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"new3の部屋"の補完ブログ。 興味有るものを右の”分類”から選んでね:お勧めは 工学系(電子、頭の体操)。 お笑系(落語、テレビ、頭の体操、もろもろ、AV)。 ローカルネタ(赤穂、食、気候、千種・観光)。 乗物(自転車、運動、交通)。修正履歴はホームページの更新履歴(管理人覚書)。 何か連絡あるなら、 >分類>雑記帳(4)>とりあえず何か言いたい場合ここにコメントしてok をクリックして、この記事の開いた中のコメント欄へどうぞ。 非公開機能停止、チャット機能運用するとパンクしそうなので停止。

マイコンのIOピンの取扱い注意(知恵袋)

質問主さんには、気に入られなかったみたいだけど、電子工学入門者向けに、IOピンの雑談を記す。ほかの方の解説等は、上記引用先参照。
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CMOS回路の重要な特徴の一つは、低消費電力だったりします。その理由は、ICの端子の信号ラインに対して繋がったPchトランジスタ群とNchトランジスタ群がいて、間違っても同時にオンしないという原則が守られる(守る)からです。
つまり、電源からPch経由で信号ラインにつながって、Nch経由でGNDにつながる原理上のパスはあるのだけれど、どっちか一方しか導通しないという原則です。
ここまで、出力ラインの話ですが、入力信号は、MOSのゲートにつながるのが基本ですけど、MOSのゲートは、基本コンデンサ扱いでやはり直流電流を流すパスはありません(論理回路として駆動するという建前上はね)。

マイコンのように、入出力切り替える機能のある端子は、入出力の両方の回路がその端子のラインにつながっています。入力回路は原則殺せません(昔々バスのオープン状態検出回路面倒なので、入力回路使わない時に、Hizが悪影響しない回路を無理やり作りました:CADツールが文句をいうのは無視:試作品なので強行)。出力端子設定の場合は、入力回路からの信号を利用しないだけです(逆に言うと自分の出力したデータを読むことがハードとしては可能です)。
入力回路として使う設定の時には、出力回路の、Pch群と、Nch群の両方をオフにすることで、外部からみて、出力されない状態(出力ハイインピーダンスなので単純入力とみなすことができる)となります。

で出力設定の時の問題点
出力回路の場合、Pch群か、Nch群のどちらかが、オンになることで、出力H/Lの電圧を取り出しています。金属ワイヤほどではありませんが、せいぜい数Ωオーダであろう出力トランジスタが生きている時に、だれかが、電源電圧を印加したら、Lレベル出力時にGNDつなぐとか、Hレベル出力時にVDDにつなぐ場合はまあ、ほめはしませんが、破たんはありません。
が、H出力時に0Vにショートするとか、L出力時にVdd電圧にショートすると、低インピーダンスの回路:トランジスタに大電流を流すことになり、問題を起こします。
もし、電源ではなく、他の出力回路だったらどうでしょうか? 同じ程度の抵抗を、電源ーGND間に直列につなげたことになりますね?(二つのIC?を、一体として考えると)大電流を流すという問題と、もう一つ重大な問題が発生します。
双方向端子は、常に入力回路が存在して、利用しないから出力ピンと呼んでいるだけだと前に説明いたしました。つまり、問題は、入力回路にたいして、同等抵抗値の直列抵抗の真ん中あたりの電圧を印加することになります。

では、最初の、CMOSが、低消費電力なのは、Pch群、Nch群が同時にオンしないという原則を述べましたが、これは、駆動する回路は、やはり論理回路出力で、Hレベルか、Lレベルしかないという原則が守られるなら、PNどちらか一方しかオンできない回路になっているという現象を説明しているのにすぎず、Vddの半分くらいの電圧を印加すれば、どっちも、超低インピーダンスではないものの、同時オンの状態が出来てしまいます。
このときも、短時間なら、問題ないのですが、常時この状態であれば、電流を流し続ける問題が発生してしまいます。さらに、入力回路初段が、中途半端な電圧を出すならば、その次のトランジスタ群も、中途半端な電圧を印加することになるので、これまた、PN同時オンの状態が発生しこれが、つぎつぎと伝搬して、チップ全体では、大電流を流すことになるわけです。
使わないピンを、出力にせよという命題は、出力で、HかLが(どっちかはっきりしない場合でも)決まっていれば、同じピンにつながった入力回路も安定状態に保てるという利点があるわけです。

