前回は、Altium Designerを使用して、何かと便利な座標指定方法についてサイトにメモしておきました。座標指定方法に関しては下記のページに記述してあります。
今回は、スナップ単位や部品やビアの配置、パターンを引く際に参考線になるグリッドについてみていきたいと思います。最初にPCB設計をする際に、”グリッドが表示されていないな”と思っていたのですが、画面を拡大してみるとしっかりとグリッドが表示されていることが印象的でした。画面が縮小されており、またグリッド幅が狭かったため、目視で確認できませんでした・・・。
最初に画面を開いた際は、全体が表示されており、縮小表示された状態になっています。
グリッドが見えただけですが、ちょっと安心しました。それではグリッドの使い方を見ていきたいと思います。
最近、Altium Designerを使うことが多くなってきました。Altium Designerは、回路・基板設計から基板製造・実装までのソリューションを単一の環境で提供するPCB設計総合プラットフォームです。様々な機能が搭載されており、便利なのですが、なかなか機能を覚えきることができないので、どのメニューから機能を呼び出すことができるのか？ショートカットキーも多いので、どのキーでどのような機能を呼び出せるのか？忘れないように機能を本サイトにメモしていきたいと思います。
本日は、基本的な機能ではあるのですが、重要な座標の指定方法について、メモしていきたいと思います。ビア、パッドの配置やポリゴンの作成など、いろいろな局面で使用できるもののたいへん使用頻度の多い機能であると思います。もちろん、Schematic上でもしようできます。
それでは早速試してみたいと思います。
※ Altium Designerのバージョンは”22.4.2(Build 48)”です。
前回は、オペアンプを使用した電圧を増幅する回路として、反転増幅回路と非反転増幅回路を構築しました。前回の内容に関しては下記のリンクを参照してください。
アナログ回路（9）-オペアンプ（反転増幅回路・非反転増幅回路）
今回は、電圧フォロア回路（バッファ回路）を構築したいと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
まずは下記のような回路を考えてみます。
out1は分圧されて、2.5Vなります。もちろんR6の値が変われば、out1の電圧は変わります。このように、負荷の値が変わることによって電圧が変わってしまいます。
LEDの消費電流が大きい場合、必ずしも電力元の流せる電流が足りているとは限りません。例えば、マイコンにIOピンをHiにして消費電流が大きいLEDを点灯させようとしても、電流が足りないと思います。そのために、前回は、トランジスタを使用して、小さい電流から、大きい電流を流せるような回路を作成しました。
前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、オペアンプを使用して電圧を増幅する回路を構築したいと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。
-側の端子を反転入力端子、+側の端子を非反転入力端子と呼びます。非反転入力端子側にはGND、反転入力端子側には 1Vの電源を接続しています、この時、オペアンプの出力電圧はだいたい -5Vになります。これは、反転入力端子と非反転入力端子の電位差を増幅しているからです。
次に、出力を反転入力端子に帰還する反転増幅回路を下記のように作成してみました。
前回はCR回路を作成して、コンデンサの動作をみていきました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
以前、抵抗とLEDを使用して、LEDを点灯する回路を作成しました。抵抗とLEDを使用して、LEDを点灯する回路に関しては、下記のリンクを参照してください。
LEDの消費電流が大きい場合、必ずしも電力元の流せる電流が足りているとは限りません。例えば、マイコンにIOピンをHiにして消費電流が大きいLEDを点灯させようとしても、電流が足りないと思います。そこで今回は、電力源を2個用意して、トランジスタを使用して、LEDを点灯させる回路を構築したいと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。電源は直流5Vです。トランジスタは2SC5658を使用しました。
シミュレーション結果は下記のようになります。
前回は、ダイオードを使用して、AND論理回路を構築しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、CR回路を作成して使用して、コンデンサの動作をみていこうと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
下記のようなCR回路を構築しました。抵抗は 2kΩ、コンデンサは 100μF です。
電源は下記のような設定になっています。
シミュレーション結果は下記のようになります。
1秒後には、電圧は 5V となっておりコンデンサに電気が充電したと思います。それでは、抵抗を 5kΩにしてみます。シミュレーション結果は下記のようになります。
1秒後には 3.062Vになっています。コンデンサは充電完了していません。充電にはもう少し時間が必要なようです。この回路は積分の働きをすることから積分回路とも呼ばれます。
