12F509にpickit3で書き込み

めも。

基本の回路図が描かれてるページ(第12回 PICKIT3書き込み回路を設計する@ツールラボ)

抵抗値の参考に。(PICKIT3を使ってみよう)

MPLAB X IDEから直接PICに書き込み(PIC KIT 3でツボった話 「Target device was not found」)

マルツの書き込み用ボードの販促ページ。ツールの設定とかも書いてある(はじめてのPICマイコン第3回書き込み編@マルツオンライン)

ツールとかいろいろ列挙されてるページ…MPLAB Xは入ってないから、かなり古い情報?(PICにプログラムを書き込むには)

覚書

 たぶん 1~4pinに10kの抵抗を噛ましつつ、5V電源から同じく1pinに入れることで、プルアップの回路を組む辺りがキモっぽい。
 ※1~8pinにノイズ対策で0.1uコンデンサ入れるとこも。
 ※LEDは要るのかどうか不明。特に無くても書き込みは大丈夫そうな気がする…

[TINA] 部品の登録(その後)

めも。

調べていくと、OrCAD PSpice DesignerというソフトにPSpice libraryが含まれている、デモ版がある、ということが分かってきた。
…なので、とりあえず無償版ダウンロードサイトで必要事項を入力して、デモ版をダウンロードしてみた。
インストールしてexeをダブルクリックしてみたが「mfc11.dllがない」のようなエラーでなにも起動できなかったが、必要なのはデータの方だったのでとりあえずインストールされたファイルをいろいろ見てみた。

「OrCAD 17.2 PSpice Designer Lite Software (Capture / PSpice)」をインストールしたので「Cadence\SPB_17.2」フォルダの下を物色したところ、「Cadence\SPB_17.2\tools\pspice\library」に.libファイルが大量に入っていた。

中を見ると「.subckt ~」やら「.model ~」という記述があるので、これで間違いなさそう。
とりあえず、日本製のトランジスタは「jbipolar.lib」に入っていた。

PSpice Parts Listなる検索サイトで型番をサーチすると、どのファイルに入っているかを教えてくれた。

 
実際にトランジスタの定義を読み込ませてみたが、そのままの定義では記述が足りないようで登録はされるがシミュレーションには使えなかった。
頭に最低1行足さないと、そのままでは動かないっぽい。

[TINA] 部品の登録

トランジスタとか、日本の型番は登録されてないっぽい…めも。

マニュアルに書いてある、部品登録の方法について..

(TINA_11_manual.pdf: p.215~)
5.3 Using and extending Manufacturers’ Spice model catalogs in TINA

ざっくりした内容的には、以下の通り。
・TINA’s Library Manager (slm.exe)を使い
・TINAフォルダ/Examples/Spice フォルダの subcircuit “UA741″を参照
・(手順に従い).lib, .tldファイルを作って、catalogフォルダに保存
・TINAから、登録した回路を呼び出してみる

参考では、事前に用意されたsubcircuit(UA741)を使う。
これは別途説明されている5章を最初から読むと、1から解説されている。
…で、

よくネットで説明されているLTSpiceとかの部品記述はネットリストというみたい。
SPICE ネットリストを TINA-TI にインポートするというPDFを、TIのサイトで見つけた。

自分が使いたい部品はトランジスタで、どうも回路情報がなくてパラメータだけの情報。(こういうのはネットリストとは言わないのかも)

とりあえず、「.model …」みたいな一連のパラメータ記述を(「部品名.lib」として)テキストファイルに保存。
slm.exeでlibファイルを開き、「Create TINA Library Description … > … for SPICE models and subcircuits」で .tld形式ファイルを作って保存。
.lib & .tldを catalogフォルダに置いて、TINAを起動したら PNP/NPN型トランジスタ(ゼミコンダクタ・グループ)として登録された。

subcircuit関連の情報が入ってないからか(?)、パラメータ編集はできないけど動作は確認できた。

まずは必要な部品類をちまちまと増やしていかないと、試したい回路が組めない…思ったより大変かも。

ちなみに

ドキュメントの5.2にあるように、TINAのライブラリに未登録でもTI社でSPICEのデータを提供しているICの場合には、webで該当するデータをツールから食わせてやれば半自動で登録できる。
便利だけど、どこの会社のでも出来るようになって欲しいな~

