KiCad áramkör szimulálása: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Az áramkörök rajzolása és tervezése régi folyamat, olyan régi, mint az első elektronikus alkatrészek. Akkor könnyű volt. Korlátozott számú alkatrész volt, ezért korlátozott számú konfiguráció, más szóval: az áramkörök egyszerűbbek voltak. Most, az úgynevezett információs korban, számtalan-SOK különböző komponens létezik, és minden elektronikus alkatrésznek több mint egy tucat modellje van, és mindegyik modellt maroknyi vállalat gyártja. Mondanom sem kell, hogy minden modell és minden vállalatspecifikus alkatrész különbözik egymástól. Előfordulhatnak torzításai, hibái eltérő tűrésekkel, különböző max és min működési feltételekkel, és természetesen kissé megváltoztathatják az áramkör reagálását és működését. Mindezek tetejébe az áramkörök manapság rendkívül összetettek; akár tucatnyi összetevőből áll, amelyek kölcsönhatásba lépnek, és különböző feladatokat végeznek a bemenet alapján.

Ahogy helyesen sejtette, rémálom lenne ezeket az áramköröket számítással vagy kézzel elemezni. Ezenkívül egyes tűrések és árnyalatok elvesznek vagy megváltoznak, mivel termékspecifikusak. Itt jön létre a szimuláció. A modern technológia erejének kihasználásával és az élvonalbeli sebességgel egy olyan áramkör-elemzés, amely órákon át tartó munkacsoportokat vett volna igénybe, már olyan egyszerű, mint a

Kellékek

-Kicad 5.0 vagy újabb verzió

-Internet kapcsolat a könyvtárak letöltéséhez

1. lépés: Hogyan történik a varázslat?

Előszóval mondjuk, hogy a KiCad nem kezeli a szimulációkat. A KiCad csupán felhasználói felület (felhasználói felület). Hasonló analógia lenne, ha a KiCad csak közvetítő lenne közted és a szimulációs program között, amely a „SPICE” nevű több szoftver egyike lehet.

A SPICE rövidítése: „Szimulációs program integrált áramkörös hangsúllyal”. A KiCad esetében a KiCad 5.0 és újabb verziók előre csomagolva vannak az ngspice nevű SPICE programmal. Az Ngspice -nek vannak furcsaságai, csuklásai és korlátai, de ez lesz az a szoftver, amelyre összpontosítunk. Az Ngspice a komponenseket használja az áramkör viselkedésének modellezésére. Ez azt jelenti, hogy az áramköri rajzok rajzolása mellett megjegyzéseket kell tennünk és modelleket kell hozzárendelnünk az egyes alkatrészekhez. Az azonos összetevők több modelljének problémájának megoldása érdekében az ngspice úgy döntött, hogy hagyja, hogy minden vállalat „fűszermodelleket” készítsen, amelyek megismétlik valós társaik tulajdonságait és árnyalatait, majd ezeket a modelleket letölthető könyvtárakként csomagolják, így rajzolnak egy áramkört. olyan egyszerű lenne, mint a szükséges könyvtárak letöltése és modell hozzárendelése összetevőinkhez. De ez csak beszéd, tegyük be a kezünket, és nézzük meg, hogyan is működik ez valójában.

2. lépés: Az áramkör kiválasztása és a passzív komponensek modellezése

Egy egyszerű áramkört választottunk, amely lehetővé teszi számunkra, hogy bemutassuk, hogyan biztosíthatjuk saját SPICE értékeinket az összetevők számára, és hogyan használhatjuk a gyártók által felsorolt összetevőket

Először is, amint az ábrából láthatjuk; ennek az áramkörnek 8 alkatrésze van. • 2 ellenállás

• 1 9V -os elem

• 1 LDR

• 1 BC 547 npn tranzisztor

• 1 LED

• 1 reosztát •

1 föld

Modellező ellenállások minden típusban Az Ngspice modelleket rendel hozzá az ellenállásokhoz, más szóval: felismeri őket. Tehát nem kell módosítanunk őket, vagy a könyvtárakkal kell bánnunk. Azt is észrevesszük, hogy van reosztát és LDR. Az ngspice -ben mindkettő konstans ellenállásként modellezhető, és szükség szerint módosítjuk értékeiket. Más szóval, ha „növelni kell a fényt” vagy növelni kell a reosztát terhelését, le kell állítanunk a szimulációt, módosítanunk kell a terhelést, majd újra kell futtatnunk.

