KiCad sxemasini simulyatsiya qilish: 7 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:23

Chiziqlarni chizish va loyihalash - bu eski elektron komponentlar kabi eski jarayon. O'shanda oson edi. Cheklangan miqdordagi komponentlar va shuning uchun cheklangan miqdordagi konfiguratsiyalar mavjud edi, boshqacha aytganda: sxemalar oddiyroq edi. Endi, axborot asrida, har xil komponentlarning son-sanoqsiz ko'pligi mavjud va har bir elektron komponentda o'ndan ortiq modellar mavjud va ularning har biri bir nechta kompaniyalar tomonidan ishlab chiqarilgan. Aytishga hojat yo'q, har bir model va har bir kompaniyaning o'ziga xos komponenti bir-biridan farq qiladi. Ular o'z nuqtai nazariga ega bo'lishi mumkin, har xil toleransli xatolar, har xil maksimal va minimal ish sharoitlari va, albatta, kontaktlarning zanglashiga olib kelishi va ishlashini biroz o'zgartirishi mumkin. Hammasini hal qilish uchun, hozirgi davrda sxemalar juda murakkab; kirish asosida turli vazifalarni bajarish uchun o'zaro ta'sir o'tkazadigan o'nlab komponentlardan tashkil topgan.

Siz to'g'ri taxmin qilganingizdek, bu sxemalarni hisoblash yoki qo'l bilan tahlil qilishga urinish dahshatli bo'lardi. Bundan tashqari, ba'zi toleranslar va nuanslar yo'qoladi yoki o'zgartiriladi, chunki ular mahsulotga xosdir. Bu erda simulyatsiya paydo bo'ladi. Zamonaviy texnologiyalarning kuchi va eng yuqori tezlikdan foydalangan holda, odamlar guruhlarini soatlab ishlaydigan guruhni tahlil qilish, hozir sozlash kabi oddiy.

Ta'minotlar

-Kicad 5.0 yoki undan keyingi versiyasi

-Kutubxonalarni yuklab olish uchun Internetga ulanish

1 -qadam: Sehr qanday sodir bo'ladi?

Keling, KiCad simulyatsiya bilan shug'ullanmaydi, deb aytamiz. KiCad shunchaki foydalanuvchi interfeysi (foydalanuvchi interfeysi). Taqqoslash mumkinki, KiCad siz bilan simulyatsiya dasturining o'rtasida vositachi bo'lib, u "SPICE" deb nomlangan bir nechta dasturlardan biri bo'lishi mumkin.

SPICE qisqartirilgan "Simulyatsiya dasturi integratsiyalashgan davrni ta'kidlaydi". KiCad misolida, KiCad 5.0 va undan keyingi versiyalarda ngspice deb nomlangan SPICE dasturi o'rnatilgan. Ngspice -ning o'ziga xos xususiyatlari, hiqichoqlari va cheklovlari bor, lekin biz dasturiy ta'minotga e'tibor qaratamiz. Ngspice elektron komponentlarning xatti -harakatlarini modellashtirish uchun "Komponentlar" dan foydalanadi. Bu shuni anglatadiki, sxemalarni chizishdan tashqari, biz alohida komponentalarga modellarni izohlashimiz va "belgilashimiz" kerak. Bir xil komponentlarning bir nechta modellari muammosini hal qilish uchun, ngspice har bir kompaniyaga o'z modellarining xususiyatlarini va nuanslarini takrorlaydigan "ziravorlar modellarini" ishlab chiqarishga ruxsat berishga qaror qildi, so'ngra ushbu modellarni yuklab olinadigan kutubxonalar sifatida yig'ib, sxemani chizdi. kerakli kutubxonalarni yuklab olish va komponentalarimizga model tayinlash kabi oddiy ish bo'lardi. Ammo gap bu, qo'limizni ifloslantiraylik va bu qanday ishlashini ko'rib chiqaylik.

2 -qadam: O'chirish sxemasini tanlash va passiv komponentlarni modellashtirish

Biz komponentlarga SPICE qiymatlarini qanday taqdim etishimiz va sotuvchilar sanab o'tilgan komponentlardan qanday foydalanishimiz mumkinligini ko'rsatishga imkon beradigan oddiy sxemani tanladik.

Birinchidan, biz rasmdan ko'rib turganimizdek; bu kontaktlarning zanglashiga 8 ta komponent • 2 ta qarshilik

• 1 9v batareya

• 1 ta LDR

• Miloddan avvalgi 547 npn tranzistor

• 1 ta LED

• 1 reostat •

1 tuproq

Ngspice barcha turdagi rezistorlarni modellashtirish qarshiliklarga "modellar tayinlaydi", boshqacha aytganda: ularni taniydi. Shunday qilib, biz ularni o'zgartirishimiz yoki kutubxonalar bilan ishlashimiz shart emas. Shuningdek, biz reostat va LDR borligini payqaymiz. Ngspice -da, ikkalasini ham doimiy qarshilik sifatida modellashtirish mumkin, biz ularning qiymatlarini kerakli darajada o'zgartiramiz. Boshqacha qilib aytganda, agar biz "yorug'likni oshirish" yoki reostatning yukini oshirishimiz kerak bo'lsa, biz simulyatsiyani to'xtatishimiz, yukni o'zgartirishimiz va keyin uni qayta ishga tushirishimiz kerak bo'ladi.

