Моделирование электрических схем: Программы для черчения электрических схем — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Proteus

Мощнейшая система автоматизированного проектирования, позволяющая виртуально смоделировать работу огромного количества аналоговых и цифровых устройств.

Программный пакет Proteus VSM позволяет собрать схему любого электронного устройства и симулировать его работу, выявляя ошибки, допущенные на стадии проектирования и трассировки. Программа состоит из двух модулей. ISIS – редактор электронных схем с последующей имитацией их работы. ARES – редактор печатных плат, оснащенный автотрассировщиком Electra, встроенным редактором библиотек и автоматической системой размещения компонентов на плате. Кроме этого ARES может создать трехмерную модель печатной платы.

Proteus VSM включает в себя более 6000 электронных компонентов со всеми справочными данными, а также демонстрационные ознакомительные проекты. Программа имеет инструменты USBCONN и COMPIM, которые позволяют подключить виртуальное устройство к портам USB и COM компьютера. При подсоединении к этим портам любого внешнего прибора виртуальная схема будет работать с ним, как если бы она существовала в реальности. Proteus VSM поддерживает следующие компиляторы: CodeVisionAVR и WinAVR (AVR), ICC (AVR, ARM7, Motorola), HiTECH (8051, PIC Microchip) и Keil (8051, ARM). Существует возможность экспорта моделей электронных компонентов из программы PSpice.

Несмотря на то, что программа работает с устройствами, состоящими из нескольких микроконтроллеров и даже с чипами от разных производителей в одном устройстве, необходимо четко понимать, что симуляция повторяет работу реальной схемы не абсолютно точно! Чтобы избежать ошибок, нужно ясно представлять конечный результат.

Proteus VSM является коммерческим продуктом. Есть бесплатная демонстрационная версия. Она обладает всеми функциями и возможностями платного пакета, но не позволяет сохранить или распечатать результат работы, создать свой собственный микроконтроллер.

Меню программы англоязычное. Полного русификатора для Proteus VSM нет. Устанавливать программу необходимо в папку без кириллических символов в названии.

Операционные системы, в которых работает данная САПР – это Windows 2000 / XP / Vista / 7. Обратите внимание, что Proteus VSM работоспособен в Windows 7, только начиная с версии 7.8.

Распространение программы: Shareware (платная), цена — от £99

Официальный сайт Proteus: http://www.labcenter.com

Форматы файлов Proteus: DSN (проект), LYT (печатная плата), PDSPRJ (в 8-ой версии единый файл проекта)

Скачать Proteus

Цикл статей по работе в Proteus

Обсуждение программы на форуме

NI Multisim

Популярный программный пакет, позволяющий моделировать электронные схемы и разводить печатные платы.

Главная особенность NI Multisim – простой наглядный интерфейс, мощные средства графического анализа результатов моделирования, наличие виртуальных измерительных приборов, копирующих реальные аналоги. Библиотека элементов содержит более 2000 SPICE-моделей компонентов National Semiconductor, Analog Devices, Phillips, NXP и других производителей. Присутствуют электромеханические модели, импульсные источники питания, преобразователи мощности. Инструмент Convergence Assistant автоматически исправляет параметры SPICE, корректируя ошибки моделирования. NI Multisim выпускается в двух вариантах – Professional и Education.

Версия Multisim Education предназначена для учебных заведений и включает в себя обучающие курсы, подготовленные аппаратные решения и рабочие учебники. Основная задача – закрепить теоретический материал, наглядно продемонстрировав работу тех или иных законов и процессов в реальных проектах. Для этого помимо интерактивных компонентов программа способна взаимодействовать с аппаратными платформами NI myDAQ (библиотека контрольно-измерительного оборудования) и NI ELVIS (виртуальный инструментарий для учебной мастерской), что делает возможным создание целых виртуальных лаборатории систем управления, энергетики, мехатроники и силовой техники.

Версия Multisim Professional специально создана для быстрого прототипирования и решения задач оптимизации соединений. Предлагается расширенный пользовательский интерфейс, нестандартные методы анализа, основанные на фирменной системе NI LabVIEW, и обычные алгоритмы имитационного моделирования схем по стандарту SPICE.

Последние версии программы обладают улучшенной функциональностью, новыми инструментами для моделирования, расширенной базой элементов, благодаря чему разработка и создание проектов электрических схем может выполняться гораздо более точно и быстро. NI Multisim может взаимодействовать со средой разработки систем измерения LabVIEW, что позволяет сопоставлять теоретические данные с реальными, прямо в ходе создания схем печатных плат. Это уменьшает количество проектных ошибок и ускоряет реализацию проектов. Обратной стороной этого стали завышенные системные требования, предъявляемые к оборудованию. Нагрузка на процессор и память при работе с большими схемами и при трассировке очень велика.

Первые версии программы имели название Electronics Workbench и разрабатывались одноименной фирмой. В настоящее время Electronics Workbench является дочерней компанией, которая принадлежит National Instruments (http://russia.ni.com/). Штаб-квартира NI расположена в городе Остин (Техас, США), а на странице можно найти контактную информацию об офисах в России.

Для облегчения процесса создания печатных плат компания дает возможность каждому разработчику вступить в онлайн-сообщество NI Circuit Design Community для того, чтобы обмениваться своими работами, прототипами, шаблонами, обсуждать нюансы разработок и получать новые знания от коллег и единомышленников, живущих по всему миру.

Демонстрационная версия программы размещена здесь.

Язык интерфейса только английский, но существуют самодельные варианты русификации пакета.

Рабочая платформа – 32-разрядная Windows XP, Vista, 7 или 64-разрядная – Vista и 7. Программа не поддерживает Windows 95, 98, 2000, NT, Me и 64-разрядную Windows XP.

Распространение программы: Shareware (платная)

Официальный сайт NI Multisim: http://sine.ni.com/np/app/flex/p/docid/nav-98/lang/ru/

Видео: Знакомство с Multisim

Обсуждение программы на форуме

Micro-Cap

Профессиональная программа аналогового, цифрового и смешанного моделирования и анализа цепей электронных устройств средней степени сложности.

Интуитивно понятный интерфейс, нетребовательность к вычислительным ресурсам персонального компьютера и большой спектр возможностей послужили основой популярности Micro-Cap среди радиолюбителей, студентов и преподавателей микроэлектроники. Алгоритм работы включает в себя создание электрической цепи в графическом редакторе, задание параметров анализа и изучение полученных данных. Программа самостоятельно составляет уравнения цепи и проводит моментальный расчёт. Любое изменение схемы или параметров элементов приводит к автоматическому обновлению результатов. Графический редактор опирается на библиотеки электронных компонентов, которые можно пополнять на основе экспериментальных или справочных данных с помощью встроенного модуля Shape Editor. Все номиналы и параметры элементов могут быть как неизменными, так и зависящими от температуры, времени, частоты, состояния схемы, параметров других компонентов. Анимированные детали (светодиоды, реле, семисегментные индикаторы и некоторые другие элементы) изменяют состояние в соответствии с поступающими на них сигналами. Моделирование включает в себя целый набор различных анализов: переходных процессов, передаточных характеристик по постоянному току, малосигнальных частотных характеристик, чувствительностей по постоянному току, нелинейных искажений, метода Монте-Карло и многих других. Опытные пользователи могут создавать свои макромодели, которые облегчают имитационное моделирование без потерь информации. Допускается одновременно использовать различные стандарты элементов схемы. Полная поддержка SPICE-моделей позволяет применять проекты из других программ (DesignLab, OrCAD, P-CAD). Из недостатков можно отметить лишь необходимость установки дополнительных элементов, так как объем библиотек Micro-Cap (даже в полной версии) явно недостаточен.

Micro-Cap – англоязычный пакет, но желающие могут легко отыскать в сети русификатор программы от известных специалистов по работе с ним – Сергея и Марины Амелиных. У некоторых пользователей после русификации в среде моделирования возникают проблемы с отображением кириллических шрифтов.

Программа была написана в 1982 году фирмой Spectrum Software, с тех пор она постоянно расширяется и совершенствуется. Фирма, в свою очередь, была основана Энди Томпсоном в феврале 1980 года, изначально позиционируясь на написании программ для Apple. Она расположена в одном из основных городов Силиконовой долины – Саннивейле (штат Калифорния, США).

Стоимость Micro-Cap составляет несколько тысяч долларов, однако на сайте разработчика можно скачать свободно распространяемую Evaluation Version, которая обладает многими возможностями полнофункциональной. Основные отличия – это не более 50 элементов в схеме, урезанная библиотека компонентов, ограничения на построение ряда графиков и медленная скорость работы.

Micro-Cap работоспособен во всех операционных системах семейства Windows. Проблем при работе в Vista и 7 выявлено не было.

Распространение программы: платная. Есть бесплатная версия с ограничениями

Официальный сайт Micro-Cap: http://www.spectrum-soft.com

Скачать Micro-Cap Evaluation/Student Version

Обсуждение программы на форуме

Компьютерное моделирование электрических схем

Добавлено 5 ноября 2020 в 23:27

Сохранить или поделиться

Компьютеры могут быть мощным инструментом при правильном использовании, особенно в области науки и техники. Существует программное обеспечение для моделирования электрических схем, и эти программы могут быть очень полезны, помогая разработчикам проверять идеи перед сборкой реальных схем, экономя много времени и денег.

Эти же программы могут быть фантастическими помощниками для начинающих студентов-электронщиков, позволяя быстро и легко исследовать идеи без необходимости сборки реальных схем. Конечно, ничто не заменит сборку и тестирование реальных схем, но компьютерное моделирование определенно помогает в процессе обучения, позволяя студенту экспериментировать с изменениями значений и видеть их влияние на схему. В этой книге я буду часто использовать распечатки схем моделирования, чтобы проиллюстрировать важные концепции. Наблюдая за результатами компьютерного моделирования, учащийся может получить интуитивное представление о поведении схемы без пугающего абстрактного математического анализа.

Моделирование схем с помощью SPICE

Чтобы смоделировать схемы на компьютере, я использую специальную программу под названием SPICE, которая работает, описывая схему для компьютера с помощью текстового списка. По сути, этот список сам по себе является своего рода компьютерной программой и должен соответствовать синтаксическим правилам языка SPICE. Затем компьютер используется для обработки или «запуска» программы SPICE, которая интерпретирует текстовый список, описывающий схему, и выводит результаты его подробного математического анализа, также в текстовой форме. Если кому-то нужна дополнительная информация, то многие детали использования SPICE описаны в томе 5 «Справочная информация» этой серии книг. Здесь я просто представлю основные концепции, а затем мы применим SPICE для анализа этих простых схем, о которых читали.

Во-первых, нам нужно установить SPICE на нашем компьютере. Как бесплатная программа, она обычно доступна для загрузки в Интернете в форматах, подходящих для многих различных операционных систем. В этой книге я использую одну из более ранних версий SPICE (версию 2G6) из-за простоты использования. Далее нам понадобится схема для анализа SPICE. Давайте попробуем одну из схем, показанных ранее в данной главе. Вот эта принципиальная схема:

Рисунок 1 – Принципиальная схема

Эта простая схема состоит из батареи и резистора, соединенных напрямую вместе. Нам известно напряжение батареи (10 В) и сопротивление резистора (5 Ом), но больше ничего неизвестно о схеме. Если мы опишем эту схему для SPICE, она сможет сказать нам (по крайней мере), какой ток у нас будет в цепи, используя закон Ома (I=E/R).

SPICE – это программа, использующая текст

SPICE не может напрямую понять диаграмму схемы или любую другую форму графического описания. SPICE – это компьютерная программа, использующая текст, которая требует, чтобы схема была описана относительно ее составляющих компонентов и точек соединений. Каждая уникальная точка соединения в цепи описывается для SPICE номером «узла». Точки, которые являются электрически общими друг для друга в моделируемой цепи, обозначаются одним номером. Возможно, будет полезно думать об этих числах как о номерах «проводов», а не как о номерах «узлов», следуя определению, данному в предыдущем разделе. Так компьютер узнает, что с чем связано: через общие номера проводов или узлов. В схеме из нашего примера есть только два «узла»: верхний провод и нижний провод. SPICE требует, чтобы где-то в цепи был узел 0, поэтому мы обозначим наши провода 0 и 1:

Рисунок 2 – Обозначение узлов на схеме

На приведенной выше иллюстрации я показал несколько меток «1» и «0» вокруг каждого провода, чтобы подчеркнуть концепцию общих точек, имеющих общие номера узлов; но всё же это графическое изображение, а не текстовое описание. Прежде чем можно будет продолжить анализ, SPICE должен получить значения компонентов и номера узлов в текстовой форме.

Использование текстового редактора для создания файлов SPICE

Создание текстового файла на компьютере включает использование программы, называемой текстовым редактором. В текстовых редакторах отсутствует возможность форматирования текстовых процессоров (без курсивных, полужирных или подчеркнутых символов), и это хорошо, поскольку такие программы, как SPICE, не знают, что делать с этой дополнительной информацией. Если мы хотим создать простой текстовый файл, в котором абсолютно ничего не записано, кроме символов клавиатуры, мы выбираем, текстовый редактор.

При использовании операционной системы Microsoft, такой как DOS или Windows, с системой идут несколько текстовых редакторов. В DOS есть старая программа редактирования текста Edit, которую можно вызвать, набрав edit в командной строке. В Windows стандартным выбором будет текстовый редактор Notepad. Доступно множество и других программ для редактирования текста. Я использую бесплатный текстовый редактор под названием Vim и запускаю его в операционных системах Windows 95 и Linux. Неважно, какой редактор вы используете, поэтому не беспокойтесь, если скриншоты в этом разделе не похожи на ваши; здесь важна информация о том, что вы вводите, а не о том, какой редактор вы используете.

Примечание: возможно, вам будет удобно использовать редактор Notepad++, для которого есть плагин для подсветки синтаксиса SPICE.

Чтобы описать для SPICE эту простую схему из двух компонентов, я начну с вызова моей программы текстового редактора и ввода строки «названия» для схемы:

Рисунок 3 – Текстовый редактор. Название схемы

Мы можем описать батарею, набрав строку текста, начинающуюся с буквы «v» (означает «voltage source», источник напряжения), указав, к какому проводу подключается каждая клемма батареи (номера узлов), и напряжение батареи, например:

Рисунок 4 – Текстовый редактор. Описание батареи на схеме

Данная строка сообщает SPICE, что у нас есть источник напряжения, подключенный между узлами 1 и 0, являющийся источником постоянного напряжения (DC), с напряжением 10 вольт. Это всё, что нужно знать компьютеру о батарее.

Теперь обратимся к резистору: SPICE требует, чтобы резисторы были описаны буквой «r», номерами двух узлов (точек соединения) и сопротивлением в омах. Поскольку это компьютерное моделирование, указывать номинальную мощность резистора не нужно. В «виртуальных» компонентах есть одна хорошая черта: им не могут повредить чрезмерное напряжение или ток!

Рисунок 5 – Текстовый редактор. Описание резистора, подключенного между узлами

Теперь SPICE будет знать, что между узлами 1 и 0 подключен резистор со значением 5 Ом. Эта очень короткая строка текста сообщает компьютеру, что у нас есть резистор («r»), подключенный между теми же двумя узлами, что и батарея (1 и 0), со значением сопротивления 5 Ом.

