アナログスイッチ - みる会図書館


検索対象: 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~
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1. 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~

15 第 4 章跳ねる回路を製作しよう 回路構成は決まったので、この章では回路の組み立て、実験までを行っていこうと思い ます。 4.1 仕様のおさらいと追加 5 ページで述べた仕様を、一部抜粋しておさらいします。 ・オペアンプの電源電圧は土 5 [ V ] で使用します。 ・テニスコートを横から見た、ボールの様子を映し出します。 本質的には、ボールのシミュレートはアナログコンピュータ、シーケンスの部分は ータ ( もちろんディスクリート部品 ) のみで構成しますが、あま ティジタノレコンピュ りにも細かい判定をさせないといけない場合はマイコンで判定させるといった方法 を取っていこうと思います ( ごめんなさい w ) 。 今回からロジック回路が追加されるため、仕様も以下のことを追加します ( というか忘 れてました w ) 。 ・ロジック回路の電源電圧は十 5 [ V ] で使用します。 ー十 5 [ V ] を ' 1 ' 、 O[V] (GND) を ' 0 ' という論理にします ( 正論理 ) 。 4.2 回路を設計する 4.2.1 積分器のロジック 前作で初期値も入れられる積分器を製作しました ( 図 4.1 ) 。この回路は SWI ~ SW3 の 3 つのアナログスイッチを切り替えることで、出力保持、積分演算、初期値設定 ( 追従モー ド ) 、リセットの 4 つの機能を切り替えられました。しかしながら、 3 つのアナログスイツ チを制御するのですから、 8 通りの組み合わせが存在する上、万が一、マイコンで制御する ことも考えても、 3 つのアナログスイッチを 2 入力のディジタル入力で制御できたほうが 使い勝手が良さそうです。 今回は、表 4.1 の真理値表になるようなロジック回路を製作します。 そこで、 2 入力のディジタル信号を 3 出力に変換するロジック回路 ( デコーダ ) を組み ます。

2. 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~

第 4 章跳ねる回路を製作しよう ↓ SW2 16 R2 Vin RI Vout 十 ↑ SWI VO R3 O 0 Vout Vin VO (a) 図記号 (b) 内部回路 図 4.1 初期値も入れられる積分器 表 4.1 製作するデコーダ回路の真理値表 状態 アナログスイッチ XI XO SWI SW2 SW3 保持 演算 ( 積分動作 ) 初期設定 ( 追従モード ) リセット -0- -0 】 1 -1 真理値表からロジック回路に落としこむ まずは SWI の結果について見てみます。 {XI,XO} = { 0 , 1 } の時にだけ ' 1 ' になり、それ 以外は ' 0 ' になれば良いのですから、 XI ・ XO = SWI が成り立ちます。 SW2 は XI の入力がそのまま出力されています。したがって、 XI = SW2 が成り立ちます。 SW3 は {XI,XO} = { 1 , 0 } の時にだけ ' 1 ' になり、それ以外は ' 0 ' になれば良いのです から、 XI ・ XO = SW3

3. 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~

1 みようなんて事を題材に進めています。 このシリーズでは、アナログコンピュータ = アナログ回路だけでテニスゲームを作って 第 1 章イントロダクション - O) - ZZZ . 本当にできるのかなあ ( 。 1 ユ前々回のおさらい を確認するサークルテストからはじめ、ボールの放物運動までを回路でやってみました。 くためのアナログコンピュータについて述べてみました。簡単なところから、回路の精度 『サーブ編』では、「ガッツリ微分方程式を解いてみよう ! 」をテーマに、微分方程式を解 1.2 前回のおさらい 案外、キレイに描けていた事が正直本人もビックリ wo スコープにハートマークを描ける『ラブサーキット』を紹介しました。 をつなげれば方程式が解ける」ということを解説した上で、アナログ回路だけで、オシロ 「アナログ回路だって、計算できるんじゃ ! 」「数式の成り立ち通りに、個々の演算回路 な内容でした。 「アナログ回路のみでオシロスコープにハートマークを描いてみよう」を題材にさわり程度 『ラブサーキット編』では「アナログ回路だけでここまで作れんだぞ ! 」っていうことで : 山 on ・印 S502 図 1.1 アナログ回路だけでハートマークを描いてみた『ラブサーキット』

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第 1 章イントロダクション 2 横方向 x(t) 縦方向 y ( t ) 『サープ編』では放物運動シミュレート 図 1.2 1.3 前回、前々回を踏まえた上で さて、『サープ編』にて微分方程式をアナログコンピュータでの解く方法を解説しました ので、本書では、さらなる応用編について述べてみたいと思います。 それは、アナログコンピュータとディジタルコンピュータの融合 ! 。 って、ディジタル使ったらタイトル詐欺じゃん ! そう思ってる方、いらっしゃいますよね ? 。 まあ細かいことは気にしない気にしない ( ヾノ・の・ ) って言っても、メインになるのはアナログコンピュータで、ディジタル要素はあくまで 補助として使います。 微分方程式が解くのが得意なアナログコンピュータ、条件判断や反復制御、複雑なシーケ ンスが得意なディジタルコンヒ。ュータを融合させた、ハイプリッド・アナログコンビュー タというのを今回の題材にしていきます。 ハイプリッド・アナログコンピュータの構成を図 1.3 に示します。ディジタルコンピュー タを使うことで、直接 D / A コンバータなどを使用してアナログ電圧を与えることもできま すし、アナログコンピュータの出力側にコンパレータで電圧を比較してディジタル信号と して送ることや、 A/D コンバータで直接電圧値を読み取ることもできます。また、アナロ グコンピュータからの情報を素に、ディジタルコンピュータからアナログコンピュータを 制御することもでき、さらに幅の広い演算ができるようになります。 おし、 0

