

レーションを行います.

図 ��� グラフ表示形式の保存

すると,初めにシミュレーションを実行したときと同じフォーマットのグラ

フが表示されます.

ここでメニューから,;'�!(�)<- ;"�*���1 �! ���<をクリックします."�*���1

リストの� �� ��を選択し,;��* ���<ボタンをクリックします.すると,先ほど

保存したフォーマットのシミュレーション結果が表示されます.

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第 章 & 解析

シミュレーション・グラフをほかのアプリケーションに ���で渡す

シミュレーション・グラフは,ビットマップ形式でほかのアプリケーション

に渡すことができます.

メニューから,;'�!(�)<4; ��1 � �������(<をクリックします.

すると以下のダイアログが表示されるので,��=� )�!(�) �!( ��� ���=8���!(*

��!*����! のチェックを確認し,�/�!8� ��� �����* � ����=を選択して,;%7<をク

リックします �図 ����.

図 ��� ��=� )�!(�) �!( ��� ���=8���!(* ��!*����! と �/�!8� ��� �����* � ����=を

チェック

図 ���は,クリップボードにコピーされたグラフを ;ペイント<に貼り付け

た様子です.

解析結果テキストファイルに出力する

コピーしたい解析結果を表示された状態にします.

次に,;$(� <メニューの ;����� &��<を選びます.グラフ上の曲線がすべて選択

され,マーカが出ます �図 ����.

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第 章 & 解析 �

図 ��� ペイントに貼り付けた様子

もう一度,;$(� <から今度は ; ��1<を選びます.これでプロットのデータが

クリップボードにコピーされます.データはスペース区切りの数値データ

です.

$5���を起動して,;編集<メニューの ;貼り付け<を選択すると,$5���上にデー

タがコピーされます �図 ����.

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第 章 & 解析 �

図 ��� 解析データをテキストファイルに出力する

図 ��� $5���を起動して,;編集<メニューの ;貼り付け<を選択

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��

第�章

過渡解析

�� 過渡解析の準備

過渡解析とは,横軸を時間軸として電圧や電流などの変化を観測するも

のです.この章では,� フィルタ回路を例題にて過渡解析を行います.

����� 電圧源を変える

さきほどは電圧源に交流信号機@& を使用しましたが,今度は@�,3�を

使ってパルス信号に入力します.回路図のシンボルをクリックし,"��� �キー

を押して電圧源@& を削除します.

図 ��� 電圧源を@& から@�,3�に変更

次に,メニューから ;�����<4;��� <をクリックし,@�,3�$0�%,� $を呼び出し

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第 �章 過渡解析 ��

ます �図 ����.@�,3�$シンボル元の電圧源があった場所に配置します �図 ����.

図 ��� @�,3�$シンボルを元の電圧源があった場所に配置する

���� 属性の編集

@�,3�$は,次の七つの属性に設定しなければならない �図 ���.

・@�:初期電圧

・@�:パルス電圧

・9":遅延時間 

・9�:立ち上がり時間 

・9::立ち下がり時間 

・�':パルス幅

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第 �章 過渡解析 ��

図 �� @�,3�$の �つのパラメータ

・�$�:周期

周波数 ���>D,デューティ�%F電圧 �@の繰り返しパルスに設定してみよう.

周波数 ���>Dですから,周期は ���*となります.また,デューティ比 �%なの

でパルス幅は �*です.したがって実際の設定は,以下のようになります �図

����

・@�= �@

・@�= �@

・9"= �*  

・9�= �*  

・9:= �*  

・�'= �*

・�$�= ���*

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第 �章 過渡解析 �

図 ��� 周波数 ���>D,デューティ比 �%,電圧 �@の繰り返しパルスを設定

����� ���������� ������の編集

������ ��! ������を編集し,過渡解析用に変更します.メニューから,;������<4

;$(� ������ ��! �� �!8*<をクリックして,������ ��! �� �!8ダイアログ・ボック

スを開き,&!��1*�* 1��のリストから9��� "����!�9��!*��! �を選択します.

すると,ダイアログボックス右側に過度解析の設定メニューが現れます �図

���.各設定の内容は以下のとおりです.

��� �� ����

過渡解析を終了する時間です.何秒まで解析するかを設定します.

����� �!��" #��� �$���

解析が実行された後に生成されるデータは,G�(� というファイルで保存さ

れます.ここに設定された時間以前のデータは,G�(� ファイルに保存されま

せん.セトリングに時間を要する回路などで,シミュレーション開始から回

路が安定動作するまでの間,解析データをカットすることができます.

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第 �章 過渡解析 �

図 �� ダイアログ・ボックス右側に過渡解析の設定メニューが現れる

%�&���� ��� ���

解析の最大時間ステップです.この設定値を小さくすると解析ポイントが

増えます.

ここでは,��! � ���= ���,� �� *�A�!8 (� � �E ��= �,-�5���� * �� *�D�=

�� と設定し,;%7<をクリックします.

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第 �章 過渡解析 ��

����� マーカの位置

ここでは過渡応答を計測するので,電圧振幅を表示する@�� �8� 3�A��を使

います.

先ほどの@".マーカと@�マーカを削除し,メニューから ;�*����<4;-��=��*<4

;3�A��<をクリックして,電圧源,および ��と �の間にマーカを配置します

�図 ����.

