アクセラと+αな生活
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Ubuntu 10.04 で Qucs を使ってみる。で、「Qucs」をインストールしましたが、「Qucs」に関しては、まだまだ使い方を勉強中。。。

せっかく、LED の回路を「Qucs」で作ったので、今回は、その回路をもとに、電圧と電流の関係をシミュレートしてみます。



一般的な乗用車は、理論的には、バッテリーの 12V ですが、エンジンがかかっているとオルタネータ(一言でいうと、車の発電機)が動いているため、12V以上の電圧になります。

ですので、12V ~ 14.4Vで、電装などの抵抗値などを計算することになります。


今回は、「Qucs」で作成した、LED の回路で 12V ~ 14.4V での電流がどのように変化するのかをシミュレートしてみます。

まずは、以下のような回路を作成します。
qucs_20100620_100.jpg

ここで使用している LED は「Qucs」のライブラリに登録されている以下の LED です。
qucs_20100620_002.jpg
3.3V、20mA の LED になります。

この LED を使用して、
 ・LED 1個(「D11」)を直列に接続して、555Ωの抵抗(「R1」)と電流計(「Pr1」)を配置
  (抵抗(R) = (14.4V - 3.3V) / 0.02A(20mA) = 555Ω)
 ・LED 2個(「D21」、「D22」)を直列に接続して、390Ωの抵抗(「R2」)と電流計(「Pr2」)を配置
  (抵抗(R) = (14.4V - 3.3V - 3.3V) / 0.02A(20mA) = 390Ω) 
 ・LED 3個(「D31」、「D32」、「D33」)を直列に接続して、225Ωの抵抗(「R3」)と電流計(「Pr3」)を配置
  (抵抗(R) = (14.4V - 3.3V - 3.3V - 3.3V) / 0.02A(20mA) = 225Ω)
 ・シミュレーションは「DCシミュレーション」(「DC1」)を使用
という回路になります。

この場合、14.4V の電圧をかけると、電流計(Pr1 ~ Pr3)上での電流は、全て20mA になります。

で、この状態で電圧を 11V ~ 15V まで変化させると、電流はどうなるのかをシミュレートします。

さて、普通であれば、「DC電圧源」(上図では、「V1」)の「U」(電圧)に固定の電圧を指定しますが、電圧を変化させるため、「V1」の「U」を「VV」(Variable な Voltage、任意で設定できます)という変数に設定します。
qucs_20100620_101.jpg

次に、「シミュレーション部品」にある、「パラメータスイープ」という部品を利用して、「VV」の変化を設定します。
ですので、「パラメータスイープ」をドラッグして貼り付けます。

「パラメータスイープ」のプロパティで、以下の設定を行います。
 ・シミュレーションに「DC1」(「DCシミュレーション」)を指定
 ・スイープパラメータに「VV」(「DC電圧源」の「U」(電圧)で指定した変数)を指定
 ・スタートに「11V」を指定
 ・ストップに「15V」を指定
 ・ステップに「0.2V」を指定
qucs_20100620_102.jpg


これで、「DC電圧源」の「U」(電圧)で指定した変数である「VV」は、11V から 15V までの値で 0.2Vずつ変化する という動作を指定したことになります。
(スタート、ストップ、ステップは、調査したい値に任意に設定できます、ステップ数はスタート、ストップ、ステップから自動で算出されます)


で、最終的には、以下のようになります。
qucs_20100620_103.jpg

これで、「歯車のアイコン」(シミュレート)をクリックすれば、この回路で、シミュレートしてくれます。


○表の作成
では、電圧の変化に対する電流の変化を表で見てみましょう。
「図表部品」の「表」をドラッグし、表のプロパティで、「Pr1.I」、「Pr2.I」、「P31.I」(それぞれの電流計の電流を表示)を設定します。
qucs_20100620_104.jpg

上記の設定で表示させた表が以下になります。
qucs_20100620_105.jpg
「VV」の値が電圧(V)、「Pr1.I」、「Pr2.I」、「P31.I」がその電圧での電流(A)になります。
こうして表でみると、変化も分かりやすいですねww


○グラフ化
では、簡単なグラフで表示してみましょう。
「Qucs」では、いろいろなグラフが利用できますが、最も簡単な「直交座標」を利用します。
「図表部品」の「直交座標」をドラッグし、「直交座標」のプロパティで、「Pr1.I」、「Pr2.I」、「P31.I」(それぞれの電流計の電流を表示)を設定します。
qucs_20100620_106.jpg


上記の設定で表示させたグラフが以下になります。
qucs_20100620_107.jpg

グラフの横軸(X軸)が電圧(V)、縦軸(Y軸)が電流(A)を表します。
グラフ化すれば、例えば、「電流を 14mA 以上にするには、何 V 必要か??」などがつかみやすいですねww


このように、「パラメータスイープ」を利用すれば、比較的簡単に電圧や電流の変化をみることができます。





今回は、電圧の変化に対する電流の変化を見てみました。
「パラメータスイープ」は電圧の変化だけでなく、抵抗の変化にも利用できます。

ですので、電圧を固定化した状態で、抵抗値を「パラメータスイープ」で変化させれば、必要な抵抗値の算出(抵抗値が○○の場合、電流は△△などを表す表)にも使えます。






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