Если мы добавим в эту последовательность команд SPICE оператор .end, чтобы указать конец описания схемы, у нас будет вся необходимая SPICE информация, собранная в одном файле и готовая к обработке. Это описание схемы, состоящее из строк в текстовом файле, технически известно как список соединений (netlist или deck):

Рисунок 6 – Текстовый редактор. Список соединений (netlist) схемы для SPICE

Перемещение текстовых файлов в SPICE

После того, как мы закончили вводить все необходимые команды SPICE, нам нужно «сохранить» их в файл на жестком диске компьютера, чтобы SPICE мог ссылаться на него при запуске. Поскольку это мой первый список соединений SPICE, я сохраню его под именем «circuit1.cir» (фактическое имя произвольно). Вы можете назвать свой первый список соединений SPICE совершенно другим именем, при условии, что вы не нарушаете никаких правил именования файлов своей операционной системы, например, используя не более 8 + 3 символов (восемь символов в имени и три символа в расширении: 12345678.123) в DOS.

Чтобы вызвать SPICE (указать ему, что необходимо обработать содержимое файла списка соединений circuit1.cir), мы должны выйти из текстового редактора и получить доступ к командной строке, где мы можем ввести текстовые команды для операционной системы компьютера. Этот «примитивный» способ вызова программы может показаться архаичным пользователям компьютеров, привыкшим к графической среде «укажи и щелкни», но это очень мощный и гибкий способ решения задач. Помните, что то, что вы делаете здесь, используя SPICE, является простой формой компьютерного программирования, и чем больше вы будете привыкать давать компьютеру команды в текстовой форме (в отличие от простого щелчка мышью по иконкам), тем большее мастерство в управлении компьютером вы приобретете.

В командной строке введите следующую команду, а затем нажмите клавишу Enter (в этом примере используется имя файла circuit1.cir; если вы выбрали другое имя файла для файла списка соединений, замените его):

spice < circuit1.cir

Вот как это выглядит на моем компьютере (под управлением операционной системы Linux) непосредственно перед нажатием клавиши Enter:

Рисунок 7 – Запуск SPICE

Как только вы нажмете клавишу Enter для выполнения этой команды, на экране компьютера должен будет напечататься текст из вывода SPICE. Ниже приведен скриншот, показывающий, что SPICE вывел на моем компьютере (я увеличил окно «терминала», чтобы показать вам полный текст; в терминале обычного размера текст легко превышает длину одной страницы):

Рисунок 8 – Вывод SPICE в терминале

SPICE начинает свой вывод с повторения списка соединений, полностью от строки названия до оператора .end. Примерно на середине моделирования он отображает напряжения во всех узлах относительно узла 0. В этом примере у нас только один узел, кроме узла 0, поэтому он отображает напряжение в нем: 10,0000 вольт. Затем он выводит величину силы тока, протекающего через каждый источник напряжения. Поскольку у нас только один источник напряжения во всей схеме, он отображает только ток через него. В этом случае сила тока через источник составляет 2 ампера. Из-за причуды в способе, которым SPICE анализирует ток, значение 2 ампера выводится как отрицательное: (-) 2 ампера.

Последняя строка в отчете компьютерного анализа – «total power dissipation» (полная рассеиваемая мощность), которая в данном случае выражается как «2.00E+01» ватт: 2.00 x 10¹, или 20 ватт. SPICE выводит большинство значений в виде экспоненциальной записи, а не в виде обычной записи (с фиксированной запятой). Хотя сначала это может показаться более запутанным, на самом деле эта запись будет проще, когда будут задействованы очень большие или очень маленькие числа. Подробности экспоненциальной записи будут рассмотрены в следующей главе этой книги.

Одним из преимуществ использования «примитивной», использующей текст программы, такой как SPICE, является то, что текстовые файлы, с которыми мы имеем дело, чрезвычайно малы по сравнению с другими форматами файлов, особенно графическими форматами, используемыми в другом программном обеспечении для моделирования схем. Кроме того, тот факт, что вывод SPICE представляет собой обычный текст, означает, что вы можете направить вывод SPICE в другой текстовый файл, где он может быть обработан. Для этого мы повторно отправляем команду операционной системе компьютера, чтобы запустить SPICE, на этот раз перенаправляя вывод в файл, который я назову «output.txt»:

Рисунок 9 – Запуск SPICE с выводом результатов в текстовый файл

На этот раз SPICE будет работать «тихо», без вывода текстового потока на экран компьютера, как раньше. Будет создан новый файл output1.txt, который вы можете открыть и изменить с помощью текстового редактора. Для иллюстрации этого я воспользуюсь тем же текстовым редактором (Vim) и открою этот файл результатов:

Рисунок 10 – Вывод SPICE в текстовом файле

Теперь я могу свободно редактировать этот файл, удаляя любой посторонний текст (например, «баннеры», показывающие дату и время), оставляя только текст, который, как мне кажется, имеет отношение к анализу моей схемы:

Рисунок 11 – Отредактированный вывод SPICE в текстовом файле

После соответствующего редактирования и повторного сохранения под тем же именем файла (в этом примере output.txt) текст может быть вставлен в любой документ, причем «простой текст» является универсальным форматом файла почти для всех компьютерных систем. Я даже могу включить его прямо в текст этой книги, вместо графического изображения «скриншота», например:

my first circuit 
v 1 0 dc 10 
r 1 0 5 
.end
node voltage
( 1) 10.0000
voltage source currents
name current
v -2.000E+00
total power dissipation 2.00E+01 watts

Кстати, этот формат для вывода текста из моделирования SPICE в этой серии книг является предпочтительным: в виде текста, а не в виде картинок скриншотов.

Изменение значений в SPICE

Чтобы изменить значение компонента в моделировании, нам нужно открыть файл списка соединений (circuit1.cir) и внести необходимые изменения в текстовое описание схемы, затем сохранить эти изменения в файле с тем же именем и повторно запустить SPICE через командную строку. Этот процесс редактирования и обработки текстового файла знаком каждому программисту. Одна из причин, по которой мне нравится преподавать SPICE, заключается в том, что он подготавливает студента к тому, чтобы думать и работать как программист, и это хорошо, потому что программирование – это важная область работы, связанная с передовой электроникой.

Ранее мы исследовали последствия изменения одной из трех переменных в электрической цепи (напряжения, тока или сопротивления), используя закон Ома, чтобы математически предсказать, что произойдет. Теперь давайте попробуем сделать то же самое с помощью SPICE, чтобы он выполнил вычисления за нас.

Если бы мы утроили напряжение в схеме из нашего последнего примера с 10 до 30 вольт и оставили сопротивление цепи неизменным, мы бы ожидали, что ток также утроится. Давайте попробуем выполнить это, изменив имя нашего файла списка соединений, чтобы не перезаписывать первый файл. Таким образом, оба варианта моделирования схемы будут храниться на жестком диске нашего компьютера для будущего использования. Результатом работы SPICE для этого измененного списка соединений будет следующий текстовый список:

second example circuit 
v 1 0 dc 30
r 1 0 5
.end
node voltage
( 1) 30.0000
voltage source currents
name current
v -6.000E+00
total power dissipation 1.80E+02 watts

Как мы и ожидали, ток утроился с увеличением напряжения. Раньше ток составлял 2 ампера, но теперь он увеличился до 6 ампер (-6,000 x 10⁰). Также обратите внимание, как увеличилась общая рассеиваемая мощность в цепи. Раньше она составлял 20 Вт, а сейчас 180 Вт (1,8 x 10²). Если вспомнить, что мощность пропорциональна квадрату напряжения (закон Джоуля: P=E²/R), то этого можно было ожидать. Если мы утроим напряжение в цепи, мощность должна увеличиться в девять раз (3² = 9). Результат произведения 9 и 20 действительно равен 180, поэтому выходные данные SPICE действительно коррелируют с тем, что мы знаем о мощности в электрических цепях.

Создание комментариев в SPICE

Если мы хотим увидеть, как эта простая схема будет реагировать на широкий диапазон напряжений батареи, мы можем задействовать некоторые из более продвинутых опций SPICE. Здесь я воспользуюсь опцией анализа «.dc«, чтобы изменять напряжение батареи от 0 до 100 вольт с шагом 5 вольт, выводя на каждом этапе напряжение и силу тока в цепи. Строки в списке соединений SPICE, начинающиеся со звездочки («*«), – это комментарии. То есть они не заставляют компьютер делать что-либо, связанное с анализом схемы, а служат просто заметками для любого человека, читающего текст списка соединений.

third example circuit
v 1 0
r 1 0 5
*оператор ".dc" говорит spice пройтись напряжением
*источника "v" от 0 до 100 вольт шагом 5 вольт.
.dc v 0 100 5
.print dc v(1) i(v)
.end

Команды печати и вывода графиков

Команда .print в этом списке соединений SPICE инструктирует SPICE напечатать таблицу чисел, в которой каждая строка соответствует отдельному этапу анализа:

v             i(v)            
0.000E+00     0.000E+00
5.000E+00    -1.000E+00
1.000E+01    -2.000E+00
1.500E+01    -3.000E+00
2.000E+01    -4.000E+00
2.500E+01    -5.000E+00
3.000E+01    -6.000E+00
3.500E+01    -7.000E+00
4.000E+01    -8.000E+00
4.500E+01    -9.000E+00
5.000E+01    -1.000E+01
5.500E+01    -1.100E+01
6.000E+01    -1.200E+01
6.500E+01    -1.300E+01
7.000E+01    -1.400E+01
7.500E+01    -1.500E+01
8.000E+01    -1.600E+01
8.500E+01    -1.700E+01
9.000E+01    -1.800E+01
9.500E+01    -1.900E+01
1.000E+02    -2.000E+01

Если я повторно отредактирую файл списка соединений, заменив команду .print на команду .plot, SPICE выведет грубый график, состоящий из текстовых символов:

Legend:  + = v#branch         
------------------------------------------------------------------------
sweep      v#branch-2.00e+01             -1.00e+01                 0.00e+00
---------------------|------------------------|------------------------|
0.000e+00  0.000e+00 .                        .                        + 
5.000e+00 -1.000e+00 .                        .                     +  . 
1.000e+01 -2.000e+00 .                        .                   +    . 
1.500e+01 -3.000e+00 .                        .                +       . 
2.000e+01 -4.000e+00 .                        .              +         . 
2.500e+01 -5.000e+00 .                        .           +            . 
3.000e+01 -6.000e+00 .                        .         +              . 
3.500e+01 -7.000e+00 .                        .      +                 . 
4.000e+01 -8.000e+00 .                        .    +                   . 
4.500e+01 -9.000e+00 .                        . +                      . 
5.000e+01 -1.000e+01 .                        +                        . 
5.500e+01 -1.100e+01 .                     +  .                        . 
6.000e+01 -1.200e+01 .                   +    .                        . 
6.500e+01 -1.300e+01 .                +       .                        . 
7.000e+01 -1.400e+01 .              +         .                        . 
7.500e+01 -1.500e+01 .           +            .                        . 
8.000e+01 -1.600e+01 .         +              .                        . 
8.500e+01 -1.700e+01 .      +                 .                        . 
9.000e+01 -1.800e+01 .    +                   .                        . 
9.500e+01 -1.900e+01 . +                      .                        . 
1.000e+02 -2.000e+01 +                        .                        . 
---------------------|------------------------|------------------------|
sweep      v#branch-2.00e+01             -1.00e+01                 0.00e+00

В обоих выходных форматах левый столбец чисел представляет напряжение батареи на каждом этапе, и по нему видно, что оно увеличивается от 0 до 100 вольт, по 5 вольт за раз. Числа в правом столбце указывают силу тока в цепи для каждого из этих напряжений. Посмотрите внимательно на эти числа, и вы увидите пропорциональную связь в каждой паре значений: закон Ома (I=E/R) верен в каждом случае, каждое значение силы тока составляет 1/5 соответствующего значения напряжения, потому что сопротивление цепи составляет ровно 5 Ом. Опять же, отрицательные числа для силы тока в данном анализе SPICE – это скорее причуда, чем что-либо еще. Просто обращайте внимание на абсолютное значение каждого числа, если не указано иное.

Программы для интерпретации и преобразования данных SPICE

Существуют даже некоторые программы, способные интерпретировать и преобразовывать неграфические данные, выводимые SPICE, в графические диаграммы. Одна из этих программ называется Nutmeg, и ее выходные данные выглядят примерно так:

Рисунок 12 – Результат преобразования выходных данных SPICE программой Nutmeg

Обратите внимание, как Nutmeg выводит график напряжения на резисторе v(1) (напряжение между узлом 1 и предполагаемой опорной точкой узла 0) в виде линии с положительным наклоном (от нижнего левого к верхнему правому углу). Станете ли вы когда-нибудь опытным в использовании SPICE, не имеет отношения к его применению в данной книге. Важно только то, чтобы вы поняли, что означают числа в отчете, созданном SPICE. В следующих примерах я приложу все усилия, чтобы аннотировать численные результаты SPICE, чтобы устранить любую путаницу и раскрыть всю мощь этого удивительного инструмента, который поможет вам понять поведение электрических цепей.

Программный пакет LTspice

В качестве альтернативы консольному симулятору SPICE можно рассмотреть использование программного обеспечения LTspice от Analog Devices. LTspice представляет собой мощный программный пакет, включающий в себя SPICE-симулятор, редактор принципиальных схем и средство просмотра осциллограмм с улучшениями и моделями, позволяющими упростить моделирование аналоговых схем.

Основы работы с LTspice представлены в следующих статьях:

А ниже показаны скриншоты примера схемы и ее анализа.

Рисунок 13 – Пример схемы в LTspiceРисунок 14 – Пример анализа схемы в LTspice

Оригинал статьи:

Программа для моделирования электронных схем

В Delta Design 3.0 система аналогового моделирования SimOne полностью интегрирована в среду проектирования

Появилась возможность создания проекта аналогового моделирования SimOne
Реализована новая панель «Модели»
Перенесены библиотеки моделей из SimOne из отдельной версии
Обеспечена возможность создания фильтров
Реализовано задание сигналов через графическую оболочку.
Обеспечена поддержка блоков при формировании SPICE-нетлиста
Реализован инструмент «Щуп»
Обеспечен просмотр текущих значений и вывод их в текстовое окно
Реализована подстройка параметров («тюнер»)
Экспорт графиков в формат Excel, Matlab, Maple, Текст, WAV, PWL, Touchstone, Freq

SimOne – современная высокоэффективная система схемотехнического моделирования, использующая наряду c классическими алгоритмами оригинальные, основанные на современных численных методах.

SimOne многократно превосходит по скорости моделирования обычные SPICE-симуляторы при той же точности расчетов.

SimOne позволяет проводить полнофункциональное SPICE-моделирование радиоэлектронных схем, предлагая пользователю такие новые возможности как расчет периодических режимов схемы и анализ устойчивости.

Расчет периодических режимов позволяет определять поведение схемы в установившемся режиме без предварительных длительных расчетов переходных процессов.

Анализ устойчивости схемы позволяет определять, устойчива схема в текущей рабочей точке или нет, выделять компоненты схемы, влияющие на ее устойчивость, проводить исследование устойчивости при изменении температуры или параметров моделей элементов.

Библиотека моделей компонентов содержит как встроенные SPICE-модели компонентов (SPICE-примитивы), так и обширную (более 30 000 шт.) базу готовых моделей реальных схемных компонентов. Реализована удобная работа с тестовыми SPICE-библиотеками и графическими макромоделями.

