【第3回】スライダーを使って回路の動きを見よう!

作成した回路には、スイッチが二つ付いています。
これらのスイッチを両方ともONにすると、「Voltage source/wire loop with no resistance!」というエラーメッセージが表示されて、シミュレーションが止まってしまいます。
エラーメッセージの内容通り、回路をショート(短絡)させてしまったときに表示されるエラーです。
シミュレーションを再開させるには、短絡状態でなくする、この回路だとどちらかのスイッチをOFFにする必要があります。

回路図が作成出来たら、シミュレーションを実行する前に右側にあるスイッチをOFF、左側にあるスイッチをONにしてください。

スイッチOFFのアニメーション

スイッチのON・OFFは、上のアニメーションにある通りクリックで切り替えることが出来ます。

また、コンデンサで右クリックし「View in Scope」をクリックし、グラフを表示させてください。(これでコンデンサに流れる電流と電圧が時間とともにどのように変化するか、分かります。)

RUN/STOPボタンを押して、シミュレーションをしばらく実行させると、次のようなグラフが描かれるはずです。

コンデンサに描かれるグラフ

グラフの見方

グラフの縦軸は電流や電圧の値、横軸はシミュレーション開始からの時間を、表しています。

今回のグラフでは、黄色い線がコンデンサに流れる電流、緑の線がコンデンサにかかっている電圧を表します。

コンデンサに流れる電流は時間とともに小さくなっていますが、電圧は逆に時間とともに大きくなっているのが分かります。

ある点の具体的な経過時間が見たい場合は、グラフにマウスを当てると表示されます。

時間を表示する

コンデンサの放電

先ほど見た現象は、いわゆるコンデンサの充電と言われるものです。
次は、コンデンサの放電をシミュレートしてみましょう。

左側のスイッチをOFF、右側のスイッチをONの状態にしてください。

スイッチONOFF切り替えスイッチ

次のようなグラフが描かれるはずです。

表示されるグラフ

RESETボタンを押す

以上の操作を行ったら、右側のスイッチをON、左側のスイッチをOFFにして、シミュレーションをしばらく実行し、もう一度コンデンサに電荷をためましょう。

この状態でRESETボタンを押すとどうなるのでしょうか。
押してみましょう。

一見何も変わりないようですが、右側のスイッチをOFF、左側のスイッチをONにしてコンデンサの放電を行ってみましょう。

RESET後もう一度放電

コンデンサに電流が流れていません。

コンデンサに溜められていたはずの電荷が、RESETボタンを押したことによって、無くなったのです。

RESETボタンを押すと、回路の状態が初期状態にリセットされることが分かったでしょうか?

可変抵抗とLED

CircuitSimulatorAppletには、LEDという部品が存在し、LEDに電流を流せば、実際にLEDが光る様子を見ることが出来ます。

回路を作って、とりあえずLEDを光らせてみましょう。

注意!:抵抗の値について

実際の回路では、抵抗の値を適当に決めてはいけません。
LEDの順方向電圧などから計算によって求める必要があります。
分かっている方が大半だと思いますが、念のため注意を書いておきます。

今回作る回路は、下の図のような回路です。

今回作る回路

LEDは、「Outputs and Labels-LED」にあります。

作成までのアニメーション

値を変更する

上のアニメーションでも行っていますが、部品の上で右クリックし「Edit」と書かれたメニューを選択すると、次のような画面が表示されます。

抵抗の値調整画面

「Resistance(ohms)」に「100」と入力して、「OK」をクリックしてください。これで抵抗の値が変更されます。(単位を入力する必要はありません。)

今回は、100Ωという値を入力しましたが、2.2kΩや10MΩといったSI接頭語も入力することが出来ます。
下の表にCircuitSimulatorAppletで使用可能な、SI接頭語とそのリストを掲載しておきます。(これ以外にも、SI接頭語はありますが、CircuitSimulatorAppletで使えるのは、下の表に挙げたものだけです。)

接頭語	ソフト上での記号	例
G(ギガ)	G	3G(V)
M(メガ)	M	3M(Ω)
k(キロ)	k	3.3k(Ω)
m(ミリ)	m	3m(A)
μ(マイクロ)	u	3u(F)
n(ナノ)	n	100n(F)
p(ピコ)	p	15p(A)

先ほどの抵抗の例で、2.2kΩと入力したければ、「2.2k」と入力すればいいことになります。

RUN/Stopボタンを押して、シミュレーションを実行してください。上手くいっていれば、下のアニメーションのようにLEDが赤く光るはずです。

Column:Editについて

Editは、抵抗だけでなくCircuitSimulatorApplet上にある大半の部品で表示させることが出来ます。
「この部品の値をいじりたい」と思ったら、まずはEditをクリックしてみるといいでしょう。

LEDが光る

スライダーとは?

今作成した回路にはLEDと直列に抵抗が接続されています。この抵抗の値をもっと楽に変える方法はないのでしょうか。

CircuitSimulatorAppletには、スライダーを使ってシミュレーション実行中に値を変えられる機能が備わっています。

スライダーを追加する

抵抗にスライダー追加

抵抗の上で、右クリックして表示されたメニューのうち「Sliders…」をクリックしています。
すると、部品のどの項目に対してスライダーを追加するかを選択する画面が表示されます。
Resistance(ohms)にチェックを入れると「スライダーの最小値(Min Value)」と「スライダーの最大値(Max Value)」と「スライダーの名前(Label)」を入力するところが表示されます。

スライダー値変更