入力端子の電圧が、VddとGNDの間の電位なら安全だという認識は間違い。まあ、初段のトランジスタだけなら、即座に壊れたりはしないけど、今の説明の中間電圧が、つぎつぎ伝搬して、じゅづつながりのトランジスタ群すべて道連れに自殺する可能性はあります(ばらつきあるから、即座に100%壊れるわけではないけどネ)。
(現実問題は、破たんしにくいように、シュミット回路にするとか、工夫はしますが、論理回路は、HL論理電圧駆動以外は、原則ダメだと覚えておきましょう)。
(まあ、アナログ入出力端子は、それなりの対応なるので、神経質にならなくてもよろしいですけど、アナログ回路に電源いれるのうっとおしい気はする)。

次点として、プルアップとか、プルダウン抵抗を付けるというのも、解決策ではありますが、その時不要なピンだったとしても使いたくなった場合に、この抵抗を駆動するのに、余計な電流を流すという不利益がありますし、CMOSは、コンデンサを、出力トランジスタ(抵抗Rで)駆動するということは、RCローパスフィルタの充放電することなので、高速スイッチングしにくいという問題もあるわけです。
出力衝突で壊れないように、直列抵抗数kΩいれれば(流れてもmA電流なら想定内)、まんがいちの破壊は避けられるけど、RC時定数はどんどん大きくなって、情報伝達いくら遅くなるんやという不満が起きる。
CMOSはHL駆動が原則なのに、RC時定数が大きいということは、入力回路の入力電圧が、不安定な中間電圧である時間長くなるので、これは避けなければならない。

だから結論は、使わない端子は出力にしろ(余計なプルアップや直列抵抗の欠点はさける:後で使いたくなった時にうっとおしいから)、出力設定により、入力回路のHLを確定して、間違っても、ハイインピーダンス状態をつづけて、入力回路の電圧不定状態が続くのはさける(HL確定して、挙動不審な状態にするな!ということです)。

で、システムを設計するうえで、出力回路を衝突させるような、浅はかな知識での利用はダメ、管理できないなら、使うのは考え直せ(全ピンプルアップで、他の流用あきらめるなら可)。
かな?

ちなみに、リセット時に入力回路設定になるのは、リセット時出力になっていると、マイコンソフトが、設定終了するまで、出力ショート状態が発生するのを避けるためで、ラズパイ君だと、基本プルアップ抵抗オンにした入力モードになるようですが、これなら安心ではあるけど。

文章がわからんと、常に人に言われるので、読んでもわからんだろうねぇ。読み流しても怒らんから、気が向いたら読んでね。
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インターリーブ(エラー訂正の意義;知恵袋)

なんだかわからんけど、半年前の投稿が今頃削除された。記憶定かでないけど、エラー訂正で、インターリーブが必要な訳を問われた問題だったはず。
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有線なら、PLLがはずれていた最初が受信失敗しておかしいとか、なにかのはずみで1ビットだめだったとか、ランダムに、ごく少量エラーしか起きない(でないとわざわざ有線通信しない)。

でも、例えば無線だと、雷なったら一瞬(とはいえ通信レートでいえばかなり長い時間)受信系すっとぶし、インタフェース回路(例えばHDDで、回転したディスクとそこからデータ読みだす磁気ヘッドの間)に、ゴミが紛れたとしたら、これもまたある時間データがつぶれちゃいます。
データ通信にエラー訂正符号を追加する場合に、どの程度エラー修復(およびエラー検出)するかという通信方式設計時に、どこまで連続してデータ壊れる(前の人のいうバースト)エラーが起きるか考えると、とんでもない訂正能力必要になるかもしれません(素直に、何回も反復送信する方が楽かも)。
ここで、ある時間連続してだめだとしても、時間軸でばらばらに、混ぜて送っていれば、もとの順番に並べなおせば、連続ではなく単発少数エラーが、長い時間かけて頻発することになるよね?(だからそこそこ程度の訂正能力でも、時間軸で大量の連続エラーを訂正できるよね)と考えたのがインターリーブ。不良は、群れていると正しいデータなんて渡さんと大きな態度とるのですけど、一人ひとり切り離して攻めると、あっさり個別に落ちるんです
ランダムエラーは許すとしても、訂正能力超えるような長時間連続エラー(バーストエラー)が発生する可能性がある場合、繰り返し転送しなおす代わりに、並べ替えてでも訂正処理をしたい用途で有効です。 例えばCDでは、音を出しながら、リトライして読みだすのを許すんならいらんかもしれないけど、音が途切れるのは困るから、インターリーブしてなんとか音が出せる品位くらいには訂正しようと頑張っています(CDROMになるとごまかせないからもっと頑張る方法を追加している)。