3. lépés: Feszültségforrások és földelés modellezése

Az Ngspice nem ismeri fel a „szabványos” feszültségforrásokat; a KiCad által használt. Könyvtárat biztosít kifejezetten a feszültségforrásokhoz és földelésekhez

A könyvtár eléréséhez először ki kell választanunk a „Szimbólum kiválasztása” fület, és a „fűszer” kifejezést kell keresnünk

*Amint az (1. ábra) látható, rendelkezünk a „pspice” és a „simulation_spice” könyvtárral. Feszültségforrásoknál szeretnénk lefelé görgetni a szimulation_spice könyvtárba, és választani egyenfeszültségű feszültségforrást

Ezt követően be kell állítanunk az értékeit, hogy a szimulátor megértse, ebben az áramkörben 9V egyenáramú forrást szeretnénk. Kattintson az „E” gombra a feszültségforráson, és megnyílik a következő menü (2. ábra). Kiválasztjuk a feszültségforrás referencianevét, például a VoltageMain -t, majd rákattintunk a „Fűszermodell szerkesztése” gombra. Amint fentebb látható

Ezután dc 9v értéket választunk, és nagyjából ennyi. Ahogy az (3. ábra) látható

A föld

A talajhoz ismét a „fűszer” kifejezésre keresünk, és az első eredmény a 0V -os referenciapotenciál, amint az látható (4. ábra). A normál sémáktól eltérően a fűszer szoftvernek szüksége van a talajra, mivel a feszültségeit a 0v referencia alapján számítja ki.

4. lépés: A tranzisztor modellezése

Amint az áramköri képen láthatjuk, az alkalmazott tranzisztor egy nagyon specifikus modell, a „BC547”. Általánosságban elmondható, hogy szinte az összes gyártott alkatrész megtalálható a gyártó weboldalán. Eszközük vagy támogatási lapjuk alatt „szimulációs modellek” találhatók, amelyek a modellszámot és a relatív fűszermodellt tartalmazzák. Esetünkben az interneten rákerestem a „bc547” kifejezésre, és azt tapasztaltam, hogy azt az „On semiconductors” nevű cég gyártotta. Megkerestem a webhelyüket „https://www.onsemi.com/”, és a következőképpen találtam meg a modellt:

• Megnyitottam az „Eszközök és támogatás” lapot, alatta találtam egy tervezési forrásokat. (1.ábra)
• A tervezési források alatt a dokumentum típusát kérték, a „Szimulációs modellek” lehetőséget választottam (2. ábra)
• A részt név szerint kerestem: „BC547”. Szeretnénk a könyvtárat, ezért a „BC547 Lib Model” lehetőséget választottuk és letöltöttük. (3. ábra)
• Letöltés után betettem a lib fájlt a projekt könyvtáromba. Most a projektkönyvtárom megjelenik az eredeti KiCad ablakban, amelyet megnyitottam, amint az látható (4. ábra). Rákattintottam arra a könyvtárra, beillesztettem a könyvtárfájlt az ábrán látható módon, és visszatértem, hogy megtaláljam azt a projekt fájljai mellett
• Miután elmondtuk és elkészítettük, rajzoljuk le a tranzisztor szimbólumát. A „hely szimbólum” menü segítségével kattintottam, és csak a nevet kerestem. Úgy találja, hogy a szimbólummenüben szinte minden összetevő megtalálható, mint az (5. ábra).
• Most már csak a modell hozzárendelése a szimbólumhoz. Kattintson az „E” gombra, mint mindig a szimbólumra, és kattintson a „Fűszermodell szerkesztése” gombra.

• Amint látjuk, az egyetlen elérhető lap a modell, a passzív és a forrás. Mivel a tranzisztorok nem források és nem passzívak, mi választjuk a modellt, és úgy döntünk, hogy egy könyvtárat csatlakoztatunk a kitöltéshez. A menü először a projekt könyvtárába nyílik, amelybe szerencsénkre már belehelyeztük a könyvtárat. A lib fájlra kattintunk.