3 -qadam: kuchlanish manbalari va asoslarini modellashtirish

Ngspice "standart" kuchlanish manbalarini tan olmaydi; KiCad tomonidan ishlatilganlar. U kuchlanish manbalari va asoslari uchun maxsus kutubxona bilan ta'minlaydi

Kutubxonaga kirish uchun biz avval "Belgini tanlash" yorlig'ini tanlashimiz va "ziravorlar" ni qidirishimiz kerak.

*(1 -rasmda) ko'rinib turibdiki, bizda "pspice" kutubxonasi va "simulation_spice" bor. Voltaj manbalari uchun simulation_spice kutubxonasiga o'ting va shahar kuchlanish manbasini tanlang

Keyinchalik simulyator tushunishi uchun biz uning qiymatlarini belgilashimiz kerak, bu sxemada biz 9V shahar manbasini xohlaymiz. Biz kuchlanish manbasida "E" ni bosamiz va quyidagi menyu ochiladi (2 -rasm). Biz kuchlanish manbai uchun mos yozuvlar nomini tanlaymiz, masalan, VoltageMain va keyin "Ziravorlar modelini tahrirlash" ni bosing. Yuqorida ko'rsatilgandek

Keyin biz DC 9v qiymatini tanlaymiz va bu haqida. Ko'rsatilganidek (3 -rasm)

Er

Er uchun biz yana "ziravorlar" ni qidiramiz va birinchi natijada ko'rsatilganidek, 0V mos yozuvlar potentsiali bo'ladi (4 -rasm). Oddiy sxemalardan farqli o'laroq, ziravorlar dasturiy ta'minoti erga muhtoj, chunki u o'z kuchlanishlarini 0v mos yozuvlar asosida hisoblab chiqadi.

4 -qadam: Transistorni modellashtirish

O'chirish rasmidan ko'rinib turibdiki, ishlatilgan tranzistor - bu o'ziga xos model "BC547". Umumiy holat sifatida, deyarli barcha ishlab chiqarilgan komponentlar tegishli ishlab chiqaruvchining veb -saytida topiladi. Ularning vositasi yoki qo'llab -quvvatlash yorlig'i ostida model raqami va nisbiy ziravorlar modeli ko'rsatilgan "simulyatsiya modellari" bo'ladi. Bizning holatimizda men "bc547" ni Internetda qidirib topdim va u "Yarimo'tkazgichlarda" deb nomlangan kompaniya tomonidan ishlab chiqarilganligini aniqladim. Men ularning "https://www.onsemi.com/" veb -saytini qidirdim va quyidagicha modelni topdim:

• Men ularning "Asboblar va qo'llab -quvvatlash" yorlig'ini ochdim, men ostida dizayn resurslari yorlig'ini topdim. (1 -rasm)
• Hujjat turini so'ragan dizayn manbalari ostida men "Simulyatsiya modellari" ni tanladim (2 -rasm).
• Men qismni "BC547" nomi bilan izladim. Biz kutubxonani xohlaymiz, shuning uchun biz "BC547 Lib Model" ni tanlaymiz va uni yuklab olamiz. (3 -rasm)
• Yuklab olgandan so'ng, men lib faylini loyiha katalogiga joylashtirdim. Endi mening loyiha katalogim ochilgan asl KiCad oynasida ko'rsatilgandek ko'rinadi (4 -rasm). Men o'sha katalogga boradigan yo'lni bosdim, kutubxona faylini ko'rsatilgandek yopishtirdim va loyiham fayllari yonida ko'rsatilganini topib qaytdim.
• Aytilgan va qilingan ishlardan so'ng, keling, tranzistor belgisini chizamiz. Men "joy belgisi" menyusini bosdim va shunchaki ismni qidirdim. Siz deyarli barcha komponentlar simvollar menyusida mavjudligini ko'rasiz (5 -rasm).
• Endi qolgani - bu belgini modelga berish. Biz har doimgidek "E" belgisini bosamiz va "Ziravorlar modelini tahrirlash" ni bosing.

• Ko'rib turganimizdek, faqat yorliqlar - model, passiv va manba. Transistorlar na manba, na passiv bo'lgani uchun biz modelni tanlaymiz va to'ldirish uchun kutubxonaga ulanishni tanlaymiz. Menyu birinchi navbatda loyiha katalogini ochadi, biz uni kutubxonaga kiritganmiz. Lib faylini bosamiz.