半導体ってどういう点で集目される(知恵袋)

知恵袋で、タイトルのような質問がでた。質問主さんには好かれんかったけど、ワイのもいい回答だったと思わん?
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微妙で、どっちつかずというのが、実は利点なんやで。
どっちつかずというのが、外部条件で変えられるので、スイッチにつかえたり、光の有無を検出することができたり。 大きな電源を、外部の信号で、制御すると、小さな制御信号で、大電力を、制御するいわえる増幅機能に使えたり。
いちずで、一方方向しか相手しない機能が、ラジオの検波というラジオ周波数の電波から、音を取り出す仕事に使われたり。 発電機は、モータの逆利用みたいですけど、無理やり回すと、交流電力が発生するというフレミングさんの知恵を利用するものだったりするんですが、大概の家電等は、なんだかんだで、直流が使いたいので、交流から直流を作り出すのに整流という名前でこの一方方向機能をつかったりします。
電機を一定にという変わらない事前提じゃなく、外部の刺激によって、流れる電流や、電圧を可変できるという重要な働きを持つものなんです。 いっけんちゃらんぽらんと思うかもしれんけど、手綱を握る人が有能だと、秘めたる能力を発揮する実力者なんやで。

遠心力ってなあに?(知恵袋)

知恵袋に、遠心力とは何ぞいや?という質問があがって、まともな回答した人もおおかったきがするが、質問主さんが削除してしまった。ワイの答えは真理をついていると思わん? まあ、試験でこう書くと怒られるやろうけど。
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まっすぐ進みたい物が、慣性と一般に言われる素直な運動しているのに、回転運動したいと思う人が、思う通りに回ってくれない、頑固な奴だと言い張っているだけではないのかなぁ?

ラプラス変換のすすめ:電子工学を目指す君へ

(2018.12.07)の元スレの末尾に悲しいお話追記
たまにはちょっと有意義なお話。これもホームページより引用
。ちょっとだけ自慢編
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数学の授業のラプラス変換は最初存在意義よくわからんかった。同時期に学んだのフーリエ変換は時間軸と周波数軸の相互関係が非常に面白かったけど。
その認識が一変したのが電子回路の過渡現象(抵抗やコンデンサ・コイルの回路に電圧駆けるとどうなるか?時間変化を詳細に解析)。
過渡解析は微積分方程式を解く正攻法で最初は習うんだけど、単元が変わるとラプラス変換による解法が説明される。
乱暴な言い方をすれば、時間積分が1/s倍 時間微分がS倍という魔法のような置き換えたをしたS領域に演算子法とも呼ばれる変換して(そこでは、中高生でもできる)代数変形し答えを求め、これを機械的に逆ラプラス変換することで、時間軸の解が求まります。
授業でこの応用に衝撃。 微積分の式を解くとき、初期条件がどうのこうの、読んでも解るような解らないようなむずむず感が高かったし、解法がわかっている形の変数分離系に直すとかノウハウ勉強面倒。(電子工学のテキストの説明を意地悪く読むと、最終結果論がこうなるのが正しいので初期条件はこのようにするというごまかしがあるようで、気持ち悪い)。

このS領域というできる子との出会いの時の衝撃から、回路解析演習の授業で、過渡解析の単元でも、ひねくれものはその教科ではまだ出てこないラプラス変換を利用してた。ある問題でテキストの微分方程式による解法の結果が、自分でラプラス変換で解いたものと違う。 
正誤判定のために、対称定数を代入した場合対称回路は対称動作するはずなのに、この解答ではシンプルな単調減衰動作が出てこないので当番が板書中に、先生にクレーム。 
左右対称解が出てこないのは”物理的におかしい”という説明で納得してもらった。
 
