見本(テンプレート)
くわしい説明・見どころ(数値・読み方・出典)
盤面をいじったあとは、見本のボタンを押しなおすと、もとの見本にもどります。
回路図(ブロックに部品を並べる)
盤面の上にマウスを置くと、そのブロックの部品と、電圧・電流が出ます。使い方: 下の「部品表と盤面の編集」を開いて部品を選び、盤面をクリック(ドラッグで続けて置く)/「選択」でブロックを選ぶと、値を変えられる(スイッチはクリックで開閉)/R で回転/導線(自動)は、となりの様子から形を自動で決める。並んで走る別々の配線は、1 ブロック空ける(自動の導線は、となりあうとつながるため)。
部品表と盤面の編集(回路を自分で組み立てるとき)
表示の設定(点の意味・電位の色・光速の遅れ)
測定(オシロスコープと数値)
測定の設定(チャンネルの登録・縦軸・表示の高さ・電位の基準・FFT)
FFT の見方
FFT の見方: オシロスコープの画面に出ている時間の幅のデータ(1024 点に等間隔で標本化。各区間の平均)に、ハン窓をかけて、フーリエ変換したものです。▼ は、ピーク(基本波と高調波)。周波数の分解能は、時間幅の逆数(50 ms の窓なら 20 Hz)なので、低い周波数を細かく見るには、時間幅を長くします。歪み率(THD)は、基本波に対する、2〜10 倍の高調波の大きさの比。正弦波なら ≈ 0、方形波なら 約 43 %。窓が周期の整数倍でないと、少し漏れます。
測定の使い方(CH1〜CH6 の登録・演算チャンネル CH7・CH8)
プローブは、CH1〜CH6 の 6 チャンネル(演算の CH7・CH8 とあわせて、8 チャンネル)。盤面で部品(や導線)のブロックを選ぶと、各チャンネルの「選んだ部品から登録…」に、端子ごとの導線(電池なら + 側か − 側、抵抗なら両側、トランジスタなら B・C・E、三相発電機なら U・V・W)と、「部品そのもの」が出ます。部品そのものでなく、端子につながった導線を測ると、どこの電位か、はっきりします(端子の導線は、その場所の電位と、端子から部品へ入る電流が出ます。部品の電圧は、両側の電位の差=演算チャンネルで)。盤面の端子のそばに、チャンネルの色の番号の印がつきます。「選んだ部品の端子すべてを、空いている CH に登録」で、まとめて登録できます。登録がないときは、選んだブロックの波形が出ます。横軸は、いまを右端とした、シミュレーションの時間です。
CH7・CH8 は、演算チャンネル(オシロの計算機能): CH1〜CH6 の波形どうしの、足し算・引き算・掛け算・割り算。図は、CH1〜CH6 とは別のパネルに出ます(例: 電池の + 側の電位 − − 側の電位 = 電池の電圧、電圧 × 電流 = 電力)。
数値表(測定点の一覧・選んだ部品の読み出し)
同期検定器(シンクロスコープ)と自動同期
同期検定器の見方(同期投入のしくみ)
発電機を系統につなぐ(同期投入)前に、遮断器の両側の電圧の位相・周波数・大きさがそろうのを見る計器です。針は、発電機側の位相の進み。真上(12 時)= 位相が一致、時計まわり = 発電機のほうが周波数が高い(速い)、反時計まわり = 遅い。ゆっくり回る針が、真上に来るところで、遮断器を閉じます(盤面の遮断器をクリック)。そろっていないまま閉じると、大きな電流(突入)と、回転子への衝撃が起こります。自動同期は、速度の指令の微調整(周波数)と励磁(電圧)を自動で動かして、そろったら閉じます。
詳細の図(回路全体と、選んだ部品と、拡大図 1〜4)
表示の設定(電位の基準・1 ブロックの長さ・表示する要素・電子の見せ方・視点)
この見方の説明(選んだ見方で変わります)
この欄の説明(見方・窓・計算のしかた)
