Circuit makerでテスラコイルの図を作るには

質問

こんにちは、
共振回路に興味がありますので、ＨＰでいろいろと探していましたら、Pspiceを使用した「テスラコイル」というのを見つけました。（下記ＨＰの図２０）
http://www.geocities.jp/sato032/nifty/18th/18th.htm

早速、Circuit makerで書き換えてみようと思ったのですが、下記がわかりません。ご教示頂きましたら幸いです。

１． 抵抗で、1000ＭＥＧとありますが、1000×10＾６のことでしょうね？
　（間違いないと思いますが、念のためです。）
２． コンデンサーに、20ｐとあるのですが、20ｐFと同じですね？
３． Sbreak-Xに相当する記号は何でしょうか？
４． Ｖ１，Ｖ２電源の違いは何でしょうか？（図が違います）
５． Ｖ１，Ｖ２電源の周波数、電圧値等はどのような値を入力すれば良いでしょうか？
６．Circuit makerでも、テスラコイルの図はできるのでしょうか？

以上、何卒よろしくお願いいたします。

回答No.26

veryyoung · ベストアンサー

ANo.25補足欄でご要望の、導線の限界、電圧電流解析手法の破綻、量子化に関して書いてみました。

二本の導線間にエネルギを拘束して運ぶ伝送モードでは、導体間電圧と導体往復電流が定義出来て、重宝な解析道具になります。しかしこのモードが正しく機能する為には、二本の導体間隔が交流周波数の波長より十分短い必要があります。

したがって、あなたが想定されている(であろう)高い周波数の電界に試料を曝す行為は、電磁波の照射に他ならないと思います。１ＴHzにもなれば、二本の導体で「電圧印加」できるような領域では無くなります。　さらに10^(22)Hzの波長は、原子サイズよりずっと短いようです。　なお、X線γ線が金属導体を貫通するのは、自由電子が周波数に追従移動できずに、電磁シールドの効果を失っているからで、そんな意味でも電線は使えません。

光にまつわる話で、照射総電力を変えても、光量子のエネルギは変化せず、到達頻度が変わるだけなのはご存知でしょう。　10^(22)Hzの場合、一粒40MeV。　見方によっては僅かに 6.6×10＾(-12) [J]　にすぎませんが、一個の原子核を対象に作用してくれます。　等価的な古典電界を求める一般手段は不明ですが、一案として光子をその波長 3×10＾(-14) [m] を半径とする球とし、その中に6.6×10＾(-12) [J]　のエネルギが閉じ込められていると考えてみましょう。エネルギ密度 は、5.8×10＾(28) [J/m^3]、そうして電界のエネルギの式(εE^2)/2 [J/m^3]から相当する電界を計算すると、10＾(20) [V/m] になります。寸法は相互作用の相手に合わせるべきという意見もありましょう。　直径 10＾(-15) [m]を採用するならば、電界は、5×10＾(22) [V/m]　と計算されます。　素電荷量を乗じた値（力）は核力（強い力）オーダのように見えます。　電界という概念が上手く振舞えるかどうか分かりませんが、それが周波数だけで決定される事を示してみました。　あなたの電界指標との比較にも役立つかもしれません。　ちなみに「徐々に励振」ですが「量子化」を含めて考える必要があるように思いました。

ところで、ここでの議論は「Circuit makerでテスラコイルの図を作るには」に限定した方がよろしいかと思われます。内容が、かなり外れて来ているようです。

お礼

いつもお世話になっております。
＞ANo.25補足欄でご要望の、導線の限界、電圧電流解析手法の破綻、量子化に関して書いてみました。
ご回答ありがとう御座います。
＞光にまつわる話で、照射総電力を変えても、光量子のエネルギは変化せず、到達頻度が変わるだけなのはご存知でしょう。（中略）　あなたの電界指標との比較にも役立つかもしれません。　ちなみに「徐々に励振」ですが「量子化」を含めて考える必要があるように思いました。
光電効果、光核分裂の結果からも、同じことが言えますね。光核分裂からは、周波数が高ければ、より核分裂するのもではなく、核に適合した周波数すなわち核分裂断面積の大きい周波数が、核分裂を効率的に起こすのに必要であることも言えます。

＞ところで、ここでの議論は「Circuit makerでテスラコイルの図を作るには」に限定した方がよろしいかと思われます。内容が、かなり外れて来ているようです。
その通りでございます。テスラコイルを使用しても、出力できないかなりむちゃくちゃな条件をつけてしまい、混乱を招いてしました。
「Circuit makerでテスラコイルの図を作るには」は、お二人にご丁寧にご教示頂き、その課題を十分達成できたと思います。更に、テスラコイルの原理、マグニファイア方式のノッチについて、ご教示頂き、電気回路の面白さを味わうことができました。本当に有難う御座いました。少し時間を置いて、また別の回路について、ご質問させて頂きますので、その節はよろしくご指導願います。

回答No.5

inara1

図２８の回路は「デジタルモード」になっています。
ツールバーの Vevices の下にある「NAND記号」をクリックして「トランジスタ記号」に直すと「アナログモード」になります。過渡解析条件を回答3のように変えてください。

補足

お世話になります。
＞図２８の回路は「デジタルモード」になっています。
そのような切り替えがあるのですね。全く解りませんでした。「アナログモード」にしました。すると、解析できました、有難うございます。あまり綺麗ではない波形です。しばらくいろいろと試してみます。
追伸
ＰＣの調子が悪くなる前兆（接続するのに時間がかかります）が現れてきました。ひよっとしましたら、また長時間接続できなくなるかもしれません。