回路シミュレータ

SPICEという回路シミュレータ用のエンジンがあって、LTSpice等の無償提供のソフトもある。

回路図をCAD画面上で作成して、それをそのままPC上でシミュレーションして動作確認できる。
Twitterで全然別の発言からTINAという回路シミュレータソフトを知り、50%OFFで販売していたので購入してみた。

LTSpiceだとグラフで過渡計算の結果を見る感じの説明しかなかったけど、このソフトにはインタラクティブモードというのが付いている。指定時間間隔で断続的に過渡処理の結果を見せてくれる。

いわゆるLチカとかも、回路を組んで実行すると、実際にチカチカしてくれる。

しかし…よく考えたら1Mの可変抵抗の一方はGNDに落としちゃダメだった。(GND側に落ちたら点滅しないじゃんね)

まだ今のところ、物の本に書いてある回路を入力して、動かしながら回路の意図を学んでいるレベルで全然進歩してない…
なんか面白いので、これで少しは勉強が捗るといいな。

捗ってないのは、部品を買うとかの金銭的なこともあったけど、ソフト買うお金だけなので学習費用が減るのは助かる。あと、回路作成だけで動作実験できるのでトライアンドエラーのサイクルも早くて学習は捗りそう。

ただ、電子部品屋さんは嬉しくないかもしれないですね。
学習が捗って、バリバリ現物生産してくれないことには上がったりかも…そういう意味では、ガンガン回路シミュレータ使って貰って、回路作るようになって貰うという啓蒙活動は大事なのかもしれないですね。

出力される電流の量を求める


 ネットを眺めていて、以下のような回路図で出力される電流を回答する設問を見つけて、計算を勉強するのによさげだったのでやってみた。

question

 最初は、公式も忘れていて以下のページを見たりしながら考えていたんだけど、そもそもどうにも理解できてなかったので、計算方法が全く出てこなかった。

 http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/denryu4.html
 http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/omu4.html

 ただ電圧を判り易く説明したこの図を見て、ようやく少し理解。
 http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/denryu5.html

 電圧は..
・直列なら分け合う。
・並列だと同じに掛かる。

 各抵抗に掛かる電圧を計算できれば、電流も計算できるはずなので、各抵抗の電圧を計算してみたのだが..

 この時「電圧の分配を位置エネルギーでイメージする(参考)」の項に書かれている図が、これまた非常に判り易かった。

 その図に倣って整理すると、こうなる。

answer1

 これで、直列・並列の関係がある程度判別しやすくなりました。
 順番に繋がりを挙げてみると、

・R1とR2 が直列。
・R1とR3以下(R4,R5) が直列。

・R2とR3以下 が並列。
・R4,R5 が並列。

 以上のようになりました。
 並列部分は同じ電圧が掛かるので良いとして、直列部分では部品同士で電圧を分け合うので、部品ごとに実際の電圧を求めます。

・R1&R2, R1&R3が直列なので16Vが半々に掛かり、各8V
・R3&R4, R3&R5が直列なので、8Vが半々に掛かり、各4V

 これにより、各部品に以下の電圧が掛かることに。

answer2

 電圧が判れば、電流の計算は $$I = \frac{V}{R}$$ で求まります。

 設問は、電源からの電流の値なので、直近の R1 へ流れる電圧から計算できます。

$$I = \frac{V}{R}\\
I = \frac{8}{2}\\
I = 4$$

 電流の値は 4A


 …と、ここまで書いてみて考えてみる。

 R2とR3以下って抵抗値が違うんですよね。。これ同じ電圧が掛かるの??