Графическое отображение результатов моделирования и постпроцессорной обработки позволяет пользователю:

Строить графики интересующих переменных и функций от них,
Использовать функции курсоров для оценки параметров кривых,
Производить измерения и их пересчет при последующих запусках моделирования характеристик построенных кривых,
Получать спектральные характеристики кривых на основе быстрого преобразования Фурье.

SimOne может экспортировать результаты моделирования, а также уравнения цепи в численном и символьном видах, в MATLAB, Maple и MS Excel.

1. Высокая скорость моделирования. В десятки раз быстрее классических SPICE- программ.

Высокая скорость моделирования в SimOne достигается за счет применения оригинальных программных технологий, современных численных алгоритмов и использования параллельных вычислений.

Кодовый матричный процессор представляет собой высокоэффективную программную реализацию основных матричных операций, необходимых для проведения расчетов и применяется во всех видах моделирования схемы.

Помощник симуляции запоминает характерные особенности моделируемой схемы во время запуска текущего вида анализа и использует эту информацию при последующих запусках. Таким образом, его применение становится особенно эффективным при проведении многовариантных видов анализа схем, например — температурного или параметрического.

2. Высокая точность.

Обусловлена применением современных численных методов высшего порядка точности, поддержкой вычислений с представлением чисел повышенной точности.

3. Многоядерность и параллельное моделирование

Параллельный запуск различных вариантов анализа схемы проводится с использованием многоядерной архитектуры процессора. Запуск любого вида расчета позволяет пользователю продолжать работу со схемой и проводить параллельное моделирование.

4. Анализ устойчивости схемы.

Эта опция является отличительной особенностью пакета: анализ устойчивости схем отсутствует у подавляющего большинства конкурирующих программ. Анализ устойчивости схемы позволяет определять, устойчива схема в текущей рабочей точке или нет, проводить исследование устойчивости при изменении температуры или параметров моделей элементов, выделяя те компоненты и параметры схемы, которые определяют ее устойчивость.

5. Экспорт результатов моделирования.

Рассчитанные переменные, выражения и составленные уравнения схемы могут быть экспортированы в известные инженерные математические пакеты Matlab, и Maple, Excel.

Моделирование электронных схем

Загрузить бесплатную версию пакета моделирования электронных схем SimOne

В пакете SimOne доступны основные виды анализа схем, существующие в классических SPICE-программах, таких как PSpice, MicroCAP, OrCad. Кроме этого, предлагается новый вид — анализ устойчивости схемы.

При разработке модуля моделирования электронных схем особое внимание уделялось повышению скорости и точности вычислений, в сравнении с конкурентами.

Вычислительное ядро нового поколения

Для всех видов анализа электронных схем используется вычислительное ядро нового поколения Code Matrix Processor™.

Многоядерность и параллельное моделирование

Запуск любого вида расчета позволяет пользователю продолжать работу со схемой и проводить параллельное моделирование.

Новый вид анализа схем — расчет устойчивости — Stability Analysis

Позволяет оценивать надежность функционирования электронных схем на этапе проектирования.

Повышенная точность и скорость расчетов в режиме временного анализа (Transient analysis)

Оригинальный метод интегрирования дифференциально-алгебраических уравнений.

Для интегрирования уравнений цепи пользователю предлагается оригинальный метод SimOne 4-го порядка точности. Этот метод имеет повышенную точность и устойчивость в сравнении с методами, применяемыми в обычном SPICE-моделировании и является лучшим методом для расчета больших схем.

Возможности

DC Sweep. Расчет статического режима схем по постоянному току.

AC Sweep. Частотный анализ. Расчет частотных характеристик линеаризованной цепи в рабочей точке.

Transient Analysis. Расчет переходных и установившихся временных процессов на длительных интервалах времени при воздействии сигналов произвольной формы.

Temperature Sweep. Моделирование поведения схемы при изменении рабочей температуры.

Parametric Sweep. Моделирование поведения схемы при изменении параметров сигналов, моделей схемных компонентов.

Stability Analysis. Анализ устойчивости схемы.

Серия видеороликов демонстрирует основные возможности SimOne




Справочное руководство по Delta Design SimOne доступно в разделе Документация

В SimOne доступны следующие виды анализа схем:

1. Расчет статического режима схем по постоянному току (DC Analysis)

Включает в себя расчет рабочей точки схемы, определение передаточных функций по постоянному току. Для решения нелинейных алгебраических уравнений предлагается набор методов: метод Ньютона–Рафсона, Damped Newton–Raphson, Gmin Stepping,Source Stepping.

2. Частотный анализ (AC Analysis)

Включает в себя расчет и построение частотных характеристик схемы, в том числе амплитудно-фазовой характеристики.

3. Анализ переходных процессов (Transient Analysis)

Используется оригинальный метод интегрирования дифференциально-алгебраических уравнений. Метод имеет повышенную точность и устойчивость в сравнении с методами, применяемыми в обычном SPICE-моделировании.

Вычисления в традиционных для SPICE-моделирования методах — методе Гира, трапеций, Эйлера производятся с помощью кодового матричного процессора, что позволяет значительно сократить время расчета.

4. Анализ установившихся периодических режимов (PSS Analysis)

Расчет периодических режимов ведется с помощью пристрелочного метода Ньютона (Shooting Newton), при этом используется высокоэффективный подход — без явного формирования матрицы чувствительности (Matrix Free Approach). В качестве метода решения СЛАУ используется итерационный метод пространств Крылова — Gmres.

5. Температурный анализ (.TEMP)

Аналоговое моделирование поведения схемы при изменении рабочей температуры.

6. Параметрический анализ схемы (.PARAM)

Моделирование поведения схемы при изменении параметров сигналов, моделей схемных компонентов.

7. Анализ устойчивости схемы. (Stability Analysis)

Для анализа устойчивости схемы в окрестности рабочей точки пользователю предлагаются два независимых способа: на основе расчета собственных частот схемы и на основе критерия Михайлова. Результат анализа — вывод об устойчивости схемы, построение годографа Михайлова, вывод таблицы собственных частот схемы. Пользователь также имеет возможность построить график годографа Михайлова в заданном произвольном диапазоне и принять решение об устойчивости схемы самостоятельно.

Моделирование схем в программе Multisim

Этой статьей начинаю освещать одну из интереснейших тем это тема компьютерного, еще говорят, схемотехнического моделирования схем различных электронных устройств.

Вообще термин моделирование электронных схем имеет много синонимов, это и эмуляция электронных схем, симуляция электронных схем и т. д. Я буду придерживаться термина «компьютерное моделирование» или моделирование схем на компьютере, не суть важно.

Итак, поехали.

На сегодняшний день существуем множество компьютерных программ, которые предназначены в первую очередь для разработки различных электронных устройств и в таких программах существует одна из важных функций – эмуляция электрических схем.

Перечислю только самые известные из них:

NI Multisim;

Proteus;

OrCAD;

Micro-Cap;

LTSpice и множестов других программ.

Сегодня я хочу вас познакомить с программой компании National Instruments – это эмулятор схем Multisim.

Бесплатную программу Multisim с ограничениями на 50 элементов в схеме можно скачать с сайта производителя по ссылке https://lumen.ni.com/nicif/confirmation.xhtml, там же на сайте можно найти версию для учебных заведений, более расширенную по сравнению с предидущей, но тоже имеющую свои ограничения https://lumen.ni.com/nicif/us/academicevalmultisim/content.xhtml

Симулятор или эмулятор Arduino?

Давайте сразу договоримся, что в статье мы будем использовать оба этих термина, хотя их значение вовсе не идентично. Симулятором называют устройство или сервис, имитирующие определенные функции другой системы, но не претендующим на создание точной копии. Это некоторая виртуальная среда, в которой мы просто моделируем другую систему. Эмулятор – это полноценный аналог, способный заменить оригинал. Например, Tinkercad симулирует работу электронных схем и контроллера, но при этом он является эмулятором ардуино, реализуя практически все базовые функции Arduino IDE – от среды редактирования и компилятора до монитора порта и подключения библиотек.

С помощью этого класса программ можно не только рисовать электронные схемы, но и виртуально подключать их к электрической цепи с помощью встроенного симулятора. В режиме реального времени можно наблюдать за поведением схемы, проверять и отлаживать ее работоспособность. Если в такой симулятор добавить виртуальнyю плату Arduino, то можно отследить поведение схемы и в ардуино-проектах. Для отладки скетчей во многих известных сервисах присутствует также возможность загрузки настоящих скетчей, которые “загружаются” в модель и заставляют вести схему с подключенными элементами так же, как и со включенной реальной платой. Таким образом, мы сможем эмулировать работу достаточно сложных проектов без физического подключения Arduino, что существенно ускоряет разработку.

Every Circuit

Поддерживает всё что мне нужно, может я и не самый лучший радиоинженер, но вот радиоэлемента увлекаюсь еще в ого. Qucs полезная программа.

И именно тут я смог Qucs скачать на русском языке!

OrCAD Самая популярная программа компании Cadence, содержащая полную среду для коммерческих проектов PCB, содержит все компоненты, необходимые для проектирования печатных плат, такие как: модуль для введения схем; редактор печатных плат с интегрированным управлением проектирования. Ответить Ответить с цитатой Цитировать Татьяна

Времени и трудозатрат по определению меньше. В данном обзоре рассмотрим 3 самых популярных симулятора электрических цепей для Андроид устройств, сравним их возможности, потенциал и удобство использования.

Tinkercad для ардуино

Тинкеркад (Tinkercad Circuits Arduino) – бесплатный, удивительно простой и одновременно мощный эмулятор Arduino, с которого можно начинать обучение электронике и робототехнике. Он предоставляет очень удобную среду для написания своих проектов. Не нужно ничего покупать, ничего качать – все доступно онлайн. Единственное, что от вас потребуется – зарегистрироваться.

Что такое Tinkercad?

Tinkercad – это онлайн сервис, который сейчас принадлежит мастодонту мира CAD-систем – компании Autodesk. Тинкеркад уже давно известен многим как простая и бесплатная среда для обучения 3D-моделированию. С ее помощью можно достаточно легко создавать свои модели и отправлять их на 3D-печать. Единственным ограничением для русскоязычного сегмента интернета долгое время являлось отсутствие русскоязычного интерфейса, сейчас эта ситуация исправляется.
Совсем недавно Тинкеркад получил возможность создания электронных схем и подключения их к симулятору виртуальной платы ардуино. Эти крайне важные и мощные инструменты способны существенно облегчить начинающим разработчикам Arduino процессы обучения, проектирования и программирования новых схем.

История создания

Tinkercad был создан в 2011 году, его авторы – Кай Бекман (Kai Backman) и Микко Мононен (Mikko Mononen). Продукт изначально позиционировался как первая Web-платформа для 3D-проектирования, в которой пользователи могли делиться друг с другом результатами. В 2013 году сервис был куплен компанией Autodesk и дополнила семейство продуктов 123D. За все это время в рамках сервиса пользователями было создано и опубликовано более 4 млн. проектов (3D-моделей).

В июне 2020 г. Autodesk решил перенести часть функционала другого своего сервиса Electroinics Lab Circuits.io, после чего Tinkercad получил крайне важные и мощные инструменты, способные существенно облегчить начинающим разработчикам Arduino процессы обучения, проектирования и программирования новых схем. Если вы уже пользовались Circuits.io, то имейте в виду, что все старые проекты Circuits.io могут быть экспортированы в Tinkercad без каких-либо проблем (о сервисе Circuits.io от Autodesk Electroinics Lab мы постараемся подробно рассказать в одной из следующих статей).

Возможности симулятора Tinkercad для разработчика Arduino

Список основного функционала и полезных фич Tinkercad Circuits:

Онлайн платформа, для работы не нужно ничего кроме браузера и устойчивого интернета.
Удобный графический редактор для визуального построения электронных схем.
Предустановленный набор моделей большинства популярных электронных компонентов, отсортированный по типам компонентов.
Симулятор электронных схем, с помощью которого можно подключить созданное виртуальное устройство к виртуальному источнику питания и проследить, как оно будет работать.
Симуляторы датчиков и инструментов внешнего воздействия. Вы можете менять показания датчиков, следя за тем, как на них реагирует система.
Встроенный редактор Arduino с монитором порта и возможностью пошаговой отладки.
Готовые для развертывания проекты Arduino со схемами и кодом.
Визуальный редактор кода Arduio.
Возможность интеграции с остальной функциональностью Tinkercad и быстрого создания для вашего устройства корпуса и других конструктивных элементов – отрисованная модель может быть сразу же сброшена на 3D-принтер.
Встроенные учебники и огромное сообщество с коллекцией готовых проектов.

Звучит фантастично, не правда ли? Не нужно скачивать Arduino IDE, не нужно искать и скачивать популярные библиотеки и скетчи, не нужно собирать схему и подключать плату – все, что нам нужно, находится сразу на одной странице. И, самое главное – это все действительно работает! Давайте уже перейдем от слов к делу и приступим к практическому знакомству.

Интерфейс программы Multisim

Начнем с изучения интерфейса программы.

Основные функциональные панели программы показаны на следующем рисунке.

Отдельный интерес представляет панель компонентов. С помощью панели компонентов осуществляется доступ к базе компонентов. При нажатии на любую из выбранных пиктограмм компонентов схем открывается окно Выбор компонента. В левой части окна осуществляется выбор необходимого компонента.

Вся база данных компонентов разделена на разделы (пассивные элементы, диоды, транзисторы, микросхемы и т. д.), а разделы на семейства (например, для диодов – это сами диоды, стабилитроны, светодиоды, тиристоры и т. д.). Надеюсь идея понятна.

Так же в окне выбора компонента можно посмотреть обозначение выбранного компонента, описание его функции, выбрать тип корпуса.

Первые шаги в Tinkercad

Регистрация онлайн

Для начала работы необходимо получить эккаунт Autocad. Регистрация в Tinkercad абсолютно бесплатная. Зайдите на сайт и выполните простые шаги.

Подтвердив эккаунт по почте, войдите в систему, указав введенные параметры. В верхнем правом углу вы увидите ссылку в личный кабинет. В режиме редактирования профиля вы сможете поменять свой псевдоним, email, описание, установить фотографию, подключить внешние сервисы (здесь мы не будем останавливаться на этой функциональности).

Tinkercad Dashboard – Начальная страница

Преодолев этап регистрации, мы попадем на главную страницу, на которой слева видим список сервисов и под ним – список проектов. Навигация очень проста, хотя некоторые ссылки выглядят не очень заметными, но разобраться, что к чему, можно легко. Выбрав элемент слева мы видим справа список соответствующих объектов. Для раздела Circuits, этими объектами будут схемы и скетчи.

Создаем и редактируем проект

Для создания проекта просто нажимаем кнопку «Создать проект», расположенную под списком проектов. Будет создан проект с названием типа Project N. Нажав на него, мы перейдем в режим просмотра списка схем, включенных в этот проект. Там же мы сможем изменить свойства проекта (включая название), нажав на соответствующий значок сразу под названием.