回答No.4

inara1

OrCAD PSpice Ver.9.1 がPCに入ってました（使ったことありません）。

回答No.3

inara1

＞シミュレートできません
V1 をDC電源にして、過渡解析の Stop Time を 60us、Step Time と Max.Step を 10ns としてください。こちらでもやってみましたが、トランスの２次側の電圧は、V2 のパルス幅でかなり変わります。V1 が60Hzだと変化がゆっくりなので、Stop Time を大きくしないと全体が見えませんが、そうすると計算時間がかかってしまうので、V1 はDC電圧としたほうがいいです。

＞inara1様は、PSpiceもご使用になるのでしょうか？
持ってません。LT-Spice とTINA-TI は使えます。

回答No.2

inara1

回路の説明は anachro○さんがされると思いますが、トランスについてちょっと補足します。

トランスの記号を左右反転させたり回転させたりすると、どちらが１次側か２次側か分からなくなると思いますが、以下の手順で端子番号を表示させることができます（この番号はエラーメッセージに出てくるのノード番号とは別です）。
　　トランスをクリック（赤色になる） → Options → Device Display Data → Show Pin Numbers をチェック → OK
表示された 1 と 2 が,、Wクリックして出た Spice Data の１行目の %1 %2 に相当します（この端子間のインダクタンスがその次の数値）。LPというのはPrimary（１次）のL(インダクタンス）という意味です。２行目が端子3 と 4 です（LSはSecondaryの意味）。

Spice Data の３行目は説明しませんでしたが 0.999 という数値は結合係数です。質問のＨＰの図２０の右上に書かれている Coupling = 0.999 が結合係数ですが、Circuit Maker のデフォルト値と同じだったので説明しませんでした。

私はトランスについては詳しくないのですが、実際のトランスの等価回路はこのような単純なものでなく、ここ（http://ayumi.cava.jp/audio/pow/node4.html）にあるようにさまざまな寄生素子からなります。トランスの動作や特性については以下が参考になるかと思います。

トランスの等価回路とSPICEデータ　http://ayumi.cava.jp/audio/pow/node1.html

回答No.1

inara1

テスラコイルについては知識がないのでCircuitMakerの部分だけ説明します。

＞１． 抵抗で、1000ＭＥＧとありますが、1000×10＾６のことでしょうね？
10^9Ωのことです。0が並ぶのが嫌なら値のところに 1G と書いてもいいです。

＞２． コンデンサーに、20ｐとあるのですが、20ｐFと同じですね？
はいそうです。

＞３． Sbreak-Xに相当する記号は何でしょうか？
これは電圧制御スイッチです。
Devices → Broese → Switches → Controlled → V->Switch → SW → Place で回路図に置くことができます。記号をWクリックして Edit をクリックするとスイッチ特性を変更できます。デフォルトではVT（OFF→ON電圧）が0V、RON（スイッチのON抵抗）が１Ω、ROFF（OFF抵抗）が1TΩ(10^12Ω）になっているので、VT=1、RON=1m などに変更する必要があると思います。ただし、パラメータを変更する前に、部品の名前（Name）を SW1 などに変えておかないと、デフォルトのスイッチがその特性になってしまいます。名前を変えて OK とした後、SW1 という新しいスイッチができているのでそれを選択して Select をクリックすれば、回路図のスイッチが SW1 の特性になります。既存の素子のパラメータを変えて新しい名前にすることで、新しい部品として追加できます（スイッチだけでなくトランジスタでもこのようなことができます）。

＞４． Ｖ１，Ｖ２電源の違いは何でしょうか？（図が違います）
正弦波信号源と矩形波信号源の違いです。CircuitMakerでも、信号源をWクリックして Wave → Pulse → OK とすると記号が変わります。

＞５． Ｖ１，Ｖ２電源の周波数、電圧値等はどのような値を入力すれば良いでしょうか？
V1 は図19の２次電圧信号の代わりのようなので、 Peak Ampliture = 15000V、Frequency = 50Hz または 60Hz の sin信号でいいと思います（HPではV2と書かれていますがV1の間違いだと思います）。スイッチS1は本来、14kVでスパーク（短絡）する部分をスイッチで代用しているものですが、それをV2の矩形波で駆動しています。V2の周波数は分かりません。

＞６．Circuit makerでも、テスラコイルの図はできるのでしょうか？
L3 と L5 は単なるコイルではなく、電磁結合したトランスです。トランスは以下の手順で出せます。
(1)　Devices → Broese → Transformers → Couled Inductors → Transformer → Place で回路図に置く
(2)　記号をWクリックして Spice Data の１行目の 1mh を 15.2uh に、２行目の 1mh を 13.8mh に変更して OK

0.001Ωの抵抗は電流を測定するために入れているようですが、CircuitMakerでは素子電流を直接測定できるので、不要だと思います。

お礼

すいません。図２８に旧ファイルを入れてました。新ファイルと差し替えしました。

補足

いつもお世話になっております。
＞テスラコイルについては知識がないのでCircuitMakerの部分だけ説明します。
毎度毎度、ご丁寧な回答有難うございます。
回路の中身の詳細はまだ理解しておりませんが、取り敢えず回路図を書いて変数等を触りながら理解したいと思っております。ということで書いてみましたが、シミュレートできません。どこが悪いのでしょうか？

ご指導頂きましたら幸いです。

追伸
Circuit Makerが駄目なら、PSpiceで試すつもりでございます。inara1様は、PSpiceもご使用になるのでしょうか？