 で、調べてみると、こんな電気工作のページを発見。
 http://www.kotaden.com/stage1_12_index.html

 どうやら、抵抗値に関係なく部品の接続が完全に並列な部分には電圧が等しく掛かるようです。(←これは早とちりだった..)
 でも流れる電流量は異なるので、これによって作動したり作動しなくなったりする、と。

 動的に制御できる回路を組めば、いろいろ動かせるってことですな。


 でも…R2とR3以下では抵抗の値が違うから、上の計算間違ってる気がする。。

 調べてみると、説明を見つけた。
 http://www.eonet.ne.jp/~hidarite/me2/denki01.html

・直列回路内では、電流は一定。
・並列回路内では、抵抗の大きさに反比例して分流。

・直列回路内では、抵抗の大きさに比例して電圧を分配。
・並列回路内では、電圧は一定。

 ということは、やっぱり繋がっている抵抗値を考慮に入れないと正確な数値が出ないんですね。。

 R1の電圧を V1 とすると、以下の式で計算される模様。

$$V1 = \frac{R1}{R1 \times RS} \times E$$

 RSの合成抵抗は、以下の通り。

$$\frac{1}{RS2} = \frac{1}{4}\\
\frac{1}{RS3} = \frac{1}{2}\\
\frac{1}{RS45} = \frac{1}{4} + \frac{1}{4}$$
※↑ 「1/RS」 のように逆数なので、直列計算時は再度逆数にする。

$$RS345 = RS3 + RS45\\
\frac{1}{RS} = \frac{1}{RS2} + \frac{1}{RS345}$$

 で、値を計算。。

$$\frac{1}{RS3} = \frac{1}{2}\\
RS3 = 2$$

$$\frac{1}{RS45} = \frac{1}{4} + \frac{1}{4}$$

$$\frac{1}{R0} = \frac{1}{R1} + \frac{1}{R2}\\
\frac{1}{R0} = \frac{R1+R2}{R1*R2}\\
R0 = \frac{R1*R2}{R1+R2} より..$$

$$\frac{1}{RS45} = \frac{4 + 4}{4 \times 4}\\
\frac{1}{RS45} = \frac{8}{16}\\
RS45 = \frac{16}{8}\\
RS45 = 2$$

$$RS345 = RS3 + RS45\\
RS345 = 2 + 2\\
RS345 = 4$$

$$\frac{1}{RS2} = \frac{1}{4}\\
RS2 = 4$$

$$\frac{1}{RS} = \frac{1}{RS2} + \frac{1}{RS345}\\
\frac{1}{RS} = \frac{1}{4} + \frac{1}{4}\\
RS = \frac{4*4}{4+4}\\
RS = \frac{16}{8}\\
RS = 2$$

下記の式より、
$$V1 = \frac{R1}{R1 \times RS} \times E$$
※Eは、部品に掛かる電圧の合計。

$$V1 = \frac{2}{2 \times 2} \times 16\\
V1 = \frac{16}{2}\\
V1 = 8$$

 R1 と RS の抵抗値は共に 2Ω なので、直列で繋がったこの部品には半々に電圧が掛かる。
 したがって、V1 = 8V であることは間違いなかった。

 でも、RS部分の電圧の計算は(結果的に合うように回路が組んであっただけで..)そもそも計算できていたわけではなかった..勉強が足らんですね..orz


並列で繋がっている抵抗について、基本的な捉え方は下記のような感じで良い。

抵抗が2個並列で並ぶ場合で考えると、管2本があるのと同じ…という考え方で良い。
管一本が一定時間に1リットル流れるところ、2本ならば2リットル流れる。
2本の場合の抵抗は、1本の場合の半分と考えることが出来る。

抵抗も考え方は同じ。

仮に、4Ωが並列に2個並ぶ場合、2本合わせて1つと考える。
その際の抵抗値は、半分の2Ωとなる。


直列の場合は、単純に足し合わせるという考え方で良い。

ハムノイズが…

 バンドやっていて、機材接続時にブゥゥゥ…ン、なんて低い音が鳴り続く現象に経験があれば分かりやすいですが..調子悪くなったオーディオアンプでも接触不良など条件が重なると鳴り始めたりします。

 昨日完成した真空管アンプキットもこれが鳴ってしまって、いろいろ調べた。
 で、結果から書くと、ここのサイトに書かれている点に注意してみると治まった。

 自分の場合は完全に消えた訳ではないけど、これは単にアースの問題だった。

 最初オーディオ端子(RCA端子)だけでいいやって思ったけど、後で思い直してピンジャックを結線した際に、-側を近場のRCA端子のGND側に繋いでいたら、アースループが起ったらしくて、盛大にハムノイズが鳴ることに。。

