電流の流れがリアルタイムで分かるWebベースの 回路シミュレーター Circuit Simulator Applet 使用方法

記事公開日:2017年9月15日
最終修正日:2017年9月25日

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こんばんは。

今回は前回の記事で少し紹介しましたが、Webベースの回路シミュレーター Circuit Simulator Applet をちゃんと紹介したいと思います。

私はこれをついこの間、本格的に使い始めてみて、えらく感動してしまいました。
とにかく簡単で使いやすい!!
しかも電流の流れが回路中にリアルタイムで表示されて、仮想オシロスコープのような画面も好きなポイントで出せるんです。
これはディスクリート回路を組む時に手探りで抵抗値やコンデンサ容量値を決めるよりも格段に時間短縮できますね。

Webベースなので、iPhone や iPad 、Android 端末からでも操作できます。
ただ、タッチパネルで回路を組むのは至難の業ですが・・・。

いずれにしても、ビギナーからベテランまで、手軽な電子回路確認にとてもお勧めなツールです。
とりあえず、ザッと説明してますが、今後新しい使い方ができたら順次更新していこうと思ってます。

【目次】

  1. Circuit Simulator Applet について
  2. 画面をフルスクリーンにする方法
  3. パーツ設置方法
  4. 範囲選択方法
  5. パーツ選択方法
  6. パーツ消去方法
  7. パーツ移動方法
  8. パーツのコピー方法
  9. パーツのパラメーター設定方法
  10. パーツ同士の接続方法
  11. パーツの端子の長さを変える
  12. 仮想オシロスコープ表示(波形表示)
  13. 仮想FFT解析表示
  14. 交流信号パラメーター設定方法
  15. 高周波交流の View in Scope 設定
  16. 外部ファイルに保存する方法
  17. トランジスタのVbe, Vce, Vbc 電圧や Ic, Ib, Ie電流波形を見る
  18. ユニバーサル基板的な使い方
  19. まとめ

1.Circuit Simulator Applet について

2年くらい前、Make:Japan さんの以下の記事で紹介されていました。

ウェブベースの回路シミュレーター

当時はまだ回路を組むほどの腕も無かったので、サラッと見ただけでしたが、前回の記事から本格的に使ってみて、もの凄い使いやすく、分かりやすいということが実感できました。

昔、電気工事士や工事担任者の資格試験勉強で、頭の中だけで理解していたつもりが、実はちゃんと理解していなかったものです。
しかし、このシミュレーターを使うと、ブラウザ上でこんなに分かりやすく電圧電流をリアルタイムで表示してくれて、直感的に理解できるようになります。
これは電気回路教材として、とても優れたものだと思いました。

この優れたシミュレーターは以下のリンクにあります。

Circuit Simulator Applet

開発用 GitHubページは
https://github.com/pfalstad/circuitjs1

これは解説文によると、Paul FalstadさんによってJava Appletとして書かれ、 Iain Sharp さん GWT を使用してブラウザで出来るようになったとあります。
ライセンスはオープンソース GPL ver2 それ以降となっています。

このシミュレーターの優れたところは、好きなポイントで電圧、電流の仮想オシロスコープ表示(波形表示)ができ、簡易FFT表示までできます。
前回の記事でも載せましたが、動画にするとこんな感じです。

作った回路をローカルディスクに保存できます。
ただ、Web上にリンクを貼って共有することもできるそうなのですが、回路が複雑になるとリンク文字列が2000文字を超えますので、文字列を短くするWebツールを使わないといけません。
まだリンクはうまく貼ることができないでいます。

2.画面をフルスクリーンにする方法

上記のリンクからフルスクリーンにする方法は、下図の様なリンクをクリックするだけでOKです。

Circuit_Simulator01

3.パーツ設置方法

パーツ設置方法は下図の様にメニューの「Draw」から好きなパーツを選択し、ドラッグします。

Circuit_Simulator02

 

Circuit_Simulator03

4.範囲選択方法

「Shift」キーを押しながらマウスでドラッグします。
選択されると回路全てが水色に変わります。
スマホやタブレットの場合はタッチしながらスライドさせると範囲選択できます。

Circuit_Simulator04

その他、メニューの Draw の中の Select/Drag を選択しても可能です。
又はスペースキーでもOKです。

Circuit_Simulator05

もう一つの方法は、何も無いところを右クリックするか、スマホの場合は長押しすればメニューが出てきますので、Select/Drag Sel を選択すれば範囲選択できます。