図 ��� 振幅と位相の周波数を観測するためのマーカを配置

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第 �章 過渡解析 ��

�� シミュレーションの実行

以上でシミュレーションの準備が整いました.メニューから,;������<4;��!<

をクリックします.シミュレーションが終了すると,ウィンドウ上部の�����画

面に回路図でマーカを接続したポイントのシミュレーション結果が表示され

ます.グラフは,横軸が時間 ��*�,縦軸が電圧 �@�になっています �図 ����.

図 ��� シミュレーションの結果

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第�章

解析

��� ��解析の準備

" 解析とは直流電圧や直流電流を変化させて,そのときの出力の様子を

調べる解析です.

インバータ回路を例にする

ここでは" 解析を使って,トランジスタを使ったインバータ回路をシミュ

レーションします.とても簡単な回路ですが,保護回路や 9930 -%�ロジッ

クで 3$"やリレーを駆動するのに使います.

新規プロジェクトの作成

� フィルタとは違う回路なので,新たにプロジェクトを作成します.

先の操作と同様に,;:���<4;6�)<4;���2�� <をクリックします.

6���欄に 9�4�'と入力し,;%7<をクリックし,; ��� � ���!= ���2�� <のボタ

ンを選択して新規プロジェクトを作成します �図 ���.

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第 章 " 解析 ��

図 �� 新規プロジェクトの作成

回路図の作成

では,パーツを呼び出して回路図を配置していきます.トランジスタはこ

れまで使用したライブラリに含まれていないので,ライブラリの追加をす

る必要があります.

メニューから,;�����<4;��� <をクリックします.����� ��� ダイアログ・ボック

スが開くので,;&(( 3�����1<をクリックします �図 ���.

次に,�*����フォルダにある ����=�� ����を選択して ;開く<ボタンをクリック

します.

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第 章 " 解析 ��

図 �� ライブラリを追加する

図 � ����=�� ���(を選択

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第 章 " 解析 ��

図 �に示すようにダイアログボックス下部の3�������*欄に.�$&7%,9ライ

ブラリが追加されるので,��� の欄にH����=6と入力すると,6�6トランジ

スタが現れます.;%7<をクリックして,回路図にトランジスタを配置します.

そのほかの部品も,図 ��にしたがって入力していきます.

図 �� 6�6トランジスタを選択

電圧源は,@" 0�%,� $を使います.�%,� $ライブラリに含まれている

@" 0�%,� $を選択して,回路図に配置します �図 ��.

図 � 電圧源@" 0�%,� $を配置する

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第 章 " 解析 ��

残りの抵抗やグランド・シンボル,マーカも,先ほどと同様に回路図に配

置します.

完成した回路図は図 ��になります.

図 �� トランジスタによるインバータ回路

回路図が作成したので,次は ������ ��! ������の作成をします.

����� ���������� ������の作成

メニューから,;������<4;6�) ������ ��! ������<をクリックし,9�4�'という名

前で新しい ������ ��! ������を作成します.

" 解析を行うので,&!��1*�* 1��のリストから" �)���を選択します(図

��).すると,ウィンドウは" 解析のための設定欄が現れます.

各設定の内容は次のとおりです.

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第 章 " 解析 ��

図 �� ������ ��! ������の作成

・�'��� !�����(�

スイープを行うパラメータを指定します.

・�'��� �)��

スイープをリニア・スイープするかログ・スイープするかを選択します.

ログ・スイープには"���(����倍�と,%� �A���倍�があります.

・�'��� !�(��

スイープを開始する値を設定します.

・*�# �)��

スイープを終了する値を設定します.

・+��������

リニア・スイープの場合,値をいくつずつスイープさせるかを設定しま

す.ログ・スイープの場合は,・���! *0"���(��%� �A��となり,�ディケード �オク

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第 章 " 解析 �

ターブ�当たり何点値をとるかを設定します.

���� リニアにスイープするには

入力電圧が �@から @まで線形 �3�!����に変形した場合の出力をシミュレー

ションします.�)��� A�������は@�� �8� *�����を選択,6���に@�と入力します.

�)��� 1��は3�!���を選択,� �� A����C�@,$!( A����C@,�!�����! C���@と入

力します.

図 �� 入力電圧を �から @までリニアに変化させる設定

;%7<をクリックして,������ ��! ������の設定を完了します.図 ��の回路図

にしたがって,電圧を観測する @�� �8� 3�A��マーカを配置します.これでシ

ミュレーションの準備が整いました.

��� シミュレーションの実行

それでは,シミュレーションしてみましょう.メニューから,;������<- ;��!<

をクリックします.シミュレーション結果を図 ��に示します.

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第 章 " 解析 �

入力電圧@�がトランジスタのベース4エミッタ間に加えられています.入力

電圧が ���@を越えたあたりからトランジスタが%6し始め,出力電圧が急激

に下がり始めます.入力電圧が約1@を越えたあたりで,トランジスタは完

全に%6し,出力電圧はほぼ �@となります.

このように," 解析では電圧と電流などのパラメータを横軸にとり,そ

れによる出力電圧を解析できます.

図 �� " 解析の実行結果