まあ、微積分法のどこがおかしいという間違いの指摘ができなかったのが当時の自分の限界でした。
(今ならわかる。初期条件の定常電流の向きと、スイッチ切り替えた後の過渡解析中の電流の向きが一部異なるので、符号を変えて式をたてなければいけない。 
本屋の流通版直っているけど、符号を変える理由のとってつけたような説明直観的では無いなぁ。

実は受動素子(抵抗、コイル、コンデンサと電源だけ)の過渡解析という電子工学の基本が教科書読んでも納得できず、落ちこぼれるのではないか?という危機感があった
教科書の似た問題からわけもわからず引用するというのは、電子工学専攻を目指すものとして許しがたい。 
それが、ラプラス変換という道具を使うことで、迷いなく解くことができたので、すごく安堵したという背景がありました。 
必須科目でも数学の定理を証明するなんていうのは、自分の人生でありえない想定なので、教科書を覚えるというのでも、精神的な抵抗は少ないけど(でも暗記は拒否するので、成績よくない...)
さて、後日談。 教科書の誤り指摘されたので、先生は、全問題を、ラプラス変換で解いてレポート出させるという課題を、単位認定の試験の変わりに学生に科す。 なんとまあ、ほどなくして教科書の演習問題のラプラス変換利用版の書籍が、書店にならぶ。まあ手元においてラプラス変換の変換表および応用の手引書として愛用しています。
(2019.1.6)悲しいお話追記
ラプラス変換に興味があるという人がいたので、学生の必須単位取得のための血と汗と涙の結晶のこの本を紹介する。なんと絶版らしい( ;∀;) チラ見のアマゾンで5000円くらいの売値なので、学生相手にぼったくり価格やったんやなぁと思ったんだけど、実は絶版で入手難なので、中古本すら高騰しているらしい(状態の良い新古相当で3万円とは(*_*))。ラプラス変換を電子工学利用するのに良い本やったとおもうんや。他に推薦する本無いか手持ち探したけど、工業数学の授業用教科書(理論の証明とか)の本はあるけど、応用きくものは、手元にはなかった。
数年前ホームページ作るときに新版の確認するのに姫路の書店で見たので、購入して送るか、いらんといわれたらアマゾンに売るというのも期待してもう一度見に行ったらなかった(見たのはつぶれた本屋の方かな?)。手持ちの本は便利なので手放しません。悪しからず
>力になれずすまん、興味を持った人(いま)使うわけじゃないから貸すくらいなら考える。

販売されている抵抗やコンデンサにはE6系...


ヤフー知恵袋で、回答書いている間に、解決になってしまったので、書けなかったこと。
---------------質問--------------------
Q.販売されている抵抗やコンデンサにはE6系、E12系、E24系などがありますが、単位は何でしょうか。

  例1)E6系 コンデンサ 1.5
  例2)E12系 抵抗 1.8
  知っている方、よろしくお願いしますm(_ _)m

---------------ワイの回答------------------
A.たとえば、E6シリーズって、1~10の間を6ケに分割して、ラインナップを作っています。
10^(n/6)  (n=1..5)を電卓でたたいてみましょう。 もちろん他のシリーズも同様。
ただし、それに近い適当な有効数字になっています。誤差が大きいけど、有効数字それが気持ちいいという数字もところどころ混じっています。

単位は、暗黙の了解があるかな? セラミックコンデンサだと、pFが基本で、1.5と書いてあったら、1.5pFでしょう。10^(1/6)≒1.47を丸めて1.5pF。

抵抗だとΩやね。Mと書いてあったら、メガΩだけど。1.8と書いてあると1.8Ωやね。
10^(3/12)≒1.7→規格:1.8
-----------------補足解説---------------------
10^(1/n)になっている説明ほとんど見たことないので、しょっと紹介したかったんだけど。
ちなみに、ホームページにすでに関連頁あります。 そのページの参照示していたら、質問主さんに見てもらえたんだけどねぇ