Circuit_Simulator06

5.パーツ選択方法

マウスカーソルをパーツの上に持ってくるだけで選択できます。
水色になっていればOK。
クリックは不要です。
このまま Delete キーを押せば消去できます。
また、このまま Shiftキーを押しながらドラッグすればパーツを移動できます。

スマホの場合、タッチすれば選択できます。
だだし、スマホの場合は上記の様に Select/Drag が選択されていないと移動できません。

Circuit_Simulator07

6.パーツ消去方法

上記のパーツ選択方法を使ってパーツを選択し、Deleteキーを押せば消去できます。
タッチパネルやスマホの場合は、パーツを一旦タッチして選択し、そのパーツ上を長押しすればメニューが現れるので、Delete を選択すれば消去できます。

7.パーツ移動方法

上記のパーツ選択方法で選択し、水色になっている状態で Shift キーを押しながらドラッグすれば移動できます。
スマホの場合はパーツをタッチして選択し、

Circuit_Simulator08

8.パーツのコピー方法

パーツを選択した状態で右クリックすればメニューが出てくるので、そこからコピーするなり、複製するなりしてください。
貼り付けると画面の端の方に貼り付けられます。

Circuit_Simulator35

9.パーツのパラメーター設定方法

抵抗やコンデンサ等のパーツのパラメーターを設定するには、そのパーツをダブルクリックすると設定できます。
スマホやタブレットの場合はダブルタッチすればOKです。

Circuit_Simulator09

10.パーツ同士の接続方法

パーツ同士の接続方法は、必ずパーツの端子を起点としてドラッグして接続します。

Circuit_Simulator10

ここから電源とグランドを接続します。
電源はDrawメニューの Input and Sources の中の Add Voltage Source (1-terminal)を選択し、グランドは同じところの Add Ground を選択してそれぞれ接続します。

Circuit_Simulator11

接続できたら、下図の様に電流が流れていればOK。
もし、ちゃんと接続できていなかったら、電流は流れません。
このように電流がリアルタイムで流れるので、とても便利です。

Circuit_Simulator12

11.パーツの端子の長さを変える

パーツの端子の長さを変えるには、パーツを選択して水色の状態にして、その端子を Ctrl キーを押しながらドラッグすると変えられます。

Circuit_Simulator18

12.仮想オシロスコープ表示(波形表示)

好きなポイントの電圧値や電流値を、仮想オシロスコープ表示で波形を見ることが出来ます。

ます、気を付けていただきたいことがあります。
例えば、3.3Vパルス波出力の回路で、下図のところのポイントの波形を見たいとします。

Circuit_Simulator20

ただし、パーツ同士が直接接続されている場合、抵抗を選択して波形表示させようとすると

Circuit_Simulator21

このように旨く表示されません。

Circuit_Simulator22

ですから、その間に Wire 接続させて、それを右クリックして View in Scope を選択します。

Circuit_Simulator23

すると下図の様に正常に表示されます。

Circuit_Simulator24

ここで重要な注意点があります。
測定ポイントの Wire の描く方向によって、電流の正負が変わってしまいます
これは要注意してください。

例えば、下図の様に測定ポイントの Wire を逆向きに描画してしまうと、電流がマイナスに振れてしまいます。

Circuit_Simulator33

ですから、そこのポイントの Wire方向は左から右方向へ描く必要があります。
そうすると、下図の様に正常に電流がプラス側へ振れます。

Circuit_Simulator34

13.仮想FFT解析表示

仮想オシロスコープ表示上を右クリックすると、View in Scope メニューが出ます。
Show Spectrum をクリックします。

Circuit_Simulator25

すると、下図の様に赤色で簡易FFTスペクトラム表示されます。
これは意外と便利かも・・・。

Circuit_Simulator26

14.交流信号パラメーター設定方法

例えば、マイコンの GPIO で High-Low切り替えて、3.3Vパルス波を出力する場合の方形波交流信号の設定方法を説明します。

まず、Drawメニューの Input and Sources の中の、Add A/C Voltage Source (1-terminal) を選択します。

Circuit_Simulator13

次に、それを画面上でドラッグして配置して、そのパーツを右クリックして、下図の様に View in Scope を選択します。

Circuit_Simulator14

すると、下図の様に仮想オシロスコープが表示されます。

Circuit_Simulator15

次に、パーツをダブルクリックして、パラメーター設定ウィンドウを開きます。

Circuit_Simulator16

交流信号の場合は、Max Voltage の半分の電圧を起点として振れるので、3.3V の場合はその半分の1.65V をオフセット値に設定します。
そして、Max Voltage を 1.65V に設置します。
そして、Waveform をSquare Wave にします。
すると、下図の様に 3.3V のパルス波になります。
必要によって Duty Cycle は設定してください。