このCR回路ですが式であらわしてみたいと思います。このCR回路を式で表すと下記のようになります。
前回は、ダイオードを使用して、OR論理回路を構築しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、ダイオードを使用して、AND論理回路を構築しようと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
作成するAND論理回路は下記のような論理にしようと思います。
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。VCCは 5V です。SW1とSW2は、電圧が1V以下の場合はOFF、電圧が1Vを超える場合はONになります。LEDには電流を20mA流すようにしたいと思います。各種抵抗値は、SW1をON又はSW2をONの片方ON時で抵抗の抵抗値を設定しました。LEDに電流が流れるSW1をOFF、SW2をOFFを想定して、抵抗の抵抗値を設定しました。
SW1をON、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をON、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をOFF、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をOFF、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0195018 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
前回は、ダイオードを使用して、交流を直流に変換する回路を構築しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、ダイオードを使用して、OR論理回路を構築しようと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
作成するOR論理回路は下記のような論理にしようと思います。
それでは、LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
下記のような回路を構築しました。VCCは 5V です。SW1とSW2は、電圧が1V以下の場合はOFF、電圧が1Vを超える場合はONになります。LEDには電流を20mA流すようにしたいと思います。各種抵抗値は、SW1をON又はSW2をONの片方ON時で抵抗の抵抗値を設定しました。
SW1をON、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には電流がほぼ流れないので、LEDは点灯しません。
SW1をON、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0192402 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
SW1をOFF、SW2をONの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0192402 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
SW1をOFF、SW2をOFFの状態のシミュレーション結果は下記のようになります。LED（D3）には 0.0234849 mA 電流が流れるので、LEDは点灯します。
SW1をOFF、SW2をOFFを想定して、抵抗の抵抗値を設定していないので、設計値の20 mAから少々外れた値になっています。今回は、使用しているLEDの絶対定格 25mA を超えていないのでよしとします。
前回は、抵抗、LEDを並列に接続した回路を作成しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
今回は、ダイオードを使用した回路を作成しようと思います。交流を直流に変換する回路を構築します。
使用する環境は下記のとおりです。
LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
まずは、ダイオードの動作を確認してみたいと思います。下記のような回路を構築しました。電流は 100mA 流す回路にしたいと思います。ダイオードの順方向電圧は、データシートより、950mA になります。抵抗にかかる電圧は、4.05V になるので、抵抗値はオームの法則より 40.5Ω になります。電源は交流で、振幅5Vの周波数50Hzです。
シミュレーションを実行すると下記のような結果を得ることができました。抵抗に流れる電流値を表示しています。
マイナス電圧になったと時に、ダイオードが電流を流さないため、上記のような電流値になっています。
それでは、ダイオードブリッジを作成して、交流を直流に変換してみたいと思います。
下記のような回路を構築しました。電流は 100mA 流す回路にしたいと思います。ダイオードの順方向電圧は、データシートより、950mA になります。抵抗にかかる電圧は、3.1V になるので、抵抗値はオームの法則より 31Ω になります。電源は交流で、振幅5Vの周波数50Hzです。