----ちょっとぐち-------
ヤフーから(知恵袋関連)連絡メイルが入っているのは気が付いたけど、こっちの回答書いていたら、この質問間に合わず終了されてしまった。 さらに、メイルは、ベストアンサーに選ばれたと書いてあったんだけど、リスト見てもどれ褒められたのか見当たらない。 結論は、質問自体が、削除されてなかったことになっている..だったら、変な解決方法とらないで、単に質問終了でよくないか?(RSフリップフロップを改造してDフリップフロップを作りたいという質問で、提示回路案は、Dラッチになっているので、フリップフロップとラッチの違いの説明したあと、論理的には、負論理Dラッチと、正論理ラッチをつなげれば、Dフリップフロップ同等にはなるえど、理論としては正しいが、実ロジックとしては、クロック切り替わり目の誤動作対策とか、現実回路はいろいろ細工必要と、wiki記載回路をもとに説明したものでした。

指折り数える(リンク)

パズルカテゴリにいったん入れたけど、電子カテゴリに入れたい気がするので、リンクを張る。
小学校の頃よんだパズルで、指折り数えられるのはいくつか?答えは、2^10=1024
というネタ。そろり新左衛門の100帖敷きのお話とか、∞を、数字とおもったらあかんという話の続きなど等。



高校生にもわかるようにキルヒホッフの法則を説明(知恵袋)

閲覧者様一人に受けたんやけど、質問主さんとかには知らんぷりされた..赤字はここへの編集時の加筆部分。
論理的な解説するつもりならホームページに記載するけど、読み物なのでここに記す。
まあ、まっとうな話は、別の回答者さんの紹介したものでもよい。絵をかいて説明する気力はわかないなぁ
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手始めに、算数の問題やで。
会場入りくちに、開場前に200人並んでました。後毎分10人入場希望者が新たに並びます。
改札を1つ開いて、処理をすると、全員が入場して待ち時間0になるまで20分かかりました。
待たせると悪いので、翌日改札2つ開けることにしました。 開場後、何分で待ち行列を処理できますか?
この問題、夜更かしとか、何かの試験の後の、疲れたときでも、暗算で計算できるかな?高校生君には関係ないけど社会人になると二日酔いとかいろんな体調不良あるんやで

できる人は、キルヒホッフの法則なんて難しい名前覚えなくても、直感的に問題とけるんやで。でも、どんな身体状況でも、安定して問題解くためには、変数を適当に選んで、キルヒホップの法則に示される連立方程式を立てて、問題を解くんやで。逆にいうと連立方程式の立て方の分り易い手引き書というのが、キルヒホッフの法則なんやで。
そうすると、頭のさえてないときでも、いや、悪い表現すると馬鹿でも、難しい問題でも、安定して、解くことができるんや。

第一法則は、電流が増減しないという原則や。水道でも、流れ込むものは、同量流れ出すのがきまりや。そうしないと、水道管の圧力が上がって破裂するか、逆に空っぽになって外圧で押しつぶされるんやで。
借りたもんは、返すのが、常識なんや。エネルギー保存の法則ってしってるか?かってに増えたり減ったりしないのが、世の中の決まりなんや。

電流に変数を決めるのが最初なんやけど、一本の線路に一つの電流を割り当てるんや。その一本の線の中では増減せんから変数一つや。
分岐・合流の点では、勝手に名前方向決めた変数の電流が足して、0になるというものや。そこに流れるのと、流れ出すのを、それぞれ決めた流れる方向に合わせて+と-に勝手に決めればええんやで。方程式解いた結果、決めた方向と実電流の向き違ったら、解が負になって勘違いして式たてたのがわかるんやで。
変数決めるときに、同一線上は、同じ変数というのと、回路の全線路の電流に名前を付けることが重要なんやで。忘れた線路の電流があると、連立方程式の変数より式の数がたりなくなって、解けないことになるんや。この時、たとえばT字型の交点があったら、I1+I2+I3=0のような式を立てて、まとめて言ってもよいし、一本の電流を、I1=-(I2+I3)と考えて、式を一つ消して式をたてていってもよいんやで。I1を残すかI2やi3を残すべきなのか、自由に選んで問題ないんや。機械的に方程式を解いていくだけど、ちょっと手間がかかるか、暗算でぱっと閃いてとけるか、程度の問題なんやから、うじうじ考えるよりは、手を動かせばええんやで。

