アナログシミュレーション入門

Qucs(キュークス)は、グラフィカルユーザインタフェースを備えた回路シミュレータです。多くの種類のシミュレーション(例えば、DC、Sパラメータ解析)を実行できます。この文書では、Qucsの使い方を簡潔に説明します。

Qucsを初めて起動すると、あなたのホームディレクトリに".qucs"というディレクトリが作成されます。すべてのファイルは、このディレクトリか、その下のサブディレクトリに保存されます。Qucsがロードされた後、図1のようなメインウィンドウが表示されます。右側には、回路図、データ表示などが含まれるワーキングエリア(6)が存在します。このエリアの上部にあるタブバー(5)を使って、現在開いているドキュメントのすべてに瞬時に切り替えることができます。Qucsメインウィンドウの左側には、上部のタブバー(“Projects” (2), “Content” (3) “Components”(4)という部分)によって内容が変わる別のエリア(1)が存在します。Qucsが開始すると、“Projects” タブ(2) がアクティブになります。このプログラムを開始するのははじめてなので、まだ何もプロジェクト存在せず、エリアにはなにもありません。エリア(1)のすぐ上にある”New"ボタンを押すと、ダイアログが開きます。あなたの最初のプロジェクトの名前、例えば firstProject"を入力し、"Ok"ボタンを押してください。Qucsは、~/.qucsディレクトリにプロジェクトのディレクトリ、この例だと“firstProject_prj”を作成します。この新しいプロジェクトに属するすべてのファイルは、このディレクトリの中に保存されます。新しいプロジェクトは、すぐに開かれ(ウィンドウのタイトルバーに表示されるように)、タブバーは"Content"(3)に切り替わり、現在開いているプロジェクトの内容が表示されます。あなたはまだなにもドキュメントをもってないので、ツールバーのsaveボタンを押して(あるいはメインメニュのFile->Saveを使って)まだワーキングエリア(6)を占めているuntitled documentをセ保存してください。新しいドキュメントの名前を聞かれます。"firstSchematic"と入力して、”Ok”ボタンを押してください。

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図1 Qucsのメインウィンドウ

さて、単純なDCシミュレーションを実行したい、すなわち図1に示す回路を解析しようと思います。図1の(4)の"Component"タブをアクティブにしてください。そこには、複合ボックスが表示され、部品.グループ名とその下に選択されたグループの部品を選ぶことができます。"lumped components"を選んで、最初のシンボルである"Resistor"をクリックしてください。マウスカーソルをワークエリア(6)に移動すると、抵抗シンボルの絵が一緒についてきます。右のマウスボタンを押すとシンボルは回転し、左マウスボタンを押すと回路図上にその部品を配置します。このプロセスを図1に示すすべての部品について繰り返してください。電圧源は、"sources"の部品クラスに、グランドシンボルは、"lumped components"クラスかまたはツールバーからとってくることができます。欲しい解析は、"simulations"の部品クラスの中に見つかる大きなシミュレーションブロックで定義できます。2つ目の抵抗のパラメータを編集するには、その上でダブルクリックします。ダイアログが開くので抵抗値を変更できます。右側の編集欄に"100 Ohm"と入力し、Enterを押してください。

部品を接続するには、ワイヤーのツールバーボタンを押します(またはメインメニュで、Insert->Wire)。カーソルを接続されてないポート(小さな赤丸が印される)の上に移動します。そのうえでクリックすると配線がスタートします。そこで最後の点まで移動し再度クリックします。こうして部品は結線されます。配線の配線の角の向きを変えたい時は、最後の点を決める前に右のマウスボタンをクリックしてください。配線を終えることは、未配線のポートや配線のうえでクリックするのでなくてもできます:左のマウスボタンをダブルクリックするだけです。

最後に忘れてはいけないことですが、Qucsに電圧を計算して欲しいノードにはラベルをつけなくてはなりません。ラベルのツールバーボタンを押します(またはメニュから、Insert->Wire Label)。そこで選んだ配線をクリックします。ダイアログが開くので、ノード名を入れることができます。"divide"とタイプして"Ok"ボタンをクリックしてください。回路は、図1のようになったはずです。

シミュレーションを開始するには、simulateのツールバーボタンを押します(またはメニュのSimulation->Simulate)。ウィンドウが開き、進行状況が表示されます。シミュレーションが成功した後、データディスプレイが開きます。通常、これはすべて非常に高速に起きるので、あなたには短時間のちらつきにしか見えません。ここで、あなたはシミュレーション結果を見るために図表を配置しなくてはなりません。左側で、"diagrams"部品のクラスはすでに自動的にオープンされています。"Tabular"という項目を押して、ワークエリアに移動し、左のマウスボタンをクリックしてそれを配置します。ダイアログが開いて、新しい図表に何を表示するかを選択できます。左側の領域に、あなたが定義したノード名"divide"がありますね。その上でダブルクリックするとそれが、右側の領域に送られます。"Ok"ボタンをクリックして、ダイアログを仕舞ってください。すると、シミュレーション結果である0.6666667ボルトが表示されます。すばらしい、うまくいったと自分を褒めてください。

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