Simulacija vezja KiCad: 7 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Risanje in oblikovanje vezij je star proces, star toliko kot prve elektronske komponente. Takrat je bilo lahko. Bilo je omejeno število komponent in zato omejeno število konfiguracij, z drugimi besedami: vezja so bila enostavnejša. Zdaj, v tako imenovani dobi informacij, obstaja nešteto-veliko-različnih komponent, vsaka elektronska komponenta pa ima več kot ducat modelov, vsak model pa proizvaja nekaj podjetij. Ni treba posebej poudarjati, da se vsak model in posamezna komponenta, značilna za podjetje, med seboj razlikujeta. Lahko imajo svoje pristranskosti, napake z različnimi tolerancami, različnimi maksimalnimi in minimalnimi pogoji delovanja in seveda lahko nekoliko spremenijo odziv in delovanje vezja. Za piko na i, dandanes so vezja zelo zapletena; sestavljen iz več deset komponent, ki med seboj sodelujejo pri različnih nalogah, ki temeljijo na vhodu.

Kot ste pravilno uganili, bi bila nočna mora poskusiti analizirati ta vezja z izračunom ali ročno. Poleg tega bi se nekatere tolerance in nianse izgubile ali spremenile, ker so specifične za izdelek. Tukaj prihaja simulacija. Če izkoristimo moč sodobne tehnologije in z vrhunskimi hitrostmi, je analiza vezja, ki bi vzela skupine ljudi, ki delajo več ur, zdaj tako preprosta, kot da nastavimo

Zaloge

-Kicad različice 5.0 ali novejše

-Internetna povezava za prenos knjižnic

1. korak: Kako se zgodi čarovnija?

Predpostavimo to tako, da KiCad ne obravnava simulacij. KiCad je le uporabniški vmesnik (uporabniški vmesnik). Primerljiva analogija bi bila, da je KiCad le posrednik med vami in simulacijskim programom, ki je lahko ena izmed več programske opreme, imenovane »SPICE«.

SPICE je okrajšava za "simulacijski program s poudarkom na integriranem vezju". V primeru KiCada je KiCad 5.0 in novejši vnaprej zapakiran s programom SPICE, imenovanim ngspice. Ngspice ima svoje pomanjkljivosti, kolcanje in omejitve, vendar se bomo osredotočili na programsko opremo. Ngspice za modeliranje vedenja vezja uporablja komponente. To pomeni, da moramo poleg risanja shem vezja označiti in »dodeliti« modele posameznim komponentam. Da bi rešili problem več modelov istih komponent, se je ngspice odločilo, da vsakemu podjetju dovoli izdelavo "modelov začimb", ki posnemajo lastnosti in odtenke njihovih podob iz resničnega življenja, nato pa te modele pakira kot knjižnice, ki jih je mogoče prenesti, tako da nariše vezje bi bilo tako preprosto, kot bi naložili potrebne knjižnice in dodelili model našim komponentam. Ampak to je vse, govorimo si, da si umažemo roke in poglejmo, kako to v resnici deluje.

2. korak: Izbira vezja in modeliranje pasivnih komponent

Izbrali smo preprosto vezje, ki nam omogoča, da pokažemo, kako lahko komponentam zagotovimo lastne vrednosti SPICE in kako lahko uporabimo komponente, ki so jih našteli prodajalci.

Najprej, kot lahko vidimo iz slike; V tem vezju je 8 komponent. • 2 upora

• 1 9v baterija

• 1 LDR

• 1 BC 547 npn tranzistor

• 1 LED

• 1 reostat •

1 tla

Modelirni upori vseh vrst Ngspice "dodeli modele" uporom, z drugimi besedami: jih prepozna. Zato nam jih ni treba spreminjati ali se ukvarjati s knjižnicami. Opažamo tudi, da obstaja reostat in LDR. V ngspice -ju lahko oba modeliramo kot konstantne upore, ki jih bomo po potrebi spreminjali. Z drugimi besedami, če moramo "povečati svetlobo" ali povečati obremenitev reostata, bomo morali simulacijo ustaviti, spremeniti obremenitev in jo nato znova zagnati.

Korak 3: Modeliranje virov in razlogov napetosti

Ngspice ne prepozna "standardnih" napetostnih virov; ki jih uporablja KiCad. Ponuja knjižnico posebej za napetostne vire in podlago

Za dostop do knjižnice moramo najprej izbrati zavihek »Izberi simbol« in poiskati »začimbe«

*Kot je prikazano na (slika 1), imamo knjižnico »pspice« in »simulation_spice«. Za napetostne vire se želimo pomakniti navzdol do knjižnice simulation_spice in izbrati enosmerni vir napetosti

Nato moramo simulatorju določiti njegove vrednosti, da razume, v tem vezju želimo vir 9v dc. Na vir napetosti kliknemo »E« in odpre se naslednji meni, prikazan na (slika 2). Za vir napetosti izberemo referenčno ime, na primer VoltageMain, in nato kliknemo »Uredi model začimb«. Kot je prikazano zgoraj

Nato izberemo vrednost dc 9v in to je to. Kot je prikazano na (slika 3)

Tla

Za tla znova iščemo "začimbo" in prvi rezultat je referenčni potencial 0V, kot je prikazano na sliki (slika 4). Za razliko od običajnih shem programska oprema za začimbe potrebuje podlago, saj izračuna svoje napetosti na podlagi 0v reference.