Добавляем новую схему Circuits

Создать новую схему в Tinkercad можно двумя способами:

В меню слева выбрать Circuits и справа над списком схем выбрать команду Create new Circuit (на момент написания статьи все основные интерфейсные элементы не переведены). Новая схема будет создана вне какого-либо проекта.
Создать схему в определенном проекте. Для этого надо сначала перейти в окно проекта, а затем нажать на кнопку «Create» сверху над списком. Появится перечень типов схем, мы выбираем Circuit. Созданная схема будет доступна в этом списке и в списке всех проектов в меню Circuits.

После выполнения команды вы сразу же перейдете в режим редактирования схемы, не вводя названия. Имя для схемы формируется автоматически.

Чтобы изменить название схемы и отредактировать ее свойства нужно перейти в режим просмотра списка схем, навести на область с названием схемы и нажать на иконку «Настройки». Откроется окно, в котором вы сможете отредактировать параметры.
Для удаления схемы надо в том же режиме выбрать в настройках команду «Удалить».
Для просмотра краткой информации о схеме нужно просто щелкнуть на ней
Для перехода в режим редактирования нужно навести курсор мышки и выбрать появившуюся команду «Изменить».

Все изменения в процессе редактирования схемы сохраняются автоматически.

Описание интерфейса Тинкеркад в режиме редактирования

Нажав на команду «Изменить» мы попадаем в режим редактирования схемы. С помощью удобного и простого графического интерфейса можно нарисовать желаемую электрическую схему. Мы можем выделять, переносить объекты, удалять их привычным всем способом с помощью мыши.

В режиме редактирования рабочее окно сервиса поделено на две половины: снизу расположена панель с закладками – это библиотека компонентов. Над ней находится область визуального редактирования схемы с панелью инструментов и пространством, на котором будет размещена схема.

На полосе инструментов в верхней части слева находятся основные команды:

Повернуть элемент
Удалить
Масштабировать по размерам экрана
Отмена
Повтор

Кнопки в правой части панели:

Отобразить панель программирования, и отладки
Отобразить панель библиотеки компонентов
Запустить симулятор схемы
Экспорт в Eagle .brd
Поделиться

В целом интерфейс достаточно прост, не перегружен лишними элементами и интуитивно понятен. Практически любые операции можно выполнить «на ощупь».

Типы анализа

Для радиолюбителей и самодельщиков есть всё в этом китайском магазине.

ПО платное, но есть бесплатная дневная ознакомительная версия. Circuit Sims : Это был один из первых вебов исходя из эмуляторов электроцепи с открытым кодом я тестировал несколько лет назад. Программа работает, начиная от Windows 98 и заканчивая Windows 7.

Можно заключить, что несмотря на свои недостатки Qucs представляет собой весьма достойную альтернативу проприетарным САПР для моделирования электронных схем.

Дополнительно данный софт имеет в своем составе множество показательных образцов. Система является достаточно стабильной и надежной, легка в освоении и работе. Некоторые из приложений платные, но у них есть демо версии с которыми можно подробно ознакомиться.

Файлы также можно экспортировать во многие форматы, включая JSON. Все полученные условными приборами информационные данные сохраняются в памяти компьютера. Программа имеет возможность создавать: разнообразные инженерные и технические рисунки; электронные схемы; составлять эффектные презентации; разрабатывать организационные схемы, маркетинговые и многие другие. Давайте перенесем щупы к лампочке и поставим измерение постоянного напряжения с пределом 20 Вольт.

Особенности симулятора электрических схем Qucs

По желанию производитель предлагает относительно недорогую конструкцию печатной платы в соответствии с созданной конструкцией. Я представляю, на сколько облегчают труд подобные программы. Существует множество бесплатных версий. Ведётся разработка системы синтеза активных фильтров для Qucs ожидается в версии 0.

Отличная анимация движения и импульсов токов, а также зарядки и разрядки конденсаторов. Я представляю, на сколько облегчают труд подобные программы. Более подробную информацию о программе вы можете найти на нашем сайте. Для управления сложными схемами включена возможность разворачивания подсхем и формирования блоков. Эх, раньше бы создали эту прогу Ответить Ответить с цитатой Цитировать владимир

Бесплатная версия программы не позволяет создавать электронные схемы в коммерческих целях. Суммарное напряжение последовательно соединенных батареек 3 вольта. Circuit Sims 2. Это измерительные щупы. Программное обеспечение Quite Universal Circuit Simulator является редактором с графическим интерфейсом с комплексом технических возможностей для конструирования схем. Как работает транзистор? Режим ТТЛ логика / Усиление. Анимационный обучающий 2d ролик. / Урок 1

Подводя итоги

В завершении этой статьи – краткого знакомства с новым интересным сервисом Tinkercad Arduino Circuits, хотелось бы еще раз подчеркнуть его ключевые возможности: визуальный редактор схем, визуальный и текстовые редакторы кода, режим отладки, режим симуляции схем, возможность экспорта полученных скетчей и электрических схем в реальные проекты. Возможно, по отдельности каждая из этих возможностей лучше реализована в других мощных инструментах, но собранные вместе, да еще и в виде удобного, простого для освоения web-сервиса, они делают Tinkercad крайне полезным для любого, особенно начинающего, ардуинщика.

Судя по всему, сервис продолжает активно развиваться (небольшие апдейты и улучшения производятся непрерывно), так что, надеюсь, мы еще вернемся к этой теме в наших статьях.

7: 123DCircuits

123D Circuits включает в себя целый перечень полезных возможностей для создания электросхем. После единоразовой регистрации на сайте (при последующих входах нужно будет вносить данные учетной записи) пользователь может выбирать между разными опциями: создание нового проекта, добавление элементов или импорт цепей из программы Eagle. Размеры плат тоже предоставляются на выбор, кроме того, поддерживается свободное размещение текста и метод шелкографии.

Основная особенность 123D Circuits – это копирование платформы Arduino, поддержка плат ввода/вывода и возможность корректировки кода программы из браузера в видимом режиме.

Моделируются электросхемы в редакторе при помощи набрасывания проводов и нужных элементов на макетную плату, после этого они подключаются к виртуальному процессору. Кроме того, в программе всегда можно проводить диагностику, анализ и интерактивную имитацию работы цепи в реальности.

Библиотека элементов сейчас совсем небольшая, доступны образцы только главных элементов: электронный элемент с 2 электродами, светоизлучающий диод, двухполюсник с малой проводимостью, индуктивность, сопротивление, транзистор, кнопка, потенциометр, DC-мотор, мультиметр и некоторые другие. При этом мощный и одновременно простой редактор позволяет добавлять новые радиокомпоненты, которые требуются в проекте.

Работа с виртуальной средой начинается сразу после внесения необходимых личных данных на сайте. В разделе Help можно найти ответы на все вопросы, которые касаются работы с этим продуктом. Бесплатная версия системы предлагает большое количество схем (т. е. доступных любому пользователю).

При ежемесячной оплате в $12 (любительский вариант) пользователю становятся доступными 5 личных схем и скидка в 5% на заказ печатных плат. Можно воспользоваться и профессиональным тарифным планом – $25 долларов в месяц, который дает скидку в 5% на заказ PCB и безлимитное количество личных схем.

Веб-приложение не предъявляет особых требований к гаджетам пользователей. Достаточно бесперебойного соединения с интернетом на высокой скорости. Несмотря на то что программа 123D Circuits рекомендована для создания электрических цепей устройств среднего и высокого уровней сложности, некоторые этапы работы (в частности создание нового проекта, симуляция и анализ) занимают длительное время.

10 лучших бесплатных онлайн симуляторов электроцепи

РадиоКот >Чердак >

10 лучших бесплатных онлайн симуляторов электроцепи

Список бесплатных программ моделирования электронной цепи онлайн очень полезный для вас. Эти симуляторы электроцепи, которые я предлагаю, не нужно быть загружен в компьютере, и они могут работать непосредственно с веб-сайта.

1. EasyEDA дизайн электронной цепи, моделирование цепи и PCB дизай:
EasyEDA удивительный бесплатный онлайн симулятор электроцепи, который очень подходит для тех, кто любит электронную схему. EasyEDA команда стремится делать сложную программу дизайна на веб-платформе в течение нескольких лет, и теперь инструмент становится замечательным для пользователей. Программная среда позволяет тебя сам проектировать схему. Проверить операцию через симулятор электроцепи. Когда вы убедитесь функцию цепи хорошо, вы будете создавать печатную плату с тем же программным обеспечением. Есть более 70,000+ доступных диаграмм в их веб-базах данных вместе с 15,000+ Pspice программами библиотеки. На сайте вы можете найти и использовать множество проектов и электронных схем, сделанные другими, потому что они являются публичными и открытыми аппаратными оснащениями. Он имеет некоторые довольно впечатляющие варианты импорта (и экспорта). Например, вы можете импортировать файлы в Eagle, Kikad, LTspice и Altium проектант, и экспортировать файлы в .PNG или .SVG. Есть много примеров на сайте и полезных программ обучения, которые позволяют людей легко управлять.

2. Circuit Sims: Это был один из первых вебов исходя из эмуляторов электроцепи с открытым кодом я тестировал несколько лет назад. Разработчик не удалось повысить качество и увеличить графический интерфейс пользователя.

3. DcAcLab имеет визуальные и привлекательные графики, но ограничивается моделированием цепи. Это несомненно отличная программа для обучения, очень проста в использовании. Это делает вас видеть компоненты, как они сделаны. Это не позволит вам проектировать схему, но только позволит сделать практику.

4. EveryCircuit представляет собой электронный эмулятор онлайн с хорошими сделанными графиками. Когда вы входите в онлайн программу, и она будет просить вас создать бесплатный счет, чтобы вы можете сохранить ваши проекты и иметь ограниченную часть площади рисовать вашу схему. Чтобы использовать его без ограничений, требующих годовой взнос в размере $ 10. Он можно скачивать и использоваться на платформах Android и iTunes. Компоненты имеют ограниченную способность имитировать с небольшими минимальными параметрами. Очень просто в использовании, он имеет прекрасную систему электронного дизайна. Она позволяет вам включать (вставлять) моделирование в ваши веб-страницы.

5. DoCircuits: Хотя она оставляет людям первое впечатление от путаницы о сайте, но она дает много примеров о том, как работает программа, можно видеть себя на видео «будет начать в пять минут». Измерения параметров электронной схемы продемонстрируют с реалистичными виртуальными инструментами.

6. PartSim электронный симулятор схемы онлайн. Он был способным к моделированию. Вы можете рисовать электрические схемы и протестировать их. Он еще новый симулятор, так что есть несколько компонентов, чтобы сделать моделирования для выбора.

7. 123D Circuits Активная программа разработана AutoDesk, она позволяет вам создавать схему, можно увидеть её на макетной плате, использовать платформу Arduino, имитировать электронную схему и окончательно создать PCB. Компоненты продемонстрируются в 3D в их реальной форме. Вы можете запрограммировать Arduino непосредственно из этой программы моделирования, (она) действительно производит глубокое впечатление.

8. TinaCloud Эта программа моделирования имеет усовершенствованные возможности. Она позволяет вам моделировать, в дополнение к обычным схемам со смешанными сигналами, и микропроцессорами, VHDL, SMPS поставки электричества и радио частотных цепей. Расчеты для электронного моделирования выполняются непосредственно на сервере компании и позволяют отличную скорость моделирования

9.Spicy schematics является программой формы cross-plat, все формы платформы можно поддерживать, в том числе iPad.

10. Gecko simulations представляют собой программы моделирования, специализирующаяся на открытый код и питания цепей. С помощью этой программы вы также можете проверить способность тепловой энергии схемы. Это программа является отпочкованием ETH (ETH Zurich).

Файлы:
Документ MS Word
Документ MS Word

Все вопросы в Форум.

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Часто задаваемые вопросы — Документация

Часто задаваемые вопросы

Общий

Цепи сохранения и обмена

Редактор схем

Моделирование

Подписки и биллинг CircuitLab Premium

Какова цена на программное обеспечение CircuitLab?

Мы верим в потребность в мощной открытой платформе для ускорения проектирования электроники и систем и работаем над ее разработкой для инженеров, академических пользователей и любителей по всему миру.Мы считаем, что тарифные планы должны быть прозрачными, доступными и должны обеспечивать баланс между развитием платформы и обеспечением доступности этих инструментов для инженеров, создающих мир будущего.

CircuitLab предлагает множество планов для продления и разовой подписки через нашу систему «Начало работы с CircuitLab».

Мы также предлагаем широкий выбор лицензий для всего сайта, плавающих лицензий и групповых лицензий, чтобы сделать CircuitLab доступным для всей вашей организации.

CircuitLab Student Edition доступен для всех студентов, сотрудников и преподавателей аккредитованных колледжей и университетов. (Требуется действующий адрес электронной почты EDU.)

Мы рады предложить подписку со значительной скидкой для некоммерческих любителей и энтузиастов.

Нужно ли мне создавать учетную запись для использования CircuitLab?

Учетная запись не требуется, чтобы попробовать редактор и инструменты моделирования. Вы можете просто открыть любую страницу схемы (см. Примеры схем) и нажать «Открыть в редакторе», чтобы начать работу.

Создание учетной записи CircuitLab дает вам дополнительное время для оценки нашей бесплатной пробной версии и позволяет вам присоединиться к сообществу CircuitLab через нашу страницу «Начало работы с CircuitLab».

Работает ли CircuitLab в Windows, Mac OS X и Linux?

Да, да и да. 🙂

См. Системные требования.

Требуется ли для CircuitLab определенный веб-браузер?

Мы рекомендуем Google Chrome или Mozilla Firefox.

См. Системные требования.

Работает ли CircuitLab на планшетных или сенсорных компьютерах, таких как Apple iPad?

CircuitLab работает на iPad через браузер Mobile Safari. Для получения дополнительной информации см. Нашу документацию по сенсорному интерфейсу, объявление о выпуске iPad и демонстрационное видео.

Выполняет ли CircuitLab моделирование на моем компьютере или на серверах CircuitLab?

Все моделирование схем запускается в вашем веб-браузере на вашем компьютере. Моделирование будет выполняться быстрее, если у вас более быстрый компьютер или если вы используете веб-браузер с более быстрым движком JavaScript.

Работает ли CircuitLab в автономном режиме?

CircuitLab можно использовать в автономном режиме, если он был установлен через Интернет-магазин Chrome. См. Как использовать CircuitLab в автономном режиме?

Требуется ли CircuitLab подключение к Интернету для работы?

Нет. Если вы используете браузер Chrome и установили приложение CircuitLab Chrome, CircuitLab может работать без подключения к Интернету. Чтобы установить приложение CircuitLab Chrome, зайдите в наше приложение в Интернет-магазине Chrome и нажмите «Добавить в Chrome».

Для других браузеров требуется подключение к Интернету для запуска CircuitLab.

Как использовать CircuitLab в автономном режиме?

Чтобы включить CircuitLab для использования в автономном режиме:

Войдите в CircuitLab.
Установите CircuitLab из Интернет-магазина Chrome.
Запустите CircuitLab хотя бы один раз в интерактивном режиме.
CircuitLab теперь готов к использованию в автономном режиме. Перейдите на вкладку «Приложения» в веб-браузере Chrome, чтобы запустить CircuitLab.
Любые схемы, которые вы создаете или изменяете в автономном режиме, будут синхронизированы с вашим рабочим местом, когда вы вернетесь в онлайн.

Все ли функции CircuitLab доступны в автономном режиме?