Circuit_Simulator17

15.高周波交流の View in Scope 設定

交流発信器を高周波にしてしまうと、仮想オシロスコープ表示の View in Scope がとんでもない表示になってしまいます。
下図の場合、周波数が40kHz です。

Circuit_Simulator27

その場合は下図の様にオプション設定します。

Circuit_Simulator28

すると、下図の様なウィンドウが出てくるので、Time step size を秒単位で設定します。
下図では 5ns (ナノセコンド)としています。

Circuit_Simulator29

すると、下図の様に高周波でも波形が見ることができます。
これは素晴らしいですね。

Circuit_Simulator30

16.外部ファイルに保存する方法

作った回路を外部ファイルに保存できます。

ファイルメニューの Export As Local File を選択

Circuit_Simulator31

すると下図の様なウィンドウが開くので、青文字をクリックします。
すると、Windows 10 の場合はダウンロードフォルダに保存されます。

Circuit_Simulator32

17.トランジスタのVbe, Vce, Vbc 電圧や Ic, Ib, Ie電流波形を見る

トランジスタのベース・エミッタ間、コレクタ・エミッタ間、ベース・コレクタ間の電圧や電流のオシロスコープ波形を見たい場合は以下のようにします。
まず、下図の様な回路を作ってみて下さい。
可変抵抗器でベースのバイアス電圧や、ベース電流を調整するポテンショメーター(可変抵抗器)接続しています。
Circuit_Simulator40

次に、トランジスタを選択して水色にした状態で右クリックし、View in Scope を選択
Circuit_Simulator41

これを3回同じことを繰り返すと下図の様に同じスコープが三つ表示されます。
Circuit_Simulator42

スコープグラフ上を右クリックすると下図の様なウィンドウが開くので、例えばベース・エミッタ間電圧 Vbe を選択します。
Circuit_Simulator43

同じように、その他の2つのスコープにもそれぞれベース電流 Ib、コレクタ電流 Ic を選択すると、下図の様になります。
Circuit_Simulator44

これは便利ですね。
右側の Resistance スライドバーを動かすと流れる電流がいろいろと変えられます。
バイアス電圧を600mV ~ 700mV 付近にすると良い特性が得られることが分かります。

18.ユニバーサル基板的な使い方

ちょっとした小技として、Circuit Simulator Applet をユニバーサル基板っぽく配置してシミュレーションすることができます。
電子工作でユニバーサル基板を使う時、配線間違いや、思わぬ電流ループ回によってノイズが出たりする場合がありますよね。
それと、フリーソフトでユニバーサル基板にパーツを配置するシミュレーションがありますが、それは電流の流れまでは表示してくれません。
その点、Circuit Simulator Applet を使うと、電流の流れや高周波の流れもある程度把握できるので、とても都合が良いと思います。

その、方法は以下のリンクの記事に掲載してありますので、ご参照ください。

Circuit Simulator Applet のユニバーサル基板的な使い方

まとめ

以上、Webベースの回路シミュレーター Circuit Simulator Applet の使い方をザッと紹介してみました。
他の回路シミュレーターよりも、格段に使いやすいですよね。
ショートカットキーを使うと、かなりスピードアップできます。

電子回路ビギナーの方々からある程度熟練された方々にもお勧めです。
今後新しい使い方が分ったら随時更新していこうと思います。

これを使えば、アマチュア電子工作家の回路設計の手助けになること間違いなしです。

以上、今回はここまでです。

ではまた・・・。

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投稿者:

mgo-tec

Arduino , ESP32 ( ESP-WROOM-32 ) , ESP8266 ( ESP-WROOM-02 )等を使って、主にスマホと連携した電子工作やプログラミング記事を書いてます。ライブラリも作ったりしてます。趣味、独学でやってますので、動作保証はしません。 電子回路やプログラミングの専門家ではありません。 畑違いの仕事をしてます。 でも、少しだけ電気の知識が必要な仕事なので、電気工事士や工事担任者等の資格は持ってます。

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