シミュレーションを実行すると下記のような結果を得ることができました。抵抗に流れる電流値を表示しています。
参考に抵抗の手前の電圧は下記のようになっています。
ダイオードブリッジを構築することで、マイナス電圧になったと時にも、抵抗にプラス側電流のみ流れる回路になっています。これでは直流電流とはほぼ遠いので直流電流になるように電流を補完していきます。そこでコンデンサーを使用します。下記のような回路を構築しました。コンデンサーは1000μFです。
シミュレーションを実行すると下記のような結果を得ることができました。抵抗に流れる電流値を表示しています。
だいぶ直流っぽくはなってきましたが、リンプル電流が大きく見られます。
この回路では、振幅5Vの交流だと値が電圧が低いかもしれませんね。試しに振幅10Vの交流で抵抗を81Ωに変更した結果が下記のものになります。
最大電流が100mAに近づきました。リップル電流も小さくなっています。今度は、振幅5Vの交流で抵抗に電流50mA流れる回路を構築してみます。ダイオードの順方向電圧は900mVになるので、抵抗の抵抗値は、64Ωになります。シミュレーションの結果は下記のようになります。
最大電流が比率で考えると流したい電流値に近づいたと思います。リップル電流も小さくなっています。
今回、悩んだところがグランドの位置です。始めは、交流電源のマイナス側にグラウンドを下記のように繋げたのですが、電流は同じような結果になりましたが、電圧が思うような波形がでませんでした。
グラウンド（基準）をどこで考えるかによって電圧は変わってくるためです。
コンデンサを試しに繋げてみましたが、マイナスに電圧がふれているためだと思いますが、電圧を補完することはできませんでした。
前回は、LEDを使用して、簡易的な回路を作成しました。最初は、電源に直接LEDを接続した回路でしたが、途中からは、電源とLEDの間に直列抵抗を追加した回路に変更しました。前回の内容は下記のリンクを参照してください。
前回は直列接続の回路であったので、今回は並列に抵抗やLEDを使用した回路を作成してみようと思います。
使用する環境は下記のとおりです。
LTspiceを使用して、回路図を作成して、回路を作成したらシミュレーションを行いたいと思います。
まずは下記のような回路図を作成してみました。同じ抵抗値の抵抗を4つ（R2～R5）並列に接続してある回路です。R1のみ抵抗を70Ωと指示してあります。
この回路で電流値を 20mA を流したい場合、R2～R5の抵抗値はいくつにすればよいかオームの法則を使用して考えます。4つの抵抗に流れる電流は、抵抗値が等しいため、電流値も同じになります。ですから、20mA ÷ 4 = 5mA になります。R1に流れる電流は、0.02A × 70 = 1.4V になります。R2～R5は並列回路のであるので電圧の値は同じです。よって、5V – 1.4V = 3.6V になります。あとは、オームの法則より、3.6V ÷ 0.005A = 720Ω になります。R2～R5の各々に 720Ω を設定します。
シミュレーションを実行すると下記のような結果を得ることができました。
R2～R5の各々に流れる電流値は、5mA となっており、合計で 20mA になっています。R1に流れる電流値も、20mA になっています。今回、R2～R5の抵抗値を変えて 20mA を流れるような回路を作成しましたが、もちろん、R2～R5の抵抗値を先に決めてしまい、R1の抵抗値を変更することで、20mA 流れる回路を作成することも可能だと思います。
次に、LEDを並列に並べた時と比較するために、R2～R5の各々の抵抗値を180Ωに設定してシミュレーションしてみます。
R2～R5は並列回路なので、この部分の抵抗値は 45Ω になります。全体を流れる電流は、5V ÷ (70Ω + 45Ω) = 0.0434783 になります。R2～R5は同じ抵抗値なので、各々に流れる電流は、5V ÷ (70Ω + 45Ω) ÷ 4 = 0.0108696 になります。※計算値は四捨五入した値です。
R2～R5の抵抗値をLEDに置き換えて考えてみます。下記のような回路図を作成してみました。LEDはNSCW100を使用しています。R1は 70Ω と設定しました。
試しに、シミュレーションを実行すると下記のような結果を得ることができました。
先ほどの抵抗値180Ωを4つ並列に並べた時とは違う結果になります。これは、LEDのVFとIFの関係は1次関数（比例）ではないからです。データシートを見ると曲線カーブになっています。ですから、抵抗と同じようには考えられません。
また、抵抗とLEDでは役割が違います。そのため、抵抗は抵抗値を変えたい場合、他のものに変えればよいですが、LEDの場合、抵抗値を変えたいからLEDを変えるということはしないと思います。ですから、R1の抵抗を変えて、各LEDに 20mA を流したいと思います。
LEDが4つ並列に並んでいるので、この部分の合計電流は、80mA になります。オームの法則より、R1の抵抗は、(5V – 3.6V) / 0.08 = 17.5Ω になります。それでは、R1に 17.5Ω を設定して、シミュレーションを行いたいと思います。下記のシミュレーション結果を得ることができました。
各LEDには、0.0195018mAの電流が流れており、概ね20mAの電流が流れています。