  • Ajoyib !! Endi ngspice tranzistorni "BC547" deb aniqladi va deyarli ishga tayyor. Avval tartiblash kerak bo'lgan bitta kichik detal bor. Biz muqobil tugun ketma -ketligini yoqishimiz va "3 2 1" yozishimiz kerak. Bu qadamni qo'yishimiz kerak bo'lgan sabab shundaki, ngspice 3 tranzistorli terminalni KiCad ko'rsatganidan farqli ravishda nomlaydi. Shunday qilib, kollektorga 3 ta tayinlangan bo'lishi mumkin, KiCad esa emitent sifatida 3 ni ko'rsatadi. Chalkashliklarni oldini olish uchun biz Spice -ning nomlanish tartibini o'zgartiramiz (7 -rasm).
  • Anddddd shu! Allvendor-ta'minot modellari uchun bu jarayon deyarli bir xil. Boshingizni o'rgatuvchi qismga o'ralganingizdan so'ng, siz ozgina tadqiqot bilan har qanday elektron model va komponentdan foydalanishingiz mumkin.

5 -qadam: LEDlarni modellashtirish

LEDlar biroz murakkabroq, chunki ularni modellashtirish ularning parametrlari va egri chiziqlari haqida ba'zi bilimlarni talab qiladi. Shunday qilib, ularni modellashtirish uchun men faqat "ngspice LED" ga qaradim. Men "LED modellari" ni joylashtirgan bir nechta odamni topdim va men shu " *tipidagi RED GaAs LED: Vf = 1.7V Vr = 4V If = 40mA trr = 3uS bilan borishga qaror qildim. 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)?"

Biz ramzlar menyusidan "LED" ni tanlaymiz va bu kodni "Ziravorlar modelini tahrirlash" bo'limidagi kutubxonalar ostidagi bo'sh joyga joylashtiramiz. Shuningdek, biz alternativ tugunlar ketma -ketligini yoqamiz va 1 -rasmda ko'rsatilgandek "2 1" yozamiz

Rezistorlar va simlarni ulash kabi bir nechta so'nggi teginishlarni qo'shgandan so'ng, biz simulyatsiyani boshlashga tayyormiz !

6 -qadam: simulyatsiya

Simulyatsiya qilish juda murakkab, shuning uchun biz bu darslikda biz asoslarni tushuntiramiz va qanday boshlashingiz mumkin

• Birinchidan, biz simulyatorni yuqori lentadagi asboblar yorlig'idan ochamiz (1 -rasm).
• Keyin biz yuqori lentadagi simulyatsiya yorlig'iga o'tamiz va sozlamalarni bosamiz, u erdan biz qanday simulyatsiya qilishni va uning parametrlarini belgilashimiz mumkin. (2 -rasm)

Biz vaqtinchalik simulyatsiya qilishni xohlaymiz. Simulyatsiya variantlari sifatida DC va AC -ni tozalash ham mavjud. Shaharni tozalash shahar oqimining qiymatini oshiradi va aylanalardagi o'zgarishlar haqida xabar beradi, AC esa chastotali javobni kuzatadi.

• Biroq, vaqtinchalik tahlil real vaqt rejimida simulyatsiyani simulyatsiya qiladi. U 3 parametrga ega, ulardan ikkitasini ishlatamiz. Vaqt bosqichi - bu simulyator natijalarni qanchalik tez -tez yozib turishi va oxirgi vaqt - yozish necha soniyadan keyin to'xtaydi. Biz 1 millisekund va 5 millisekundni kiritamiz, keyin yaxshi, keyin simulyatsiyani ishga tushiramiz (3 -rasm)
• Ko'rib turganingizdek, pastki matnli displeyda u bizga turli komponentlardagi kuchlanish va oqim qiymatlarini ko'rsatdi. Bundan tashqari, biz "signallarni qo'shish" tugmachasini bosib, keyin ma'lum bir komponentning kuchlanishini yoki oqimini tanlash orqali bu qiymatlarni chizishimiz mumkin edi. Biz simulyatsiyani boshlaganimizdan keyin ham tekshirishimiz mumkin. Tekshirish bizga ma'lum bir komponentdagi kuchlanish va oqim egri chiziqlarini to'g'ridan -to'g'ri bosish orqali kuzatish imkonini beradi. (4 -rasm)

7 -qadam: yig'ish

Bu sxema LDR va rezistor yordamida qilingan deb taxmin qilinganligi sababli, biz bu ikkala komponentning qarshiligini o'zgartirib, keyin nurni boshqaruvchi LED uchun kerakli qarshilik qiymatlarini aniqlash uchun sxemani qayta ishga tushirishimiz mumkin. o'tish davri sifatida.