上の回路全体の図と、盤面で選んだ部品の図(大きな窓)と、下の拡大図 1〜4(それぞれの窓の「選んだブロックを登録」で、見たい部品を登録。オシロスコープのチャンネルとは別)ごとの図を、同じ見方で、同時に、時間変化つきで見られます。見方に、電子と発熱(導線を太くして、中の電子の流れと熱を見る)と、図面(部品の側面図と断面図)を加えました。盤面を、平らな細い導線の網とみなして、導線の上の電荷(モーメント法)と電流(ビオ・サバール)から、電場・磁場を計算しています(盤面の平面での値。導線の太さ・部品の中は省略)。
上のボタンは、全体の見方(「全体と同じ見方」の窓すべて)です。各窓の右上の選択で、窓ごとに別の見方(電気力線・電子の世界・3D など)にできます。表示する要素のチェックは、「全体と同じ見方」の窓に効きます。
ブラウン管の画面
ほかの見方で見る
回路の保存と読み込み(文字で)
いまの盤面を文字にして、コピーして保存できます。文字を貼って「読み込む」と、その回路になります。記号の意味は、下の「作り方」を見てください。
作り方・省略したこと
- 盤面: 各ブロックに部品を 1 つ置き、となりあうブロックで向かい合う端子がつながります。部品の向きは「回転」で 90° ずつ。導線(直線・曲がり・2 分岐・3 分岐)のブロックは、端子どうしを内部でつなぎます。「導線(自動)」は、となりの様子から形を選びます。電位の基準は、接地の記号があれば、接地(大地)が 0 V です。接地のない回路は「浮いた回路」で、導線の電荷の和が 0 になる電位を基準にします。「電位の基準」の選択で、接地を 0 V にする・浮いた回路にする、を切り替えられます(接地がないとき「接地を 0 V」を選ぶと、電源の − 端子が 0 V になります)。接地の記号は、どこにあっても同じ大地につながります。
- 解き方: 修正節点解析で、時間を刻んで解きます(台形則。切り替えの直後は後退オイラー)。ダイオード・LED・トランジスタの非線形は、ニュートン法(接合の電圧の変化を制限)。火花・雷のあとは、刻みを細かくして少しずつ広げる適応刻み。
- 部品のモデル: 太陽光電池は、単一ダイオードモデル(I = I_ph − I₀[e^{(V + I R_s)/a} − 1] − (V + I R_s)/R_sh、a = n·セル数·kT/q)。光電流 I_ph は日射に比例、I₀ は温度で変わる(T³ e^{−E_g/nkT})ので、開放電圧が日射の対数で変わり、温度が上がると約 −2 mV/K/セル下がる。n = 1.2、R_s = 0.05 V_oc/I_sc、R_sh = 50 V_oc/I_sc、1 セルの V_oc = 0.64 V は、結晶シリコンの典型値の目安(特定の製品の値ではない)。部分的な影・劣化・MPPT の制御は省略。鉛蓄電池・リチウムイオン電池は、テブナンの等価回路(起電力 = 充電率 SOC で決まる開放電圧 − 分極(時定数 20〜30 s の RC)、直列の内部抵抗。ほぼ空で抵抗が急増)。SOC は、電流の積算で進める(放電はペウケルト則、充電はクーロン効率)。SOC の進みだけは、時間を「早送り」の倍率(初期値 300 倍)で速めています(電気の動きは実時間)。開放電圧の曲線・内部抵抗・時定数・ペウケルト指数・効率は、典型的な曲線の目安で、出典は未確認です(特定の製品の値ではない)。温度の影響・自己放電・過充電のガス発生・充電制御(定電流定電圧)・劣化は省略。ダイオード・LED は、ショックレーの式(電流 ∝ e^{V/nV_T})。トランジスタは、エバース・モルの輸送モデル(β_F = 100、β_R = 1。アーリー効果・容量・温度は省略)。変圧器は、相互インダクタンスで結合した 2 つの巻線(鉄心の飽和・鉄損は省略)。直流モーターは、電機子(R、L)+逆起電力 K ω +慣性。三相誘導電動機は、αβ 座標の電圧方程式(固定子・回転子)と、トルク = p M (irα isβ − irβ isα)(鉄損・飽和・高調波は省略)。小ギャップは、着火電圧で放電路(抵抗)ができ、電流が保持電流を下回ると消える(放電路の電圧特性の詳細は省略)。スイッチの火花は、接点が離れるとき電流が流れていれば、火花(電圧 ≈ 20 V + 伸びに応じて上昇)が点き、電流が逆向きになる(還流ダイオードなどが受け持つ)か保持電流を下回ると消える。