 指示通り電源のGNDに落としたら治まったのでほっと一安心。

 でもスイッチング電源を使っているせいか、無音時には電源由来っぽいノイズは聞こえるので、ちょっと電池駆動させてみる必要はある。。。

【その後…】
 電池駆動させたらすっかりノイズが消えた。
 なので、電源周りのノイズ対策や本体のシールドなどを考えないとアダプタ駆動でのノイズは結構出そうな感じ。

【その後のその後】
 シールドは最終的に可能な限りノイズ成分を回路内に入れない措置としては有効っぽい。

 しかしそれ以前の問題として、スイッチング電源経由のノイズへの対応はGNDやアースの取り方の問題が大きい模様。
 自分の場合は冒頭のアースループ以外にも、そもそも接続が甘かった部分が合ったようで、GNDやアースの接続部分のハンダ追加など行うことでさらに状況が改善された。
 また、スイッチング電源の電源プラグをコンセントに差す際に2つの端子を逆に差し直すことでハムノイズを改善できる場合もあるとのこと。
 聞き比べて改善がみられる場合は、気をつけるのがよいだろう。

オームの法則(電圧・電流・抵抗の関係性)


電位差が電気の流れを生み、回路を作ることは電圧の存在でなんとなく判った。

電気は、電圧の高い方から低い方に流れる。
電池の場合だと+極が高い方、-極が低い方。

しかし、実際には電池の+極と-極をつないでも電球が光らない場合はある。
たとえば、単三電池に40Wの電球をつないでも光らない..何故か?

答えは単純で、単三電池の出力が40W電球に対して非力すぎるから。
逆の言い方をすると、40W電球が単三電池に対して『抵抗』が大きすぎるから。

抵抗とは?

回路を道にたとえた場合、抵抗は道幅、水道だったら水道管の太さに相当する。
回路を流れる電気の量を左右するもの。
抵抗が小さいと電気はたくさん流れ、大きいとすこししか流れない。40W電球は抵抗が大きく、光らせるほどたくさんの電気を単三電池一本では賄えないので、40W電球は光らない。

法則:その1(I..電流, V..電圧, R..抵抗)
$$I = \frac{V}{R}$$

『電流』は、電気の流れる量のこと。
電気をたくさん流すには、抵抗の値に対して電圧をある程度上げてやる必要があることが上記の式から判る。

そもそも、40W電球にはどの程度電気が流れているのか?
これは、小中学校の頃に習った電力の計算式で判る。(交流の場合『力率』という要素も加わるが省く)

$$W = V \times A$$

一般家庭の電源は100Vなので、40Wから逆算すると..電流は0.4Aは流れるはず。

$$40W = 100V \times A\\
\frac{40}{100} = \frac{(100 \times A)}{100}\\
A = 0.4$$

法則:その2
$$R = \frac{V}{I}$$

さっきの40W電球は電圧・電流が100V・0.4Aっぽい。法則その2に値を当てはめると..

$$R = \frac{100V}{0.4A}\\
R=250$$

抵抗はΩで表すので、250Ωの抵抗になる模様。
ということは、法則1を使うと..逆説的に式と値が正しいことも判る。(数学的帰納法だっけ?)

$$I = \frac{100V}{250Ω}\\
I = 0.4$$

ちなみに、単三電池は1個当たり 500mAh~1300mAhくらいの電流容量を持っている模様。(mAhというのは、1時間で流せる電流量の単位)
電池を直列に何個までつないで大丈夫なのか(危険がないのか)とかそもそも直列にして計算通りの電圧になるのかは脇に置いておいて、計算すると66個ほど直列につないでようやく100V。電流量も40Wだと 0.4A = 400mAなので、なんとか光りそうな感じ。

調べたら、質問している人がいた..
電池の直列つなぎって、何ボルトくらいまで耐えられるのでしょうか?

