仮想計測器と回路シミュレータを利用したアナログ電子回路教材の開発

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○研究目的:本研究では、学部3年生のアナログ電子回路の演習時間短縮と学生への教育効果を高めるため、第一に回路シミュレータ等を利用して、実際に学生がブレットボードに作成したアナログ回路への入力信号と出力信号を瞬時に解析・逆解析して結果を目に見える形にするための教材を開発することを目的とした。また、当初の目的の一つには、開発した教材を実際に演習で利用し、学生への教育効果を確認することが含まれていたが、授業日程が短いため断念し、代わりに、当該演習で最も時間を浪費することが大きい、学生が作製するモータドライブ回路の故障シミュレーションを試行し、回路の不具合を診断するプログラムの開発を第二の目的とした。○研究方法:1.日本ナショナルインスツルメント(NI)社製の回路シミュレータMultisimを利用して、演習で使用した電子回路(加算回路、反転増幅回路、モータ駆動回路等)及び仮想的な信号発生器と計測器を構成することで、入力信号と出力信号を瞬時に視覚化するシミュレータを構築した。2.本シミュレータ上のモータ駆動回路における構成部品を個々に故障(短絡と開放)シミュレートさせることにより、信号の変化から故障を診断するための電圧データを蓄積した。3.蓄積した電圧データを解析し、その結果から、日本NI社製のLabVIEW開発システム及びプラットホームELVISを利用して回路診断システムを構築した。4.学生が本演習で実際に作製したモータ駆動回路を、開発した回路診断システムでシミュレーションし、妥当性を検証した。○研究成果:学生の演習は授業時間3時間であるが、実際には大幅に終了時間を超過する。開発した回路シミュレータを利用した教材を利用することにより、独立した信号発生器と計測器を使用して反転増幅器の特性を確認する課題を大幅に時間短縮することができる。また、学生が半田付けで作製するモータドライブ回路における製作時の未熟な半田付け部分や使用部品の故障は目視では発見しがたいが、開発した回路診断システムを利用することにより、大まかな不具合部分が特定できるようになった。これにより、従来本演習で最も時間がかかったモータ駆動回路上の問題発生時の対応を短時間で処理可能とすることができる。平成21年度のアナログ電子回路演習の場で確認したい。なお、本成果は平成21年度琉球大学実験実習技術研究会に発表する予定である。