繰り返しいうけど、同一線路上は、同じ変数電流という決まりさえ守れば、各接続点への入力電流と出力電流(向きは先の説明通り、好きなように選んでええんやで)が等しいという式さえ作っていけばええんや。

あと、オームさんが、電流と抵抗値が決まれば、その両端の電圧計算できるの教えてくれてるやろ。電池も、抵抗も、(交流インピーダンスを覚えていたら、コンデンサやコイルも)、同様にその両端の電圧が定められていたり計算できるんや。もちろん先の変数電流使って電圧が変数のままで問題ないんやで。
勝手に決めた一回りの閉じた線路の、電池や、部品の両端の電圧(勝手に決めた電流の流れる向きで、どっちがプラスかマイナスかきちんと考えるんやで:方程式解いて電流がマイナスになってたら電圧のかかる方向が実際は逆やっと、誰でも後でわかるんや)。

念のため。電池みたいな能動的な部品は、プラス電極(プラス電位)から流れ出した電流が、外部をとおって、マイナス電極(マイナス電位)へ、還ってくるんやけど、抵抗君のような受動素子は、電流の流れ込むところがプラス電位で、電流の流れ出す方がマイナス電位なんやで。 
一巡電圧ゼロになる式をたてるときに、電流が流れて発生する抵抗部品のような受動的な(電圧降下)と、電池のような能動的な(起電力)を区別して、電圧の±きめんとあかんのやで。きいつけや。 

需要と供給がいっちしないと、市場(閉回路)は商品(電圧)あまってデフレになるかもしれんし、逆に商品足りないと価格暴騰インフレになるんや。そんな社会いややろ?
だから一回りの電圧は、変数電流という未知数があってもトータルゼロになる必要があるんや。
逆に言うと、インフレデフレ起こさない変数電流の値を求めるといのが、方程式を解くということなんやで。
これが第二法則の意味なんや。
貧乏で借金まみれも悲しいけど、強欲じじいとか陰口たたかれながら電圧ため込むのはあかんで。電圧ためこむとスタンガンで悪さしようと考えていると疑われたら困るやろ?貸し借りなしの健全生活を目指すんや。

さあ、最初の定義なんて、どこをどう選んでも、連立方程式を解く作業が勝手に、つじつま合わせてくれるんやから、一巡電圧が0になるというのと、同一ノードに電流は滞留しない(出る物と入るものは同じ)で、同一線路上の電流は同じという原則、すべての線路に、独立変数でも、変数の和でもいいから式さえたてられれば、後は、算数の知識が解を求めてくれるんや。

どこの電流を(独立)変数として、どこを従属変数として(複数の独立変数の和や差)で表すか、あるいは、どの電流をどっち方向と最初に決めるのか、センスが問われるのはここやけど、解を求めれば、後から計算できるから、最初はどっちでもいいから数をこなして、センスを磨くんや。

そうそう。解きっぱなしじゃ進歩せぇへんのやで。もし、電流変数が解いて負になったら、なんで、こっちの向きに電流ながれるんやろうと、まず考えてみるんや。なるほどとわかったら、次問題解くとき、どっちむき電流定義すると素直に解けるか、だんだんセンスが磨かれるんや。
また、方程式解く段階で、変形等面倒な式だと思ったら、今度は、他の電流定義を考えて、もう一度、解いてみるんやで。どっちの電流定義の方が、楽に解けるか、それも、センスを磨くことになるから、重要なんやで。

せやせや、電源の極性といえばついでに。アナログテスター知ってるやろか?回路計と呼ばれるものやけど、中身は基本的に電流計なんや。分流抵抗つけて、そっちに流れる電流と電流計に流れる電流を見かけ上足し算(メモリの数値書き換え)していろんな電流が測れるんや。
 電圧計モードは、既知の値の内部直列抵抗つないで、いくらその抵抗に電流流れるか測り、だから電流いくらは電圧いくらだったんだとメモリ数値また書き換えて電圧を求めるもんなんや。
 