家庭用コンセントの場合、常時単3電池66個分くらいの電圧が掛かっていて、しかし電流量の方は電池とは比較にならない量が流れる。
ここは、各家庭のブレーカー次第。一人暮らしの部屋だとブレーカーは10~20Aくらいなので、電池の10~80倍くらいは普通に流れる計算になる。

40W電球の場合は消費電力40Wなので、0.4Aの電流が流れ、抵抗値は250Ω。(100V電源の場合)

家庭用電源が200Vの場合だと、以下のように求まる。
※電球のフィラメントの抵抗値が変化するものではないので、抵抗値は250Ωのはず。あとは電流量や消費電力量を逆算するだけ。
$$I = \frac{200V}{250Ω}\\
I = 0.8$$
$$W = 200V \times 0.8A\\
W = 160$$

抵抗値が変わらない前提だと、電圧が上がるのに比例して電流量も増える。(電圧2倍だと、電流も2倍。)
電力量の方は、都合4倍された形になったが..400Vでもやっぱり4倍だった。(当たり前?)
$$I = \frac{400V}{250Ω}\\
I = 1.6$$
$$W = 400V \times 1.6A\\
W = 640$$

あともう一つ、使い道ぱっと思いつかなかったけど、電圧を求める式も書いておく。
そして、この3つの法則が『オームの法則』と呼ばれる電気の基本的性質をあらわす式。(とても重要。)

法則:その3
$$V = I \times R$$

【補足】
同じお題目に簡潔な回答をしている人がいたので、めも。
電圧と電流の関係について教えてください
電流値があがると電圧値が下がるのはなぜでしょうか

【蛇足..】
本題と全く関係ないが、人間の電気的抵抗値はどの程度なのか調べたら、詳しいサイトがあった..
2000~4000Ωになるようで、家庭用電源だと25~50mAは流れる計算。

ちなみに濡れた手で触れると 50mAに達するので、絶対に振れないように。

交流電流が人体に流れた時の反応
0.5mA    ( 通常、無反応 )
1mA      ( 電撃を感じる )
5mA      ( 相当な苦痛がある )
10~20mA ( 筋肉が収縮し、支配力を失う )
50mA     ( 相当に危険で死に至ることがある )

電圧とは

2つの物体があったとして、その間に生じる電位差を『電圧』と呼ぶ。

電位差を生じるものがない環境では、そこに電圧を推し量る比較対象がないので電圧は存在しない。(電圧0Vになるのではなく、電圧と呼ぶべきものが存在しない状態。)

電池の場合、+極に1.5V、-極に0Vの電圧が生じている。
両極の間には±1.5Vの電位差があり、電圧の高い方から低い方に向かって電気は流れる。

+極と-極を逆に繋いだとしても、電気は流れる。
豆電球を電池と繋ぐと光るが、これは+極と-極を入れ替えても変わらない。どっちみち電位差は生まれるので、電気は流れる。

電気がぐるぐると回り続ける道のことを『回路』と呼ぶ。
+極と-極の間に道を作ることで、回路は作られる。

発振回路

・発振回路 めも。

>なにするもの?
デジタル回路の場合、回路を駆動させるのに必要な”クロック”を発生させる回路。
より正確に一定間隔の信号を発信する目的で、水晶発振子を利用したものがある。

>クロック?
メトロノームのように一定の周期で、電圧を高い状態と低い状態に出力(=信号発生)したもの。
俗に、矩形波と呼ばれる信号が典型的。
(クロック)http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AF%E3%83%AD%E3%83%83%E3%82%AF
(矩形波)http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9F%A9%E5%BD%A2%E6%B3%A2

>水晶発振子?
時計などでよく利用される一定の周波数で精度の高い発振をする電子部品。(→受動素子)
単体では電子回路に必要なクロックを発振しないので発振回路が用いられる。
(水晶振動子)http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E6%99%B6%E6%8C%AF%E5%8B%95%E5%AD%90

>で、どんな回路?
(参考)
google:
https://www.google.co.jp/?gws_rd=ssl#q=%E7%99%BA%E6%8C%AF%E5%9B%9E%E8%B7%AF
https://www.google.co.jp/search?q=%E7%99%BA%E6%8C%AF%E5%9B%9E%E8%B7%AF&biw=1445&bih=859&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=aHEXVNKFOI3s8AWTl4GQBA&sqi=2&ved=0CC4QsAQ

発振回路 いろいろ:
http://www1.s-cat.ne.jp/kiyoshi/m_basic/ba_osc.htm
http://sudoteck.way-nifty.com/blog/2010/06/74hcu-bbbe.html
http://room.noritan.org/myrobot/015-technical.html
http://electronics.stackexchange.com/questions/49251/how-to-connect-a-crystal-oscillator-to-generate-square-wave

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