- アンテナ: 給電点から見ると、直列共振回路(放射抵抗 Rrad + 損失抵抗 + L + C、共振 f₀、Q)。送信アンテナでは、Rrad·I² が、電波として出ていく電力。受信アンテナの起電力は、送信アンテナの電流の時間微分(遠方界 ∝ dI/dt)に、K/距離を掛けて、距離/c だけ遅らせたもの(K は、アンテナの長さなどで決まる結合の強さの簡単な代用)。実際の電波の広がり方(方向・近傍界)は、このモデルには含まれません(アンテナのページを参照)。
- ブラウン管: 電子銃は、ビーム電流 = Imax ((Vgk + Vcut)/Vcut)γ (Va/Vnom)3/2(グリッドは電流を流さない。電子の集束・空間電荷は省略した、ふるまいだけのモデル)。画面上のビームの位置は、水平・垂直の偏向コイルの電流に比例(x = IH/Ifull、y = IV/Ifull)。蛍光体の残光は、画面の色の減衰で表現(実際の蛍光体の特性ではなく、見やすさのため)。電子の速さは、E = eV の相対論の式(γ = 1 + eV/mec²)から。
- 配線の電流の流れ(動く点): 部品の端子の電流がわかっているので、導線のブロックの中での分かれ方は、配線を「同じ抵抗の網」とみなして、電流の保存則から決めています(輪があるときは等分。実際の物理では輪の電流は不定です)。点の速さは、見やすさのための圧縮表示で、電流の大きさに比例しません(点の速さは、いちばん大きい電流に対する比の平方根)。実際の電子のドリフト速度は、電流の正体のページで、光の速さとの違いを含めて扱っています。
- 見本の数値の根拠: 家庭の 100 V・配電の 6.6 kV・送電の 66 kV:日本の配電・送電の一般的な値のイメージ(実際の設備は異なります)。雷(開発中の見本):雲と大地のコンデンサ(約 1 µF)、着火 3000 万 V、放電路 1 kΩ、30 C など、桁の目安(実測値は雷ごとに大きくばらつきます)。こうした数値の出典は確認中です(出典・参考文献に追加予定)。
- 検算(自作の検算プログラム(非公開)): RC・RLC の解析解/エネルギー保存/整流・平滑/LED・トランジスタの式/変圧器の巻数比・磁束の釣り合い/直流モーターの定常回転/三相誘導電動機の始動トルク・すべりが、1 相の等価回路の式に一致/アンテナの共振曲線・遅れ・振幅/ブラウン管のビーム電流の式/雷の最初の放電の時刻が −RC ln(1 − V_b/V)、放電エネルギーが ½CV_b²/スイッチのアークの解析解/全見本が、警告なしで説明どおりに動く。
- 文字による回路の記号:
.部品なし /+導線(自動) / 部品は「記号+向き(0〜3)」と、必要なら(キー=値,…)。 g 接地・B 電池・A 交流・H 発電機(2 相)・I 発電機(3 相)・R 抵抗・C コンデンサ・L コイル・D ダイオード・E LED・P 小ギャップ・S スイッチ・N NPN・Q PNP・M 直流モーター・F 三相モーター・T 変圧器・X アンテナ(送信)・Y アンテナ(受信)・Z ブラウン管・K 偏向コイル・w 導線(直線)・c 導線(曲がり)・t 2 分岐・x 3 分岐(w c t x は、手動で、となりと勝手につながらない)。
出典と確認の状況: このページは、Claude(Anthropic の AI)の支援で作っています(Powered by Claude)。モデルの式は、回路理論・電気機器・パワーエレクトロニクスの標準的なもので、〔自作の計算〕として検算しています(式そのものの出どころは〔Claudeの知識〕。教科書の本文は読んでいません)。Web での裏づけは確認中です。間違いがあれば、教えてください。凡例と全出典は出典・参考文献。