Нет, но большинство из них. В автономном режиме вы можете создавать, открывать, сохранять, редактировать и моделировать свои схемы. Единственное, что вы не можете сделать, это визуализировать схему вашей схемы (например, экспортировать в PDF, SVG и т. Д.). Однако, когда вы вернетесь в онлайн, CircuitLab синхронизирует изменения, внесенные вами в рабочее место, и вы сможете экспортировать свои схемы.

Могу ли я дать ссылку прямо на страницу моей схемы?

Да! Вам предлагается сделать свою схему общедоступной и дать ссылку непосредственно на страницу схемы.Это позволяет людям просматривать вашу схему, ваши заметки, делать комментарии (если вы решите включить их), а также редактировать и запускать моделирование с параметрами, которые вы сохранили.

Могу ли я напрямую ссылаться на изображения моей схемы, созданные CircuitLab?

Да! У нас есть несколько размеров скриншотов. После того, как вы сделаете свою схему общедоступной, найдите раздел «Схемы PNG» в разделе «Связать и поделиться» на странице вашей схемы.

Могу ли я скопировать схематическое изображение, созданное CircuitLab, и разместить его в моем собственном блоге / веб-сервере / сайте?

Да! Конечно, мы рекомендуем вам также сделать ссылку на страницу схемы, чтобы ваши читатели могли напрямую перейти в редактор и поиграть с вашей схемой в CircuitLab.

Если я открою чью-то цепь и сохраню ее, будет ли она перезаписана схемой этого человека?

Нет. Если вы откроете чужой канал, а затем сохраните, вы сохраните копию этого канала в своей учетной записи.

Могу ли я импортировать свои схемы из другого инструмента в CircuitLab?

Не на этот раз.

Могу ли я экспортировать схемы CircuitLab в другой инструмент?

Не на этот раз.

Как мне добавить элементы схемы в мою схему?

Щелкните один раз на элементе в Build Box, затем переместите указатель мыши в пустую область на схематической сетке и щелкните, чтобы разместить элемент.См. Режим сборки.

Могу ли я использовать символы резисторов IEC / европейского образца?

Да. Вы можете редактировать отдельные резисторы / индукторы / потенциометры или можете выбрать стиль по умолчанию для всех новых схем, нарисованных в вашей учетной записи CircuitLab.

Могу ли я рисовать текст, прямоугольники и т. Д. Поверх схемы, чтобы добавить информацию или сохранить ее организованность?

Да. В окне сборки прокрутите вниз до «Инструменты аннотации».

Как установить параметры компонента?

После размещения компонента на схеме (см. Как добавить элементы схемы в схему?) Просто дважды щелкните его в режиме сборки, чтобы открыть окно редактора параметров.См. Режим сборки.

Как я могу скрыть определенные текстовые метки компонентов, если я не хочу, чтобы они были видны в моей схеме?

Если вы используете редактор схем только для рисования и, например, хотите показать резистор только с его именем «R1», но без значения, просто отредактируйте параметры этого резистора и оставьте поле сопротивления пустым. Эта схема больше не будет имитировать, но будет отображаться так, как вам нравится.

Для таких деталей, как транзисторы, с моделями деталей, чтобы скрыть номер детали, необходимо отменить связь экземпляра элемента схемы с моделью с помощью параметра «Редактировать отдельные параметры» в поле параметров.

Как мне получить доступ к схематическим изображениям PNG и PDF?

Схемы PNG и PDF создаются и размещаются на серверах CircuitLab и доступны только после сохранения схемы. После сохранения вы найдете PNG и кнопку «Распечатать PDF» на странице схемы.

Учетная запись CircuitLab необходима для сохранения и создания файлов PNG и PDF. См. Нужно ли мне создавать учетную запись для использования CircuitLab?

Существуют ли ограничения на количество узлов или компонентов для редактора схем?

План CircuitLab Micro ограничен 10 компонентами на схему.

Все остальные планы безлимитные.

В настоящее время границы области схематического рисования велики, но не безграничны.

Как я могу добавить в схему нестандартную ИС или разводку контактов разъема?

В окне сборки прокрутите вниз до «Инструменты аннотации» и найдите кнопку «Пользовательская деталь». Это позволит вам указать количество контактов и назвать отдельные контакты по желанию.

Результирующий компонент предназначен только для отображения и будет рассматриваться как полностью разомкнутый с точки зрения моделирования схемы.

Существуют ли ограничения на количество узлов или компонентов для моделирования?

План CircuitLab Micro ограничен 10 компонентами на схему.

Все остальные планы безлимитные.

На практике ограничения симулятора сильно зависят от вашей схемы, количества компонентов и, в частности, количества нелинейных компонентов, таких как транзисторы, и топологии того, как эти нелинейные компоненты взаимодействуют друг с другом. Более того, даже большие схемы не должны «давать сбой» симулятору до тех пор, пока не будут достигнуты ограничения памяти компьютера — они просто будут моделировать довольно медленно.Если вы готовы дождаться ответов, CircuitLab постарается их предоставить!

Какие выражения я могу использовать при настройке числовых параметров?

Поддерживаются основные математические операции.

Например, если у вас есть резистор 100 Ом и конденсатор, образующий фильтр нижних или верхних частот, и вы хотите, чтобы частота среза составляла 5000 Гц, вы можете использовать поле параметров, чтобы указать емкость конденсатора как «1. / (2 * PI * 5000 * 100) «, и симулятор правильно интерпретирует это как приблизительно 318 нФ.

Подмножество выражений для построения графиков доступно для настройки параметров компонентов в симуляторе.

Какие выражения я могу оценивать и строить?

См. Выражения.

Какие допущения сделаны в различных компонентных моделях?

См. Элементы схемы.

Как я могу смоделировать свои любимые номера деталей BJT, MOSFET, диода, светодиода, операционного усилителя и т. Д.?

У нас есть документация по моделям компонентов — см. Элементы схемы.

Каждый параметр имеет единицы измерения, показанные в поле параметра, и дополнительно имеет краткое описание, отображаемое в нижней части окна параметра, когда это поле активно. Объединение этой информации с существующими техническими описаниями деталей и моделями SPICE, доступными в Интернете, должно позволить опытным пользователям приблизительно оценить поведение устройства.

Одна из замечательных особенностей CircuitLab заключается в том, что довольно легко построить, например, настройку DC Sweep для генерации характеристических кривых BJT, MOSFET или диода.Затем вы можете настроить параметры вашей модели, пока ваши кривые, созданные CircuitLab, не будут точно приближаться к кривым из таблицы!

Мы надеемся упростить добавление пользовательских моделей устройств в будущем. Пожалуйста, дайте нам знать о конкретных номерах деталей, которые вам нравятся, на форумах, так как мы хотели бы поддерживать полезный первоначальный список моделей компонентов.

Как я могу сохранить настройки пользовательской детали для повторного использования в другой схеме?

В настоящее время нет возможности сохранить пользовательскую модель детали, но пока вы можете скопировать и вставить элемент из одного окна браузера в другое, и вы обнаружите, что все его параметры будут скопированы и вставлены вместе с ним!

Поддерживаются ли произвольные поведенческие источники?

Источники напряжения и тока произвольного поведения в настоящее время поддерживаются, но являются экспериментальными в симуляторе CircuitLab.Это мощные инструменты, но они могут вызвать проблемы с конвергенцией.

Чтобы узнать больше, прочитайте Поведенческие источники и выражения.

Поддерживаются ли кусочно-линейные (PWL) и кусочно-шаговые (PWS) источники?

Функции PWL, PWS, PWLREPEAT и PWSREPEAT доступны для построения входных сигналов напряжения и тока произвольной формы. Например, источник напряжения с параметром «V», установленным на «PWL (0,0,1,5,4,5,5,0)», будет генерировать импульс с фронтами в одну секунду.

Чтобы узнать больше, прочитайте Поведенческие источники и выражения.

Почему моя схема не имитирует?

У вас есть клемма заземления? У каждой непересекающейся подсхемы есть клемма заземления? Или, что то же самое, есть ли у каждого узла (названного или нет) некоторый (постоянный ток) путь к земле?

Есть ли места, где закорочены источники напряжения? Подключены ли какие-либо источники напряжения напрямую к другому источнику напряжения?

Остались ли источники тока разомкнутыми? Есть ли места, где источники тока не смогут поглощать или давать указанный ток?

Есть ли у нескольких элементов схемы одно и то же имя (например, два «R1»)?

Все ли элементы имеют разумные и поддающиеся синтаксическому анализу значения для всех параметров?

Есть ли несколько цифровых выходов, борющихся за управление одним и тем же выходным узлом?

Почему решатель постоянного тока сообщает «Невозможно получить решение»?

Обычно это указывает на структурную проблему вашей схемы, которую симулятор не может решить.По возможности упростите схему и попытайтесь изолировать части, которые приводят к сбою моделирования.

См. Почему моя схема не имитирует ?.

Почему решатель частотной области говорит: «Решение рабочей точки не выполнено. Прерывание.»?

Решатель частотной области создает линеаризованную модель аналоговой системы с малым сигналом. Линеаризация происходит относительно рабочей точки постоянного тока схемы. Если симулятор не может получить решение постоянного тока для схемы, у него нет модели для линеаризации.

Перед запуском моделирования в частотной области всегда убедитесь, что моделирование постоянного тока работает и что все элементы правильно смещены. См. Моделирование в частотной области.

Чтобы исправить решение для рабочей точки постоянного тока, см. Почему моя схема не имитирует? и Почему решающая программа постоянного тока сообщает «Невозможно получить решение» ?.

Почему симулятор говорит: «Предупреждение: сбой нелинейной сходимости. С подозрением относитесь к результатам.»?

В то время как симулятор смог найти решение схемы, он нашел такое, которое ему не понравилось — либо потому, что уравнения не сходились до необходимого уровня точности, либо потому, что решение было колебательным или хаотическим.Это может происходить в самых разных ситуациях, особенно в схемах с высоким коэффициентом усиления в конфигурациях обратной связи. Вам следует повторно проверить все соединения транзисторов, убедиться, что предусмотрены подходящие пути для тока базы / затвора, все транзисторы правильно ориентированы и т. Д.

Это предупреждение следует рассматривать как указание на то, что, скорее всего, результаты симулятора для этой схемы неверны. Если вы видите это в режиме решателя постоянного тока, имейте в виду, что то же самое предупреждение применимо и ко всем другим режимам!

Могу ли я установить начальное напряжение на конденсаторе или начальный ток через катушку индуктивности?

В настоящее время нет явного способа пометить конденсатор или катушку индуктивности начальным зарядом / напряжением или магнитным потоком / током.

Однако того же эффекта обычно можно достичь, используя источник напряжения или тока плюс управляемый по времени переключатель (переключение при t = 0).

Почему моделирование во временной области показывает большие, нереалистичные всплески напряжения или тока?

Как и в любом симуляторе схем, моделирование схемы во временной области включает в себя приближение уравнений схемы с непрерывным временем к уравнениям с дискретным временем, используемым компьютером. Иногда всплески, которые вы увидите, соответствуют реальным физическим эффектам (например, всплеску напряжения при быстром переключении тока через индуктивную нагрузку).В других случаях они соответствуют ошибкам, внесенным из-за характера моделирования схемы, особенно когда они смежны с нелинейным переходом, таким как состояние переключения переключателя / транзистора — «сбой в матрице», если хотите. Изменение временного шага моделирования может облегчить эти условия при некоторых обстоятельствах. В любом случае такие вещи случаются, и пользователь должен здраво рассудить, чтобы решить, возможен ли эффект или нет.

Могу ли я использовать CircuitLab для коммерческой деятельности?

Коммерческая деятельность включает использование программного обеспечения на работе в качестве сотрудника или подрядчика или любую другую деятельность с целью получения коммерческой выгоды.

Подписчики наших планов «CircuitLab Pro» и «CircuitLab Enterprise» включают лицензию на использование программного обеспечения в коммерческих целях. Эти планы доступны на нашей странице обновления CircuitLab для профессионалов. Ограниченное коммерческое использование бесплатной пробной версии CircuitLab разрешено для оценки программного обеспечения для покупки. В противном случае коммерческое использование запрещено.

Доступна ли годовая оплата?

Да, наши годовые планы подписки предлагают значительные скидки по сравнению с нашими ежемесячными планами.Вы можете найти их через нашу систему «Начало работы с CircuitLab».

Доступны ли для моей компании групповые скидки?

Мы будем работать с вашей организацией, чтобы предоставить премиальную подписку CircuitLab для каждого инженера. Пожалуйста, свяжитесь с нами для уточнения деталей.

Доступны ли скидки для академических пользователей?

Теперь мы предлагаем бесплатную версию CircuitLab Student Edition для студентов, сотрудников и преподавателей участвующих колледжей и университетов.Для участия ваше учебное заведение должно приобрести лицензию на использование сайта на нашей странице Программы академических учреждений, а учащиеся должны иметь официальные адреса электронной почты школы.

Если ваш колледж или университет еще не участвует — или вы просто изучаете электронику самостоятельно — план CircuitLab Micro — это план с большой скидкой и некоторыми ограничениями, предназначенный исключительно для использования студентами. Это доступно через нашу систему «Начало работы с CircuitLab».

Могу ли я заплатить кредитной картой, банковским переводом, бумажным чеком или заказом на покупку?

Кредитные и дебетовые карты принимаются мгновенно через нашу онлайн-систему Get Started with CircuitLab.Другие способы оплаты требуют ручной обработки и могут быть доступны для заказов на сумму более 1000 долларов США. Пожалуйста, свяжитесь с нами для уточнения деталей.

«Вернуться к содержанию

Компьютерное моделирование электрических цепей | Закон Ома

Компьютеры могут быть мощным инструментом при правильном использовании, особенно в области науки и техники. Существует программное обеспечение для моделирования электрических цепей с помощью компьютера, и эти программы могут быть очень полезны, помогая разработчикам схем проверять идеи перед построением реальных схем, экономя много времени и денег.

На протяжении всей этой книги я буду часто использовать компьютерные распечатки схем моделирования, чтобы проиллюстрировать важные концепции.Наблюдая за результатами компьютерного моделирования, учащийся может получить интуитивное представление о поведении схемы без запугивания абстрактного математического анализа.

Моделирование схем с помощью SPICE

Чтобы моделировать схемы на компьютере, я использую специальную программу под названием SPICE, которая работает, описывая схему для компьютера с помощью списка текста. По сути, этот список является своего рода компьютерной программой и должен соответствовать синтаксическим правилам языка SPICE.

Затем компьютер используется для обработки или «запуска» программы SPICE, которая интерпретирует текстовый листинг, описывающий схему, и выводит результаты его подробного математического анализа, также в текстовой форме. Многие детали использования SPICE описаны в томе 5 («Справочник») этой серии книг для тех, кто хочет получить больше информации. Здесь я просто представлю основные концепции, а затем применим SPICE для анализа этих простых схем, о которых мы читали.

Далее нам нужна схема для анализа SPICE. Давайте попробуем одну из схем, показанных ранее в этой главе. Вот его принципиальная схема:

Эта простая схема состоит из батареи и резистора, соединенных напрямую вместе.Мы знаем напряжение батареи (10 В) и сопротивление резистора (5 Ом), но ничего больше о схеме. Если мы опишем эту схему для SPICE, она сможет сказать нам (по крайней мере), какой ток у нас есть в цепи, используя закон Ома (I = E / R).