本題は、抵抗計なんやけど、内蔵電池をつかって、プラスとマイナステスター棒の間にある電圧をかけて、その電圧でいくら電流流れるかから、R=V/I電流値の逆数のメモリに振りなおして、抵抗値を読み取るんやで。抵抗の時のめもりだけ等間隔じゃないのは、逆数にメモリをふったからなんやで。電流計が、赤のプラス端子から、黒のマイナス端子に抜ける電流をなかるのが、基本やから、一番素直な回路は、電池のプラス側を、テスターの黒いマイナス端子につなげて、この黒の電圧から、抵抗をつないで、赤いテスター棒に電流流して、抵抗値を算出するんや。取説ちゃんと読むんやで。

アナログ回路ってなぜ難しいのですか?

ヤフー知恵袋で評価してもらった回答(ひねくれ者は逆説で答える)
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逆の説明。なぜデジタルは簡単か?
デジタル回路は論理1/0しかあつかいません。どのプロセス回路かで違いますが、0/1のしいきの電圧を、例えば、2V以下および3V以上と定めれば、負荷が重くてとか、おそいとか、素子の出来が悪いとか全部含めて、2V以下にできれば1Vでも、0.5Vでも0と判断ok。逆に1の設計も電圧でもアバウトに動いて何とかなる。
さらに、大概同期回路(システム)になるので、素子の動作が、10nsecのものがいても、1nsのものがいても、例えば、どうきクロック100n単位でokというシステムなら、アバウトに細いとか長いとかつないでも、結果正しく動きます。 設計時には、どの回路をつかっても、全体動作が間に合うかというチェックがぎりぎり(安くという意味だったりする)設計だと、大変だったりしますけど。
デジタル回路は、上記のように、決まった電圧上か下か、決まった時間間隔に間に合うかどうかだけが必須事項なので、アバウトに設計できるという性質があります。
さらにいうと、プロセスが進んで、電源電圧が下がったとか、速度が速くなったとかというのは、素直に同等品に置き換えて動く(全体変えれば、システムの出入り口の電圧だけインタフェース考えればok--ただし進んだプロセスなら最適回路に直さんともったいないおばけが出る可能性はあるけど、安易に移行するのも可)。
このアバウトな考えですむのと、微妙な電圧とか時間を、基板の配線周りとかさまざまな配慮しなければいけないので、アナログはむずい。


追加:デジタルが簡単
0/1しか使わないので、コンピュータさんにも理解できる。こんな論理式になるもの欲しいといえば、コンピュータさんが簡単に作ってくれる。 コンピュータさんより賢い論理回路作れるか?というのが技術やさんの論理パズル的な楽しみだったりします。


さらに追加:
ディジタル回路もアナログだ!説もあるいみ正しく、電圧とか、遅延時間とか、場合によっては、過渡領域の波形のあばれとか、信号間干渉による危険な時間の波形のあばれとか、怪しいところが出てくると、そこだけアナログ的に注力するば、何とかなる可能性が高いのがデジタル。アナログさんは、まわりまわって悪さするとか、ノウハウしっかりないと、優れた設計者になれない。

人工衛星第五カモメ丸の周回軌道は、地球の周長よりどの程度長いか?

大前田留五郎博士が、第五カモメ丸という軌道が地上1mを飛ぶ人工衛星を発明した(桂枝雀のわんだーらんどより)。白色レグフォン号と名前どっちにするか迷っているらしい。
ところで、パズルです。この第五カモメ丸が地球一周する時の飛行距離:長さは、地球の外周に比べていくら長いでしょうか? 円周率は計算が楽なように3.14として、単位はm(以下切り捨て)。

答えは? 電卓たたいてもらうことにしても、さてどこから手を付けます?地球の円周長をwebで調べて、地球の直径を求めて、軌道の高さを足して、また周長を求めて、引き算しますか?