5. 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~

前々回を踏まえた上で 行回、 1.3 従来通り、アナログコンビュータに 直接パラメータを与える アナログ電圧 D / A コンノヾータ 3 微分方程式を解くのがメイン アナログコンピュータ アナログコンビュータから 直接パラメータを受け取る コン / ヾレータ D コン / ヾータ など ディジタルコンビュータから 制御信号 直接パラメータを与える ディジタルコンピュータ 複雑なシーケンス、条件判断、反復制御 などがメイン ハイプリッド・アナログコンピュータ 図 1.3 そうはいいつつ、昨今ではディジタルコンピュータの速度も演算能力も上がってきたた め、今となってはアナログコンヒ。ュータがなくても問題ないようになってしまったのも事 実です・ ですがあえてアナログコンピュータをテーマにして書いているのですから、 こで引き 下がるわけにはいきません ! ( 誰と戦ってるんだよ w ) 。 今回も、実験ありき、理論ありきで語っていきますので、 よろしくお願いいたします。 イ盟

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23 参考文献 [ 1 ] 松本忠 , 初等アナログ計算機読本 , 1966 年 , 株式会社オーム社 , 144P 囘黒川一夫 , 現代講座アナログ・ハイプリッド計算機 , 1969 年 , 株式会社オーム社 , 362P [ 3 ] 馬場清太郎 , トランジスタ技術 SPECIAL OP アンプによる実用回路設計 , 2005 年 , CQ 出版社 , 319P

7. 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~

技術部なら分かる アナログコンピュータ 3 レシープ編 初版 2015 年 AKIBAJIN

8. 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~

ボールの放物運動をシミュレートしてみた 2.3 7 d2 ( の dt2 dt2 0 COS 0 0 sin 0 0 図 2.2 ボールを打って飛ぶ様子 ポールの放物運動をシミュレートしてみた 2.3 『サープ編』では、ボールの放物運動をアナログコンピュータでシミュレートしてみま まずはそのおさらい。 2.3.1 回路の組み立て まずはボールの運動方程式を立てます。式 ( 2.1 ) , 式 ( 2.2 ) に運動方程式を示します。 d2 ェの dt2 d2 ) dt2 ただし、初期値は式 ( 2.3 ) , 式 ( 2.4 ) の通りです。 dx(t) = cos 0[m/s] dt dy(t) = sin 0[m/s] ( 2 ・ 4 ) この運動方程式をアナログコンピュータに解かせるため、スケーリングを行います。変換 後の変数をそれぞれ、ェの→ X(t),y(t) → Y(t) とし、スケーリングファクタ。とします。 ( 2.1 ) ( 2 ・ 2 ) ( 2 ・ 3 )

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21 第 5 章おわりに 今回は跳ねるボールというのを題材に、アナログ回路とディジタル回路混在のハイプリッ ド・アナログコンヒ。ュータを解説していきました。 ずっと跳ねつばなしのボールというのも、なんかシュール過ぎではありますが w 、跳ね る動作というのを模擬できてのではないかと思われます。 このアナログコンヒ。ュータシリーズの題材とした素のゲーム『 TennisforTwo 』ですが、 発表された 1958 年の翌年の 1959 年には「月面でテニスをした場合を模擬、すなわち重力 加速度を 6 分の 1 にして演算させたらどうなるか」なんてことをしながら解説していたと 言われています。そういう意味合いでは、似たり寄ったりなことをしているのかなあとか . じ、ったり もうーっ Wikipedia を読んでいて驚いたのが、本家『 Tennis for Two 』は 3 週間ほどで 製作してしまったということです。まあ元々アタマの良い人が作ったものでもありますし、 ミサイルの弾道計算等に使用していた本物のアナログコンヒ。ュータがあったことを考える と単純に比較はできませんが、私は随分のんびりやってるなあと思います w ( 何よりゼロ から作ってますからという言い訳で w ) 。 今回跳ねるボールをシミュレーションできたことで、アナログコンピュータ部分はほぼ できたと言ってよいでしよう。次の課題の打ち返すという動作は、主にェ方向がメインに なる演算ですが、理屈からすれば、方向を変えるだけいけそうです。 あとはシーケンスをしつかり練りなおした上で、ロジック回路を組みたいところです。 次回はもしかしたらディジタル回路がメインになっていくかも ? 。 それではまた次回もお付き合いのほど、よろしくお願いいたします。

10. 技術部なら分かるアナログコンピュータ 3 ~ レシーブ編 ~

6 あります。 第 2 章テニスゲームを作ろう ! ( 1 ) サーブを打ち込む 0 ( 3 ) ポールを打ち返す ( おさらい ) 図 2.1 ( 4 ) コート外 ( 画面外 ) の判定 ( 2 ) 地面に着いたら跳ねる テニスゲームを作るには ? ( 4 ) コート外 ( 画面外 ) に飛び出した場合、 ( 1 ) の状態に戻る。この時のサープ権の移行も 行っ。 この一連の動作を、アナログコンピュータだけでやってしま います ! ! ー 0 っというと、なんか夢みたいな話ですね w 。