SPICE — это текстовая программа

SPICE не может напрямую понять схематическую диаграмму или любую другую форму графического описания. SPICE — это текстовая компьютерная программа, которая требует, чтобы схема была описана с точки зрения ее составляющих компонентов и точек подключения.Каждая уникальная точка подключения в цепи описывается для SPICE номером «узла». Точки, которые являются электрически общими друг с другом в моделируемой цепи, обозначаются как таковые, имея одинаковый номер.

Было бы полезно думать об этих числах как о номерах «проводов», а не о номерах «узлов», следуя определению, данному в предыдущем разделе. Вот как компьютер узнает, что к чему подключено: через общие номера проводов или узлов. В нашей примерной схеме у нас есть только два «узла»: верхний провод и нижний провод.SPICE требует, чтобы где-то в цепи был узел 0, поэтому мы обозначим наши провода 0 и 1:

На приведенной выше иллюстрации я показал несколько меток «1» и «0» вокруг каждого соответствующего провода, чтобы подчеркнуть концепцию общих точек, имеющих общие номера узлов, но все же это графическое изображение, а не текстовое описание. SPICE должен иметь значения компонентов и номера узлов, данные ему в текстовой форме, прежде чем можно будет продолжить любой анализ.

Использование текстового редактора для создания файлов SPICE

Создание текстового файла на компьютере включает использование программы, называемой текстовым редактором .Подобно текстовому процессору, текстовый редактор позволяет вам вводить текст и записывать то, что вы набрали, в виде файла, хранящегося на жестком диске компьютера. В текстовых редакторах отсутствует возможность форматирования текстовых процессоров ( курсив , полужирный или подчеркнутые символы), и это хорошо, поскольку такие программы, как SPICE, не знают, что делать с этой дополнительной информацией. Если мы хотим создать текстовый файл, в котором абсолютно ничего не записано, кроме символов клавиатуры, которые мы выбираем, текстовый редактор — это инструмент, который следует использовать.

При использовании операционной системы Microsoft, такой как DOS или Windows, с системой легко доступны несколько текстовых редакторов. В DOS есть старая программа редактирования текста Edit , которую можно вызвать, набрав edit в командной строке. В Windows (3.x / 95/98 / NT / Me / 2k / XP) текстовый редактор Notepad — ваш стандартный выбор.

Доступно множество других программ для редактирования текста, а некоторые даже бесплатны. Я использую бесплатный текстовый редактор под названием Vim и запускаю его в операционных системах Windows 95 и Linux.Неважно, какой редактор вы используете, поэтому не беспокойтесь, если скриншоты в этом разделе не будут похожи на ваши; здесь важна , что вы набираете , а не , какой редактор вы используете.

Чтобы описать эту простую двухкомпонентную схему в SPICE, я начну с вызова программы текстового редактора и ввода строки «заголовка» для схемы:

Мы можем описать батарею для компьютера, набрав строку текста, начинающуюся с буквы «v» (для «Источник напряжения»), указав, к какому проводу подключается каждая клемма батареи (номера узлов), и напряжение, вот так:

Эта строка текста сообщает SPICE, что у нас есть источник напряжения, подключенный между узлами 1 и 0, постоянный ток (DC), 10 вольт.Это все, что нужно знать компьютеру о батарее. Теперь обратимся к резистору: SPICE требует, чтобы резисторы были описаны буквой «r», номерами двух узлов (точек соединения) и сопротивлением в омах. Поскольку это компьютерное моделирование, указывать номинальную мощность резистора не нужно. В «виртуальных» компонентах есть одна хорошая черта: им не могут повредить чрезмерное напряжение или ток!

Теперь SPICE будет знать, что между узлами 1 и 0 подключен резистор со значением 5 Ом.Эта очень короткая строка текста сообщает компьютеру, что у нас есть резистор («r»), подключенный между теми же двумя узлами, что и батарея (1 и 0), со значением сопротивления 5 Ом.

Если мы добавим в эту коллекцию команд SPICE оператор .end, чтобы указать конец описания схемы, у нас будет вся необходимая SPICE информация, собранная в одном файле и готовая к обработке. Это описание схемы, состоящее из строк текста в компьютерном файле, технически известно как список соединений или deck :

Перемещение файлов текстового редактора в SPICE

После того, как мы закончили вводить все необходимые команды SPICE, нам нужно «сохранить» их в файл на жестком диске компьютера, чтобы SPICE мог ссылаться на него при вызове.Так как это мой первый список соединений SPICE, я сохраню его под именем «circuit1.cir» (настоящее имя может быть произвольным).

Вы можете выбрать для своего первого списка соединений SPICE совершенно другое имя, при условии, что вы не нарушаете никаких правил именования файлов для вашей операционной системы, например, используя не более 8 + 3 символов (восемь символов в имени и три символы в расширении: 12345678.123) в DOS.

Для вызова SPICE (скажите ему обработать содержимое схемы 1.cir netlist), мы должны выйти из текстового редактора и получить доступ к командной строке («приглашение DOS» для пользователей Microsoft), где мы можем ввести текстовые команды, которым операционная система компьютера будет подчиняться.

Этот «примитивный» способ вызова программы может показаться архаичным пользователям компьютеров, привыкшим к графической среде «укажи и щелкни», но это очень мощный и гибкий способ решения задач.

Помните, что то, что вы делаете здесь, используя SPICE, представляет собой простую форму компьютерного программирования, и чем удобнее вы будете давать компьютеру команды в текстовой форме, которым нужно следовать — в отличие от простого нажатия на изображения значков с помощью мыши — больше мастерства вы будете иметь над своим компьютером.

В командной строке введите эту команду, а затем нажмите клавишу [Enter] (в этом примере используется имя файла circuit1.cir; если вы выбрали другое имя файла для файла списка соединений, замените его):

специя  Вот как это выглядит на моем компьютере (работающем под управлением операционной системы Linux) непосредственно перед нажатием клавиши [Enter]:
 Как только вы нажмете клавишу [Enter] для выполнения этой команды, текст из вывода SPICE должен прокрутиться на экране компьютера.Вот снимок экрана, показывающий, что SPICE выводит на моем компьютере (я увеличил окно «терминала», чтобы показать вам полный текст. В терминале обычного размера текст легко превышает длину одной страницы):
 SPICE начинается с повторения списка соединений со строкой заголовка и оператором .end. Примерно в середине симуляции он отображает напряжение на всех узлах относительно узла 0. В этом примере у нас есть только один узел, кроме узла 0, поэтому он отображает напряжение там: 10.0000 вольт.
 Затем он отображает ток через каждый источник напряжения. Поскольку у нас есть только один источник напряжения во всей цепи, он отображает только ток через него. В этом случае ток источника составляет 2 ампера. Из-за необычного способа, которым SPICE анализирует ток, значение 2 ампера выводится как отрицательное (-) 2 ампера.
 Последняя строка текста в отчете об анализе компьютера - «общая рассеиваемая мощность», которая в данном случае выражается как «2,00E + 01» ватт: 2,00 x 101, или 20 ватт.SPICE выводит большинство цифр в научном представлении, а не в нормальном (с фиксированной точкой).
 Хотя сначала это может показаться более запутанным, на самом деле это менее запутанно, когда задействованы очень большие или очень маленькие числа. Подробности научных обозначений будут рассмотрены в следующей главе этой книги.
 Одним из преимуществ использования «примитивной» текстовой программы, такой как SPICE, является то, что обрабатываемые текстовые файлы чрезвычайно малы по сравнению с другими форматами файлов, особенно графическими форматами, используемыми в другом программном обеспечении для моделирования схем.
 Кроме того, тот факт, что вывод SPICE представляет собой простой текст, означает, что вы можете направить вывод SPICE в другой текстовый файл, где он может быть обработан. Для этого мы повторно отправляем команду операционной системе компьютера на вызов SPICE, на этот раз перенаправляя вывод в файл, который я назову «output.txt»:
 SPICE на этот раз будет работать «тихо», без вывода потока текста на экран компьютера, как раньше. Будет создан новый файл output1.txt, который вы можете открыть и изменить с помощью текстового редактора или текстового редактора.Для этой иллюстрации я воспользуюсь тем же текстовым редактором ( Vim ), чтобы открыть этот файл:
 Теперь я могу свободно редактировать этот файл, удаляя любой посторонний текст (например, «баннеры», показывающие дату и время), оставляя только текст, который я считаю подходящим для анализа моей схемы:
 После соответствующего редактирования и повторного сохранения под тем же именем файла (output.txt в этом примере) текст может быть вставлен в любой вид документа, при этом «простой текст» является универсальным форматом файла почти для всех компьютерных систем.Я даже могу включить его прямо в текст этой книги, а не в виде графического изображения «снимок экрана», например:
мой первый кругооборот
 v 1 0 постоянного тока 10
 г 1 0 5
 .конец
 напряжение узла
 (1) 10,0000
 токи источника напряжения
 имя текущее
 v -2.000E + 00
 общая рассеиваемая мощность 2,00E + 01 Вт
 
 Между прочим, это предпочтительный формат для вывода текста из моделирования SPICE в этой серии книг: в виде реального текста, а не в виде графических снимков экрана.
 Изменение значений в SPICE 
 Чтобы изменить значение компонента в симуляции, нам нужно открыть файл списка соединений (circuit1.cir) и внесите необходимые изменения в текстовое описание схемы, затем сохраните эти изменения с тем же именем файла и повторно вызовите SPICE в командной строке.
 Этот процесс редактирования и обработки текстового файла знаком каждому программисту. Одна из причин, по которой мне нравится преподавать SPICE, заключается в том, что он подготавливает ученика к тому, чтобы думать и работать как компьютерный программист, и это хорошо, потому что компьютерное программирование - важная область работы с передовой электроникой.
 Ранее мы исследовали последствия изменения одной из трех переменных в электрической цепи (напряжения, тока или сопротивления), используя закон Ома для математического предсказания того, что произойдет.Теперь давайте попробуем сделать то же самое с помощью SPICE, чтобы провести вычисления за нас.
 Если бы мы утроили напряжение в нашей последней примерной схеме с 10 до 30 вольт и сохранили сопротивление цепи неизменным, мы бы ожидали, что ток также утроится. Давайте попробуем это, изменив имя нашего файла списка соединений, чтобы не перезаписать первый файл.
 Таким образом, у нас будет  и  версий моделирования схем, сохраненных на жестком диске нашего компьютера для использования в будущем. Следующий текстовый листинг представляет собой результат работы SPICE для этого измененного списка соединений, отформатированный как обычный текст, а не как графическое изображение экрана моего компьютера:
Схема второго примера
 в 1 0 постоянного тока 30
 г 1 0 5
 .конец
 напряжение узла
 (1) 30,0000
 токи источника напряжения
 имя текущее
 v -6.000E + 00
 общая рассеиваемая мощность 1.80E + 02 Вт
 
 Как и ожидалось, с увеличением напряжения ток увеличился в три раза. Раньше ток составлял 2 ампера, но теперь он увеличился до 6 ампер (-6,000 x 100). Также обратите внимание, как увеличилась общая рассеиваемая мощность в цепи. Раньше он составлял 20 Вт, а сейчас 180 Вт (1,8 x 102).
 Если вспомнить, что мощность связана с квадратом напряжения (закон Джоуля: P = E2 / R), это имеет смысл.Если мы утроим напряжение в цепи, мощность должна увеличиться в девять раз (32 = 9). Девять умноженное на 20 действительно равно 180, поэтому выходные данные SPICE действительно коррелируют с тем, что мы знаем о мощности в электрических цепях.
 Создание комментариев в SPICE 
 Если мы хотим увидеть, как эта простая схема будет реагировать на широкий диапазон напряжений батареи, мы можем задействовать некоторые из более продвинутых опций в SPICE. Здесь я воспользуюсь опцией анализа «.dc», чтобы изменять напряжение батареи от 0 до 100 вольт с шагом 5 вольт, распечатывая напряжение и ток цепи на каждом этапе.
 Строки в списке соединений SPICE, начинающиеся со звездочки («*»), представляют собой  комментариев . То есть они не приказывают компьютеру делать что-либо, связанное с анализом схемы, а просто служат заметками для любого человека, читающего текст списка соединений.
Схема третьего примера
 v 1 0
 г 1 0 5
 * оператор ".dc" предписывает программе Spice убрать подачу "v"
 * напряжение от 0 до 100 вольт с шагом 5 вольт.
 .dc v 0100 5
 .print dc v (1) i (v)
 .конец
 
 Команды печати и печати 
 The.Команда print в этом списке соединений SPICE указывает SPICE на печать столбцов чисел, соответствующих каждому этапу анализа:
v я (v)
 0.000E + 00 0.000E + 00
 5.000E + 00 -1.000E + 00
 1.000E + 01 -2.000E + 00
 1.500E + 01 -3.000E + 00
 2.000E + 01 -4.000E + 00
 2.500E + 01 -5.000E + 00
 3.000E + 01 -6.000E + 00
 3.500E + 01 -7.000E + 00
 4.000E + 01 -8.000E + 00
 4.500E + 01 -9.000E + 00
 5.000E + 01 -1.000E + 01
 5.500E + 01 -1.100E + 01
 6.000E + 01 -1.200E + 01
 6.500E + 01 -1.300E + 01
 7.000E + 01 -1.400E + 01
 7.500E + 01 -1.500E + 01
 8.000E + 01 -1.600E + 01
 8.500E + 01 -1.700E + 01
 9.000E + 01 -1.800E + 01
 9.500E + 01 -1.900E + 01
 1.000E + 02 -2.000E + 01
 
 Если я повторно отредактирую файл списка соединений, заменив команду .print на команду .plot, SPICE выведет грубый график, состоящий из текстовых символов:
Легенда: + = v # ветка
 -------------------------------------------------- ----------------------
 развертка v # branch-2.00e + 01 -1.00e + 01 0.00e + 00
 --------------------- | ------------------------ | --- --------------------- |
 0.000e + 00 0,000e + 00. . +
 5.000e + 00 -1.000e + 00. . +.
 1.000e + 01 -2.000e + 00. . +.
 1.500e + 01-3.000e + 00. . +.
 2.000e + 01 -4.000e + 00. . +.
 2.500e + 01-5.000e + 00. . +.
 3.000e + 01-6.000e + 00. . +.
 3.500e + 01-7.000e + 00. . +.
 4.000e + 01-8.000e + 00. . +.
 4.500e + 01 -9.000e + 00. . +.
 5.000e + 01 -1.000e + 01. +.
 5.500e + 01 -1.100e + 01. +. .
 6.000e + 01 -1.200e + 01. +. .
 6.500e + 01 -1.300e + 01. +. .
 7.000e + 01 -1.400e + 01. +. .
 7.500e + 01 -1.500e + 01. +. .
 8.000e + 01 -1.600e + 01. +. .8.500e + 01 -1.700e + 01. +. .
 9.000e + 01 -1.800e + 01. +. .
 9.500e + 01 -1.900e + 01. +. .
 1.000e + 02 -2.000e + 01 +. .
 --------------------- | ------------------------ | --- --------------------- |
 развертка v # branch-2.00e + 01 -1.00e + 01 0.00e + 00
 