ヒントは、地球の大きさ関係なし。求めるのは、周長の差なので、電卓たたかないで方程式立てて、最終解の形をみると一目瞭然。実は円周率も3でも3.14でもこの場合結果同じ(軌道が4mだったら結果ちょっと違うけど)。地球の直径等豆知識を必要とするならクイズっぽいけど、円周率と、軌道の高さだけで、わかるので、パズルだと宣言したのです。
本で読んだ元のパズルは、縄を地球一周巻きつけた後、ここに1mの長さを足すと、地表からどれくらい浮きますか?という問題。予想は、mmですか、μmでしょうか?学生時代電子顕微鏡使わせてもらってましたが、その時に使う単位はオングストロームだったりしますが、そんな単位でもない。環境汚染で名前の売れてきたナノmの単位でもありません。大きな地球の円周(半径ですら6000km超えてたりします)に対して、たった1mがどれほど影響あるのか驚くと思います。 実はこっちのほうが結果に驚く問題かな?:ただクイズを思い出した以下の噺に対して逆なのでこの形式にしました。
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パズルを出した発端は、昔買ったLDプレーヤの名前(ページ下欄外)がわかったこと。その製品の売りは、長時間録画のLDでビデオやVHD並みの特殊プレイ:静止画とか、スロー再生等が簡単にできるということ。
何故同世代のビデオディスクVHD(パイオニア以外の大連合主導)では可能なこの機能が、このモデル以前のLDモデルで実現できないかというのは、LDの円盤の回転制御方式が、二通りあって、VHDとかレコードの回転制御と同じ一定回転数制御なら、信号を読み取るピックアップを、半径軸上で内側外側に必要な分動かすだけで後は、ディスクが回って、目標のデータの先頭を待てばいいだけなのですが、このCAV制御(角速度一定)は、円周長さが、内側と外側では、
円周長さ=直径*円周率
の関係なので、長さが異なるのがわかるでしょ? 逆に言うと、例えば同じ1秒分の記録している長さが外周と、内周で異なるわけです。
勘違いしたAV評論家さんがパソ通上で、一定回転速度なら、外周の方が高密度画像を記録できるから、テスト用の高解像度の画像は外周部に記録してディス作ろうと勘違い発言有。
物理的に記録が、外側は密度が低く(同じ一秒を長い距離に記録)、内側は密度高く(短い距離に同じ一秒分)記録しているので、ピックアップが拾う時間的な密度は同じになるというのが、正解。そもそもTV側が途中途中で解像度変えて途切れず滑らかに絵を出し続けられるわけがないという落ちです。

ところが、LDの特徴の長時間(両面で最大2時間:ビデオ並み)再生方式はそうはいかない。
LDのCLVというコンスタント線速度制御はCDも同様なのですが、ディスクの回転数を、外側内側で徐々に変えて、ディスク上物理的にぎっしり同じ密度で記録しているものを、回転数制御で常に同じレートで読みだす方式です(外は遅く回して、内は早く回して、データレートが等しくなるようにサーボ制御する)。 盤の回し方難しいですけど、無駄なく全面最高密度で記録するので片面1時間、両面2時間という映画記録にちょうどいい記録が出来たわけです。

つまり、連続再生でなく、ぽんとジャンプしてその時間の再生するときに、ピックアップの内外移動以外に、ディスクの回転数を目標とする部分に応じた適当な速度に制御しなければいけないので、大変なんです(通常安定回転するのが望ましいメカの回転速度を、瞬時に変えるのは大変)。目標の場所に来たかどうかは、ディスクを読んでみないと確認できないけど、読むためには再生データが希望のデータ速度になってなくてはいけない。しかも、安定しないと、画像がぐちゃぐちゃになる(データが足りないとか余るとか)という問題があったりするわけです。
この問題は、巨大なFIFOを用意することで、FIFOの入りくちデータレートがおかしくても、出口のビデオ出力のレートが一定にできるなら問題ない。FIFOの量が、変動時間帯に対して、余裕があれば問題なしという話になります。

みなさんが、手軽につかうAV機器は、先人たちがどうやって、困難な問題を解決するか?さまざまなアプローチをした結果、より良いものに、なって行っています。 技術屋さんの努力に報いるために、機械にもお金を出してあげてください。技術立国日本の成長は、みなさんが技術屋さんの努力に対価を認めるかどうかだったりするんですよ。

もっとも、無駄に高性能高品質なものを作るので、高くなって、海外製品に価格的にかなわなくなったという悲しい現実もあるんです。

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