4. korak: Modeliranje tranzistorja

Kot lahko vidimo iz slike vezja, je uporabljen tranzistor zelo specifičen model, "BC547". Na splošno so skoraj vse proizvedene komponente na spletni strani proizvajalca. Pod zavihkom orodja ali podpore bodo "simulacijski modeli" s številko modela in relativnim modelom začimb. V našem primeru sem na spletu iskal »bc547« in ugotovil, da ga je izdelalo podjetje z naslovom »O polprevodnikih«. Poiskal sem njihovo spletno stran "https://www.onsemi.com/" in našel model na naslednji način:

• Odprl sem njihov zavihek »Orodja in podpora«, pod njim sem našel zavihek viri za oblikovanje. (slika 1)
• Pod oblikovalskimi viri, ki so jih zahtevali za vrsto dokumenta, sem izbral »Simulacijski modeli« (slika 2)
• Del sem iskal po imenu: "BC547". Želimo knjižnico, zato smo izbrali »BC547 Lib Model« in jo prenesli. (slika 3)
• Ko sem jo naložil, sem datoteko lib dal v svoj imenik projektov. Zdaj je moj imenik projekta prikazan v prvotnem oknu KiCad, ki sem ga odprl, kot je prikazano na (slika 4). Kliknil sem na pot do tega imenika, prilepil datoteko knjižnice, kot je prikazano, in se vrnil, da jo najdem prikazano poleg datotek mojega projekta
• Po vsem povedanem in storjenem narišimo simbol tranzistorja. Kliknil sem z menijem »simbol mesta« in samo poiskal ime. Ugotovili ste, da v meniju simbolov obstajajo skoraj vse komponente, kot je prikazano na sliki 5.
• Zdaj ostane samo pripisovanje modela simbolu. Kot vedno kliknemo »E« na simbolu in kliknemo »Uredi model začimb«.

• Kot lahko vidimo, so na voljo le zavihki model, pasivno in vir. Ker tranzistorji niso niti izvorni niti pasivni, se odločimo za model in se odločimo, da v knjižnico vstavimo knjižnico. Meni se najprej odpre v imenik projekta, za katerega smo imeli srečo, da smo vanj že vnesli knjižnico. Kliknemo na datoteko lib.

  • Super!! Zdaj je ngspice identificiral tranzistor kot "BC547" in je skoraj pripravljen za delovanje. Najprej je treba razvrstiti eno majhno podrobnost. Omogočiti moramo nadomestno zaporedje vozlišč in vnesti »3 2 1«. Razlog, zakaj moramo narediti ta korak, je, da ngspice imenuje 3 tranzistorske sponke na način, ki je v nasprotju s tem, kako jih prikazuje KiCad. Torej ima lahko zbiralec dodeljen 3, medtem ko KiCad prikazuje 3 kot oddajnik. Da bi se izognili zmedi, ponovno konfiguriramo vrstni red poimenovanja Spice, kot je prikazano na (slika 7)
  • Anddddd to je to! Ta postopek je skoraj enak za vse modele dobaviteljev. Ko zavijete glavo okoli tega vadniškega dela, lahko uporabite le katero koli vrsto elektronskega modela in komponente le z malo raziskave.

5. korak: Modeliranje LED

LED diode so nekoliko bolj zapletene, saj njihovo modeliranje zahteva nekaj znanja o njihovih parametrih in prilagajanju krivulj. Torej, za njihov model sem samo poiskal »LED ngspice«. Našel sem več ljudi, ki objavljajo svoje "LED modele", in se odločil, da se odločim za to " *Tip RDEČA GaAs LED: Vf = 1,7 V Vr = 4 V Če = 40 mA trr = 3 uS. MODEL LED1 D (IS = 93.2P RS = 42M N = 3.73 BV = 4 IBV = 10U + CJO = 2.97P VJ =.75 M =.333 TT = 4.32U)?"

V meniju simbolov bomo izbrali »LED« in to kodo prilepili v prazen prostor pod knjižnicami v »Uredi model začimb«. Vklopili bomo tudi nadomestno zaporedje vozlišč in zapisali »2 1«, kot je prikazano na sliki 1

Po tem, ko smo dodali še nekaj dotikov, kot so upori in priključili žice, smo pripravljeni na simulacijo !

6. korak: Simulacija

Simulacija je zapletena, zato bomo v tej vadnici razložili osnove in kako lahko začnete

• Najprej odpremo simulator z zavihka orodja na zgornjem traku (slika 1)
• Nato gremo na zavihek simulacije na zgornjem traku in kliknemo nastavitve, od tam lahko določimo, kakšno simulacijo želimo izvesti, in njene parametre. (slika 2)

Želimo izvesti prehodno simulacijo. Kot možnosti simulacije sta na voljo tudi izmenični tok DC in AC. Dc sweep poveča vrednost DC toka in poroča o spremembah v krogih, medtem ko AC spremlja frekvenčni odziv.

• Vendar pa prehodna analiza simulira vezje v realnem času. Ima 3 parametre, od katerih bomo uporabili dva. Časovni korak je, kako pogosto bo simulator zapisoval rezultate, končni čas pa je, po koliko sekundah se bo snemanje ustavilo. Vnesemo 1 milisekundo in 5 milisekund in nato v redu, nato pa zaženemo simulacijo (slika 3)
• Kot lahko vidite, nam je na spodnjem besedilnem zaslonu pokazal vrednosti napetosti in toka na različnih komponentah. Te vrednosti bi lahko prikazali tudi z gumbom »dodaj signale« in nato izbrali napetost ali tok določene komponente. Sondiramo lahko tudi po začetku simulacije. Sondiranje nam omogoča, da spremljamo krivulje napetosti in toka v določeni komponenti neposredno s klikom nanjo. (slika 4)

7. korak: Zaključek

Ker naj bi bilo to vezje izdelano z LDR in uporom, lahko spremenimo upor obeh komponent in nato znova zaženemo vezje, da ugotovimo vrednosti upora, ki bi jih želeli za to LED-krmiljeno svetlobo s tranzistorjem npn s skupnim oddajnikom kot stikalno vezje.