 В обоих форматах вывода цифры в левом столбце представляют напряжение батареи в каждом интервале, поскольку оно увеличивается от 0 до 100 вольт, по 5 вольт за раз. Цифры в правом столбце указывают ток цепи для каждого из этих напряжений.Посмотрите внимательно на эти числа, и вы увидите пропорциональное соотношение между каждой парой:
 Закон Ома (I = E / R) верен в каждом случае, каждое значение тока составляет 1/5 соответствующего значения напряжения, потому что сопротивление цепи составляет ровно 5 Ом. Опять же, отрицательные числа для тока в этом анализе SPICE - это скорее причуда, чем что-либо еще. Просто обратите внимание на абсолютное значение каждого числа, если не указано иное.
 Компьютерные программы для интерпретации и преобразования данных SPICE 
 Есть даже некоторые компьютерные программы, способные интерпретировать и преобразовывать неграфические данные, выводимые SPICE, в графический график.Одна из этих программ называется  Nutmeg , и ее результат выглядит примерно так:
 Обратите внимание, как Nutmeg отображает напряжение резистора v (1) (напряжение между узлом 1 и подразумеваемой опорной точкой узла 0) как линию с положительным наклоном (от нижнего левого угла к верхнему правому). Станете ли вы когда-нибудь опытным в использовании SPICE, не имеет отношения к его применению в этой книге.
 Важно только то, чтобы вы поняли, что означают числа в отчете, созданном SPICE.В следующих примерах я сделаю все возможное, чтобы аннотировать численные результаты SPICE, чтобы устранить любую путаницу и раскрыть всю мощь этого удивительного инструмента, который поможет вам понять поведение электрических цепей.
  СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ: 
 Физическое моделирование: электрические схемы 
 Электрические схемы 
 
 DC Circuit Builder Созданный нашими друзьями из Nerd Island Studios, DC Circuit Builder оснащает учащегося виртуальной электронной платой.Добавьте резисторы, лампочки, провода и амперметры, чтобы построить цепь, исследуйте закон Ома. Сравните и сопоставьте последовательные, параллельные и комбинированные схемы. Используйте вольтметр для измерения падения напряжения. Делайте все это, не опасаясь удара током (если вы не используете компьютер в ванне). Класс физики подготовил четыре различных листа деятельности для сопровождения DC Circuit Builder.
 Эквивалентное сопротивление
 Нет ничего лучше хорошего умственного испытания.И это то, что вы получите с помощью Equivalent Resistance Interactive. Вам дана цепь - последовательная, параллельная или комбинация - и вы должны определить значения сопротивления для резисторов, которые потребуются для создания целевого эквивалентного сопротивления  . Установите значения сопротивления на место и проверьте, правильно ли вы поняли. Если не получится, попробуйте, попробуйте еще раз. Если вы добились успеха, наслаждайтесь звездой и переходите на следующий уровень. И уровней много; Так что планируйте какое-то время иметь phun.
 
 Знай свой потенциал
 Каждый студент-физик должен знать свой потенциал - свой электрический потенциал. С помощью этого интерактивного конструктора концепций все студенты-физики могут понять изменения электрического потенциала, возникающие при прохождении заряда по цепи. Это упражнение по развитию навыков, состоящее из трех заданий - «Раскрась эти провода!» И «Какие лампочки зажигают?», Поможет вам раскрыть представление об электрическом потенциале, о котором вы никогда не подозревали.Начните работу с этим конструктором концепции «Знай свой потенциал» и откройте для себя этот потенциал уже сегодня.
  Примечание : По состоянию на август 2017 года действие «Знай свой потенциал» перемещено в раздел «Конструкторы концепций».
 Моделирование схем - обзор 
 4.4 SPICE 
 Методы моделирования являются неотъемлемой частью проектирования электрических и электронных схем, обеспечивая понимание работы спроектированной схемы до ее создания.Это позволяет вносить изменения в конструкцию схемы и оптимизировать устройство, а также создавать сценарии «что, если», которые было бы трудно или невозможно реализовать в реальной цепи. Одним из примеров является исследование влияния на конструкцию аналогового усилителя изменения параметров транзистора из-за вариаций обработки.
 Электронные схемы и системы могут быть реализованы как:
 •
 печатная плата (PCB)
 •
 интегральная схема (IC)
 •
 многоканальный модуль (MCM)
 При проектировании печатной платы моделирование является неоценимым вкладом в проверку проекта и может выявить проблемы, возникающие в результате размещения компонентов и межсоединений (например,g., гарантируя, что сохраняется целостность сигнала). В проектах IC и MCM со сложными схемами и системами, реализованными (обычно) на кремниевых кристаллах и размещенными в подходящем корпусе, моделирование имеет важное значение из-за природы схем и ограниченной возможности доступа к определенным частям конструкции с доступом только через выводы корпуса и потенциально с сотнями тысяч или миллионами транзисторов внутри IC или MCM.
 Для моделирования аналоговых схем, SPICE (программа моделирования с акцентом на интегральные схемы) является основной формой моделирования аналоговых схем [19, 20].Доступен ряд имитаторов схем на основе SPICE (например, PSpice и HSPICE). SPICE позволяет моделировать, соединять и анализировать ряд схемных элементов. Основные методы анализа:
 •
 Анализ рабочей точки постоянного тока
 •
 переходный процесс при моделировании во временной области
 •
 Переменный ток в частотной области
 •
 шум путем анализа шума цепи в диапазоне частот (используется вместе с анализом переменного тока)
 Основные (примитивные) пассивные и активные элементы схемы включают:
 •
 резистор
 •
 конденсатор
 •
 индуктор
 •
 магнитные элементы
 •
 биполярный переходной транзистор (BJT)
 •
 металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET)
99 900599 переход полевого транзистора (JFET)
 Дополнительно n, источник сигнала (напряжение и ток) и модели поведения (аналоговые и, в некоторой степени, цифровые) используются элементы схемы.
 Рассмотрим резистор. Это определяется в SPICE как: Rname + node –node [название модели] значение [TC = TC1, [, TC2]]
, которое определяет резисторное устройство (R) с уникальным идентификатором (именем) и двумя узлами (+ node, –node), необязательной модели для использования ([название модели]) для изменения значения расчета сопротивления, значения сопротивления в омах (значение) и дополнительных температурных коэффициентов ([tc = tc1, [, TC2]]).
 Обратите внимание, что синтаксис SPICE не чувствителен к регистру. Простой резистор 10 кОм (с именем входа), подключенный между двумя узлами (A и B), определяется как: Rinput A B 10k.
 Список соединений SPICE создается для определения схемы и управления симуляцией. В качестве примера рассмотрим простую электрическую RC-сеть, управляемую источником ступенчатого напряжения, как показано на рис. 4.21. Источник напряжения (Vsrc) подключается между двумя узлами в цепи (узлом x1 и общим узлом). Резистор (R1) подключается между узлами x1 и x2. Конденсатор (C1) подключен между узлами x2 и общим узлом.
 Рисунок 4.21. RC-сеть
 Источник напряжения производит ступенчатое изменение входного напряжения, которое изменяется с интервалом 50 мс и 100 мс.Список соединений SPICE для целей моделирования показан на рисунке 4.22.
 Рисунок 4.22. Список соединений SPICE для RC-сети
 Что такое имитация схем? - Как это работает 
 Существует три основных типа моделирования схем: аналоговое, цифровое и смешанное.
  Моделирование аналоговой схемы  включает использование высокоточных моделей (т. Е. Представлений) электронной схемы для достижения высокой точности. Модели включают нелинейные, линейные и более простые табличные представления различных электронных устройств в схеме.Аналоговое моделирование может выполняться в разных режимах. К ним относятся переменный ток (частотная область), постоянный ток (нелинейный покой) и переходные процессы (временная область). Все аналоговые симуляторы используют алгоритмы для математического анализа поведения электронной схемы в этих различных режимах. Все они имеют одинаковое качество решения матриц для прогнозирования производительности электронной схемы. Сигналы распространяются как непрерывно меняющиеся значения.
 Существует два основных типа имитаторов аналоговых схем: SPICE и FastSPICE.Симуляторы SPICE используют высокоточные нелинейные и линейные модели электронных устройств для анализа поведения схемы. В симуляторах SPICE используется множество различных методов интеграции, таких как Прямой Эйлер, Обратный Эйлер и Ньютон-Рафсон, а также методы матричного разложения для вычисления отклика всей схемы (т. Е. Математического представления) в каждый отдельный момент времени в периоде моделирования. интерес.
 В отличие от этого, симуляторы FastSPICE используют более простые представления электронных устройств в виде таблиц для анализа поведения схемы.Они используют сложные алгоритмы для уменьшения сложности схемы и разделения схемы на основе различных критериев, по существу создавая более простое и более модульное представление схемы. Затем это представление выборочно оценивается в заданный момент времени в интересующем периоде моделирования, и этот процесс значительно улучшает производительность и производительность моделирования. Симуляторы FastSPICE предлагают различные регуляторы симуляции, чтобы помочь сбалансировать компромисс между точностью симуляции и производительностью.
  Моделирование цифровой схемы  предполагает использование более простых моделей электронной схемы. Эти модели обычно создаются с использованием HDL. В цифровом моделировании вместо распространения непрерывно изменяющихся сигналов передаются несколько дискретных уровней напряжения (в основном логический 0 и логическая 1). Способы распространения этих сигналов имеют разную степень точности в отношении задержки распространения логических уровней по схеме. Этот метод моделирования позволяет моделировать гораздо более крупные схемы за меньшее время с меньшими вычислительными ресурсами по сравнению с аналоговым моделированием.
  Моделирование схем в смешанном режиме  сочетает в себе подходы аналогового и цифрового моделирования. Схема разделена между двумя режимами, чтобы поддерживать правильный уровень детализации анализа для каждой части схемы. Аналоговые симуляторы (SPICE и FastSPICE) используются для аналогового анализа, а цифровой симулятор используется для цифрового анализа. Этот метод моделирования позволяет моделировать гораздо более крупные схемы за меньшее время с меньшими вычислительными ресурсами по сравнению с аналоговым моделированием.
 Free Circuit Simulator - Список программного обеспечения для проектирования схем и моделирования 
 Список программного обеспечения для проектирования / анализа / моделирования схем 
   Привет друзья,  
 Я надеюсь, что вы все получили пользу от нашей предыдущей статьи о программном обеспечении для рисования электронных схем . 
 Сегодня мы представляем вам отличную коллекцию симуляторов схем, которые в то же время можно использовать для построения схем, проектирования схем и анализа.Список хорошо структурирован: бесплатное программное обеспечение для моделирования схем, программное обеспечение для анализа и моделирования схем с открытым исходным кодом, простые и легкие в использовании симуляторы, симулятор на базе Linux, симулятор на базе Windows и т. Д. Наконец, после исследования всего списка мы собрали коллекцию лучших симуляторов схем программное обеспечение. Итак, давайте начнем наше путешествие прямо ниже.
 Список программного обеспечения для симулятора схем с бесплатным и открытым исходным кодом: -   NgSpice -  один из популярных и широко используемых бесплатных симуляторов схем с открытым исходным кодом от Sourceforge.NgSpice разработан коллективными усилиями пользователей, а его код основан на 3 пакетах программного обеспечения с открытым исходным кодом: - известных как: - Spice3f5, Cider и Xspice. Ngspice - это часть проекта gEDA, который растет с каждым днем за счет предложений пользователей, разработки со стороны участников, исправления ошибок и приближения к совершенству. В качестве совместного проекта вы можете предложить улучшение симулятора схем и стать частью команды разработчиков.
  GnuCap -  - еще один проект с открытым исходным кодом, разработанный как симулятор схем общего назначения.Этот симулятор схем на базе Linux, широко известный как пакет анализа схем GNU, выполняет различные функции анализа схем, такие как анализ постоянного и переходного процессов, анализ переменного тока и т. Д. Разработчики включили совместимую со spice модель для MOSFET, BJT и Diode.
  EasyEDA  - EasyEDA - еще одно бесплатное программное обеспечение, которое не требует загрузки. Вы можете просто зарегистрироваться и использовать программное обеспечение, вы даже можете попробовать его без регистрации, но для загрузки / сохранения того, что вы сделали, вам необходимо иметь учетную запись, которая, конечно же, бесплатна.
  CircuitLogix -  Эта версия программного обеспечения для учащихся от CircuitLogix позволяет выполнять анализ и моделирование аналоговых, цифровых и смешанных схем. Это программное обеспечение для моделирования SPICE предоставляет 4000 устройств в своей студенческой версии, что составляет 1/3 от профессиональной версии. Это программное обеспечение для построения схем дает доступ к переключателям, линейным ИС и цифровым ИС, полевым транзисторам, транзисторам, реле, дисплеям, генераторам сигналов, тиристорам, оптоизоляторам, фотодиодам, полупроводникам, двигателям и т. Д.
  LTSpice -  - широко популярный симулятор SPICE от Linear.LTspice - это бесплатный инструмент для моделирования схем от компании Linear Technology. Это программное обеспечение для моделирования считается одним из лучших доступных бесплатных программ. Изюминкой LTspice является очень быстрое моделирование импульсных регуляторов с улучшенным SPICE (по сравнению с обычными симуляторами SPICE). LTspice предоставляет доступ к более чем 200 моделям операционных усилителей, моделям транзисторов, моделям MOSFET и т. Д. Сильным недостатком LTspice является его собственная кодовая база, которая является под лицензией Linear Technology. Если бы они сделали его открытым исходным кодом, LTspice мог бы пойти на пользу совместной разработке.
  Примечание:   LTSpice  считается программным обеспечением для моделирования цепей   BEST  , доступным пользователям.
  MultiSim -  - это версия программного обеспечения для моделирования схем для студентов от National Instruments. Как вы знаете, студенческие версии всегда имеют ограниченный доступ. Тем не менее, это отличный инструмент моделирования для новичков в электронике. MultiSim, программное обеспечение для изготовления схем, позволяет захватывать схемы, создавать макеты, анализировать схемы и моделировать.Основные функции включают изучение макета в 3D перед отправкой лабораторного задания, создание печатных плат (PCB) и т. Д. Моделирование макета возможно с помощью симулятора схем Multisim.
  TopSpice -  это демонстрационная версия симулятора цепи от Penzar. Этот инструмент электронного моделирования предназначен для работы только с Windows и совместим с Windows XP / Vista / 7. TopSpice - это программа для моделирования поведения цифровых и аналоговых сигналов со смешанными сигналами. Он предлагает моделирование схем, совместимых как с Pspice, так и с Hspice.
  Circuit Simulator 1.5j -  - это бесплатная программа для моделирования схем. Я не использовал этот инструмент и даже не пытался его попробовать. Я добавляю это как предложение пользователя нашего форума. Я думаю, что это просто базовый инструмент с очень основными функциями, созданный для начинающих. Используйте на свой риск.
  MacSpice -  - это бесплатное программное обеспечение для моделирования схем для пользователей Apple Macintosh. Это схемное моделирование, совместимое с компьютерами Apple Macintosh (MAC pc) с архитектурой PowerPC и Intel, получено из Berkeley Spice 3f5.Этот имитатор макетной платы может выполнять моделирование от одного резистора до интегральной схемы с тысячами устройств и компонентов, собранных вместе.
  SimScale  - SimScale - это облачное программное обеспечение для моделирования, с помощью которого вы можете делать все в режиме онлайн. У них есть бесплатный план сообщества, на который вы можете подписаться, но все созданные вами схемы будут общедоступными.
  Micro-Cap 10  - еще одна демонстрационная версия анализатора цепей и симулятора от Spectrum Soft.Как они заявляют, это симулятор цифровых / аналоговых схем смешанного режима с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом, быстрым моделированием и отличной производительностью. Я еще не пробовал, так что, если вам интересно, попробуйте свой.
  PECS -  - это бесплатный симулятор схем силовой электроники, созданный Ричардом Тимерски. Вы можете загрузить различные руководства и учебные пособия с веб-сайта, прежде чем начать использовать инструмент моделирования.
  Proteus  - Prospice - это инструмент моделирования на основе Spice в смешанном режиме от LabCenter.У них есть две версии: базовая и расширенная. Базовая версия бесплатна и поддерживает только интерактивное моделирование, в то время как расширенная версия поддерживает ряд полезных функций и возможностей, таких как анализ на основе графиков, который включает частоту, шум, искажения, параметры Фурье и т. Д.
  QUCS -  Quite Universal Circuit Simulator - это бесплатное программное обеспечение для моделирования, разработанное в среде GNU / Linux. Что ж, это программное обеспечение действительно работает в других операционных системах, таких как Solaris, Apple Macintosh, Microsoft Windows, FreeBSD, NetBSD и т. Д.Пользователь может смоделировать поведение схемы при большом, слабом и шумовом сигналах с помощью этого простого симулятора схемы.
  Solve Elec -  - симулятор электрических цепей (бесплатная версия), разработанный для Macintosh OS и Windows. Он позволяет пользователям рисовать и анализировать схемы (как электрические, так и электронные), работающие на постоянном или переменном токе, получать формулы, проверять уравнения, получать эквивалентные схемы и т. Д.
 Хорошо! На данный момент мы перечислили 16 бесплатных версий симуляторов схем, некоторые из которых имеют открытый исходный код, некоторые - лицензионные, но бесплатные, некоторые - демонстрационные / студенческие версии и т. Д.И у нас есть по крайней мере один симулятор для каждой операционной системы, представленной на рынке. Если вы знаете какое-нибудь другое бесплатное программное обеспечение / инструмент для моделирования, это так здорово, поделитесь им в комментариях.
 Теперь давайте взглянем на программное обеспечение для моделирования корпоративных схем, представленное на рынке.
 Лучшее программное обеспечение для моделирования лицензионных / платных схем:   PSPICE  - симулятор схем со смешанными сигналами, отвечающий промышленным стандартам. Это программное обеспечение используется многими профессионалами для проектирования и разработки электронных систем.Orcad, программное обеспечение для проектирования печатных плат, разработано той же компанией Cadence.
  MultiSim  - это отличное программное обеспечение для моделирования от National Instruments для инженеров-проектировщиков электроники, научных работников и преподавателей, колледжей, студентов, университетов и профессионалов. Основные особенности этого программного обеспечения описаны выше (на бесплатных ресурсах).
  SiMetrix  - это инструмент для моделирования схем с улучшенными функциями Spice, специально разработанный для профессиональных инженеров-проектировщиков электроники.У них есть другие продукты, такие как Simplis, Micron VX, DVM и т. Д.
  TINA  - доступное, экономичное программное обеспечение для проектирования схем и моделирования, но при этом очень мощное по своим характеристикам и функциям. Вы можете купить базовую версию TINA design Suite 9.3 всего за 90 евро, а классическую версию (подходящую для профессиональных инженеров-проектировщиков) - от 600 евро.
  PowerSim  - это программное обеспечение для моделирования, разработанное для схем силовой электроники, управления двигателями и других требований, таких как моделирование динамических систем.
  Пожалуйста, поделитесь (в качестве комментария), если вы знаете какое-нибудь другое хорошее программное обеспечение для моделирования схем, которое я не перечислил здесь. 
 Лучшее программное обеспечение для моделирования схем для инженеров-электронщиков 
 Бесплатное программное обеспечение для моделирования электронных схем с открытым исходным кодом, представленное на этой странице, позволяет вам проектировать, анализировать и тестировать схему виртуально в браузере или на компьютере. Они имитируют поведение электронного устройства / схемы и часто используются, потому что дешевле, быстрее и часто практичнее моделировать схему, чем строить ее физически.Приведенные ниже программы могут обеспечивать возможности аналогового или цифрового моделирования или и то, и другое, иметь редактор схем, средство просмотра формы сигнала, поддерживающие резисторы, конденсаторы, диоды и т. Д. Онлайн-инструменты для моделирования цепей. Здесь мы перечисляем несколько бесплатных онлайн-симуляторов цепей, которые вы можете попробовать. Эти моделирования цепей не нужно загружать на свой компьютер, и они могут работать прямо с веб-сайта.
 Схема Sims 
 Это было одно из первых программ для моделирования сетевых схем с открытым исходным кодом. Это отличный инструмент как для студентов, так и для любителей электроники. Его конструкция основана на цветах, которые могут указывать, например, на положительное или отрицательное напряжение, и позволяет создавать простые схемы с помощью щелчков мышью. К сожалению, сделать скачок в качестве и нарастить графический пользовательский интерфейс разработчику не удалось.
 DcAcLab 
 Он имеет визуальную и привлекательную графику, но ограниченное программное обеспечение для моделирования схем.Это определенно отличная программа для обучения, очень простая в использовании. это заставляет вас видеть компоненты в том виде, в каком они сделаны. Это не позволяет вам проектировать схему, а только практиковать.
 Каждая цепь Это программное обеспечение для электронного моделирования онлайн с хорошо сделанной графикой. Когда вы входите в онлайн-программу, вам будет предложено создать бесплатную учетную запись, чтобы вы могли сохранять свои проекты и иметь ограниченную часть области для рисования схемы. Чтобы использовать его без ограничений, требуя ежегодной платы в размере 10 долларов США.Его можно загрузить и использовать на платформах Android и iTunes. Компоненты имеют ограниченную возможность моделирования с минимальными параметрами специй. Очень прост в использовании, имеет отличную систему электронного дизайна. Это позволяет вам включать (встраивать) моделирование в вашу веб-страницу.
 DoCircuits 
 Это программа для моделирования электронных схем. Несмотря на то, что это оставляет у людей первое впечатление о веб-сайте, оно дает множество примеров того, как работает программа, посмотрите сами на видео «Начните через пять минут.”Измерения параметров электронной схемы отображаются с помощью реалистичных виртуальных инструментов.
 PartSim 
 Программное обеспечение для моделирования электронных схем PartSim - это онлайн-симулятор электронных схем. Это хорошо для имитации специй. Можно нарисовать электрические схемы и протестировать. Это все еще новый симулятор, поэтому есть несколько компонентов, позволяющих имитировать выбор.
 123D Цепи 
 Программа действий, разработанная AutoDesk, позволяющая создать схему, увидеть ее на макете, использовать платформу Arduino, смоделировать электронную схему и, в конечном итоге, создать печатную плату.Компоненты отображаются в 3D в их реальной форме. Вы можете запрограммировать Arduino прямо из этой программной симуляции, (это) действительно впечатляет.
 TinaCloud 
 Эта программа моделирования электронных схем обладает сложными возможностями. Он позволяет моделировать, помимо обычных схем смешанных сигналов, также микропроцессоры, источники питания VHDL, SMPS и радиочастотные схемы. Расчеты для электронного моделирования выполняются непосредственно на сервере компании и обеспечивают отличную скорость моделирования.
 Проектирование электрических схем EasyEDA, моделирование схем и проектирование печатных плат 
 EasyEDA - это потрясающий бесплатный онлайн-симулятор схем, который очень подходит для всех, кто любит электронные схемы. EasyEDA приближается к LTspice IV, но с несколько более дружелюбным интерфейсом. Этот симулятор также очень мощный, он может проверять аналоговые, цифровые и смешанные сигнальные цепи с подсхемами и моделями Spice и быстро получать результаты с облачных серверов. Программная среда позволяет проектировать схемы, проверять работу с помощью симулятора схем.Убедившись, что схема работает нормально, вы можете создать печатную плату с помощью того же программного обеспечения. На веб-сайте вы можете найти и использовать множество проектов и электронных схем, созданных другими, потому что они являются общедоступным и открытым оборудованием. Это бесплатно, а также позволяет вам делиться своей работой с другими.
 Программное обеспечение для моделирования схем 
 Компьютерное программное обеспечение предлагает различные способы управления и организации электрических цепей, включая возможность импорта файлов, совместного использования и работы со сложной электронной схемой.Далее вам доступен ряд компьютерных программных инструментов для рисования и моделирования электронных схем и диаграмм.
 Qucsis 
 программное обеспечение для моделирования схем с графическим пользовательским интерфейсом. Программное обеспечение предназначено для поддержки всех типов схем моделирования, например Анализ постоянного и переменного тока, S-параметров, переходных процессов, шума и гармонического баланса. Также поддерживается чисто цифровое моделирование. Qucs работает практически с любыми операционными системами, такими как Solaris, Apple Macintosh, Microsoft Windows, FreeBSD, NetBSD и т. Д.Программа выпущена под лицензией GNU General Public License в виде исходного кода, поэтому вам нужно будет скомпилировать ее самостоятельно, прежде чем вы сможете ее запустить.
 LT имитатор специй 
 Программное обеспечение для моделирования электронных схем можно приобрести у компании Linear Technology, занимающейся распространением аналоговых микросхем, и работает на Windows, OS X. Хотя оно ориентировано на использование их частей, оно является гибким и может использоваться с деталями других поставщиков. импульсных регуляторов с улучшенным SPICE (по сравнению с обычными симуляторами SPICE).LTspice предоставляет доступ к более чем 200 моделям операционных усилителей, моделям транзисторов, моделям MOSFET и т. Д. Сильным недостатком LTspice является его собственная кодовая база, лицензированная Linear Technology. Если бы они сделали его открытым исходным кодом, LTspice мог бы пойти на пользу совместной разработке.
 Ngspice 
 Это программное обеспечение для моделирования электронных схем представляет собой механизм моделирования смешанных схем со смешанными сигналами, основанный на трех пакетах программного обеспечения с открытым исходным кодом: Spice3f5, Cider1b1 и Xspice. Ngspice является частью проекта gEDA, полного набора инструментов автоматизации проектирования электронного дизайна под лицензией GPL.Он работает в системах Linux и FreeBSD.
 MultiSim National Instruments 
 Программное обеспечение для моделирования электронных схем Multisim основано на Berkeley SPICE и поставляется как в виде бесплатных, так и в платных дополнениях. MultiSim, программное обеспечение для изготовления схем, позволяет захватывать схемы, создавать макеты, анализировать схемы и моделировать. Основные функции включают изучение макета в 3D перед отправкой лабораторного задания, создание печатных плат (PCB) и т. Д. Моделирование макета возможно с помощью симулятора схем Multisim.Он доступен в Microsoft Windows.
 Протей 
 Prospice - это инструмент моделирования электронных схем на основе Spice в смешанном режиме от LabCenter. У них есть две версии: базовая и расширенная. Базовая версия является бесплатной, которая поддерживает только интерактивное моделирование, в то время как расширенная поддерживает ряд полезных функций и функций, таких как анализ на основе графиков, который включает в себя частоту, шум, искажения, параметры Фурье и т. Д. Программное обеспечение работает в операционной системе Windows.
 CircuitLogix 
 эта версия программного обеспечения для моделирования электроники от CircuitLogix для студентов позволяет выполнять анализ и моделирование аналоговых, цифровых и смешанных схем.