  • Nagy!! Most az ngspice azonosította a tranzisztort „BC547” -ként, és majdnem készen áll a működésre. Először egy apró részletet kell rendezni. Engedélyeznünk kell az alternatív csomópont -sorozatot, és be kell írnunk a „3 2 1” -t. Ennek a lépésnek az az oka, hogy az ngspice a 3 tranzisztoros terminált a KiCad megjelenítésével ellentétes módon nevezi el. Tehát lehet, hogy 3 van hozzárendelve a kollektorhoz, míg a KiCad 3 -at mutat kibocsátóként. A félreértések elkerülése érdekében újrakonfiguráljuk a Spice elnevezési sorrendjét, ahogy az látható (7. ábra)
  • És ez ennyi! Ez a folyamat szinte megegyezik az allvendor kellékek modelljeinél. Miután a fejét az oktatóanyag köré tekerte, bármilyen típusú elektronikus modellt és alkatrészt használhat, csak egy kis kutatással.

5. lépés: A LED -ek modellezése

A LED-ek egy kicsit bonyolultabbak abban a tényben, hogy modellezésük bizonyos ismereteket igényel a paramétereikről és a görbék illeszkedéséről. Tehát a modellezéshez csak a „LED ngspice” -t néztem ki. Találtam több embert, akik közzétették „LED -es modelljeiket”, és úgy döntöttem, hogy ezzel a „ *Tip RED GaAs LED: Vf = 1,7V Vr = 4V If = 40mA trr = 3uS. MODELL LED1 D (IS = 93,2P RS = 42M N = 3,73 BV = 4 IBV = 10U + CJO = 2,97P VJ = 0,75 M = 0,333 TT = 4,32U)?”

Kiválasztjuk a „LED” -t a szimbólum menüből, és beillesztjük ezt a kódot a „Fűszermodell szerkesztése” könyvtárak alatti üres helyre. Ezenkívül bekapcsoljuk az alternatív csomópont -sorozatot, és „2 1” -et írunk, az 1. ábrán látható módon

Néhány utolsó simítás után, mint például az ellenállások és a vezetékek csatlakoztatása, készen állunk a szimulációra

6. lépés: Szimuláció

A szimuláció bonyolult, ezért ebben az oktatóanyagban elmagyarázzuk az alapokat és az indulás módját

• Először nyissuk meg a szimulátort a felső szalag Eszközök fülén (1. ábra)
• Ezután a felső szalag szimulációs lapjára lépünk, és a beállításokra kattintunk, onnan megadhatjuk, hogy milyen szimulációt szeretnénk futtatni, és annak paramétereit. (2. ábra)

Átmeneti szimulációt szeretnénk futtatni. Szimulációs lehetőségként DC és AC sweep is rendelkezésre áll. A DC sweep növeli a DC áram értékét, és jelenti a körök változásait, miközben az AC figyeli a frekvenciaválaszt.

• Az átmeneti elemzés azonban valós időben szimulálja az áramkört. Három paraméterrel rendelkezik, amelyek közül kettőt fogunk használni. Az idő lépés az, hogy a szimulátor milyen gyakran rögzíti az eredményeket, és a végső idő az, hogy hány másodperc múlva leáll a felvétel. Beírunk 1 ezredmásodpercet és 5 milliszekundumot, majd rendben, majd futtatjuk a szimulációt (3. ábra)
• Amint láthatja, az alsó szöveges kijelzőn a különböző alkatrészek feszültség- és áramértékeit mutatta meg. Ezeket az értékeket grafikonnal is ábrázolhatjuk a „jelek hozzáadása” gomb használatával, majd egy adott alkatrész feszültségének vagy áramának kiválasztásával. A szimuláció megkezdése után is szondázhatunk. A tapintás lehetővé teszi, hogy közvetlenül rákattintva nyomon követhessük egy adott komponens feszültség- és áramgörbéit. (4. ábra)

7. lépés: Csomagolás

Mivel ezt az áramkört LDR-rel és ellenállással készítették, mindkét komponens ellenállását megváltoztathatjuk, majd újra lefuttathatjuk az áramkört, hogy meghatározzuk azokat az ellenállási értékeket, amelyeket ehhez a fényvezérelt LED-hez szeretnénk egy közös kibocsátású npn tranzisztor használatával. kapcsoló áramkörként.