Proteus

NI Multisim

Micro-Cap

Компьютерное моделирование электрических схем

Моделирование схем с помощью SPICE

SPICE – это программа, использующая текст

Использование текстового редактора для создания файлов SPICE

Перемещение текстовых файлов в SPICE

Изменение значений в SPICE

Создание комментариев в SPICE

Команды печати и вывода графиков

Программы для интерпретации и преобразования данных SPICE

Программный пакет LTspice

Теги

Программа для моделирования электронных схем

Моделирование электронных схем

Вычислительное ядро нового поколения

Многоядерность и параллельное моделирование

Новый вид анализа схем — расчет устойчивости — Stability Analysis

Повышенная точность и скорость расчетов в режиме временного анализа (Transient analysis)

Возможности

Моделирование схем в программе Multisim

Симулятор или эмулятор Arduino?

Every Circuit

Tinkercad для ардуино

Что такое Tinkercad?

История создания

Возможности симулятора Tinkercad для разработчика Arduino

Интерфейс программы Multisim

Первые шаги в Tinkercad

Регистрация онлайн

Tinkercad Dashboard – Начальная страница

Создаем и редактируем проект

Добавляем новую схему Circuits

Описание интерфейса Тинкеркад в режиме редактирования

Типы анализа

Особенности симулятора электрических схем Qucs

Подводя итоги

7: 123DCircuits

10 лучших бесплатных онлайн симуляторов электроцепи

Часто задаваемые вопросы — Документация

Часто задаваемые вопросы

Общий

Цепи сохранения и обмена

Редактор схем

Моделирование

Подписки и биллинг CircuitLab Premium

Какова цена на программное обеспечение CircuitLab?

Нужно ли мне создавать учетную запись для использования CircuitLab?

Работает ли CircuitLab в Windows, Mac OS X и Linux?

Требуется ли для CircuitLab определенный веб-браузер?

Работает ли CircuitLab на планшетных или сенсорных компьютерах, таких как Apple iPad?

Выполняет ли CircuitLab моделирование на моем компьютере или на серверах CircuitLab?

Работает ли CircuitLab в автономном режиме?

Требуется ли CircuitLab подключение к Интернету для работы?

Как использовать CircuitLab в автономном режиме?

Все ли функции CircuitLab доступны в автономном режиме?

Могу ли я дать ссылку прямо на страницу моей схемы?

Могу ли я напрямую ссылаться на изображения моей схемы, созданные CircuitLab?

Могу ли я скопировать схематическое изображение, созданное CircuitLab, и разместить его в моем собственном блоге / веб-сервере / сайте?

Если я открою чью-то цепь и сохраню ее, будет ли она перезаписана схемой этого человека?

Могу ли я импортировать свои схемы из другого инструмента в CircuitLab?

Могу ли я экспортировать схемы CircuitLab в другой инструмент?

Как мне добавить элементы схемы в мою схему?

Могу ли я использовать символы резисторов IEC / европейского образца?

Могу ли я рисовать текст, прямоугольники и т. Д. Поверх схемы, чтобы добавить информацию или сохранить ее организованность?

Как установить параметры компонента?

Как я могу скрыть определенные текстовые метки компонентов, если я не хочу, чтобы они были видны в моей схеме?

Как мне получить доступ к схематическим изображениям PNG и PDF?

Существуют ли ограничения на количество узлов или компонентов для редактора схем?

Как я могу добавить в схему нестандартную ИС или разводку контактов разъема?

Существуют ли ограничения на количество узлов или компонентов для моделирования?

Какие выражения я могу использовать при настройке числовых параметров?

Какие выражения я могу оценивать и строить?

Какие допущения сделаны в различных компонентных моделях?

Как я могу смоделировать свои любимые номера деталей BJT, MOSFET, диода, светодиода, операционного усилителя и т. Д.?

Как я могу сохранить настройки пользовательской детали для повторного использования в другой схеме?

Поддерживаются ли произвольные поведенческие источники?

Поддерживаются ли кусочно-линейные (PWL) и кусочно-шаговые (PWS) источники?

Почему моя схема не имитирует?