Simulimi i një qarku KiCad: 7 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Vizatimi dhe dizajnimi i qarqeve është një proces i vjetër, aq i vjetër sa përbërësit e parë elektronikë. Ishte e lehtë atëherë. Kishte një numër të kufizuar përbërësish dhe për këtë arsye një numër të kufizuar konfigurimesh, me fjalë të tjera: qarqet ishin më të thjeshta. Tani, në të ashtuquajturën epoka e informacionit, ka një mori-shumë të përbërësve të ndryshëm, dhe secili komponent elektronik ka mbi një duzinë modele dhe secili model është prodhuar nga një pjesë e vogël e kompanive. Eshtë e panevojshme të thuhet, secili model dhe çdo komponent specifik i kompanisë ndryshojnë nga njëri-tjetri. Ato mund të kenë paragjykimet e tyre, gabime me toleranca të ndryshme, kushte të ndryshme maksimale dhe min funksionimi dhe natyrisht mund të ndryshojnë pak mënyrën se si qarku përgjigjet dhe funksionon. Për të përfunduar gjithçka, qarqet në ditët e sotme janë shumë komplekse; i përbërë nga deri në dhjetëra përbërës që ndërveprojnë së bashku për të bërë detyra të ndryshme bazuar në hyrjen.

Siç e keni menduar saktë, do të ishte një makth të përpiqesh të analizosh këto qarqe me llogari ose me dorë. Për më tepër, disa toleranca dhe nuanca do të humbnin ose ndryshonin pasi ato janë specifike për produktin. Këtu hyn simulimi. Shfrytëzimi i fuqisë së teknologjisë moderne dhe shpejtësia më e lartë, një analizë e qarkut që do të merrte ekipet e njerëzve që punonin me orë të tëra tani është aq e thjeshtë sa të vendosësh

Furnizimet

-Kicad version 5.0 ose më vonë

-Lidhje me internetin për të shkarkuar bibliotekat

Hapi 1: Si Ndodh Magjia?

Le ta parathënim këtë duke thënë se KiCad nuk trajton simulimet. KiCad është thjesht një UI (Ndërfaqja e përdoruesit). Një analogji e krahasueshme do të ishte që KiCad është vetëm një ndërmjetës midis jush dhe programit të simulimit, i cili mund të jetë një nga softuerët e shumtë të quajtur "SPICE".

SPICE është shkurtuar për "Program Simulimi me Theksim të Qarkut të Integruar". Në rastin e KiCad, KiCad 5.0 dhe më vonë vjen para-paketuar me një program SPICE të quajtur ngspice. Ngspice ka të metat, hiccups dhe kufizimet e tij, por do të jetë softueri në të cilin do të fokusohemi. Ngspice përdor "Komponentët" për të modeluar sjelljen e qarkut. Kjo do të thotë që përveç vizatimit të skemave të qarkut, ne gjithashtu duhet të shënojmë dhe "caktojmë" modele për komponentët individualë. Për të zgjidhur problemin e modeleve të shumta të përbërësve të njëjtë, ngspice vendosi të lejojë secilën kompani të bëjë "modele erëzash" që përsërisin vetitë dhe nuancat e homologëve të tyre të jetës reale, dhe pastaj t'i paketojë këto modele si biblioteka të shkarkueshme, në mënyrë që të vizatojë një qark do të ishte aq e thjeshtë sa shkarkimi i bibliotekave të kërkuara dhe caktimi i modelit për komponentët tanë. Por kjo është e gjitha bisedë, le ta ndotim dorën dhe të shohim se si funksionon kjo në të vërtetë.

Hapi 2: Zgjedhja e një qarku dhe modelimi i përbërësve pasivë

Ne zgjodhëm një qark të thjeshtë që na lejon të demonstrojmë se si mund t'i sigurojmë vlerat tona SPICE komponentëve dhe si mund t'i përdorim komponentët që listojnë shitësit

Së pari, siç mund ta shohim nga figura; ka 8 përbërës në këtë qark. • 2 rezistencë

• 1 bateri 9v

• 1 LDR

• 1 para Krishtit 547 npn transistor

• 1 LED

• 1 reostat •

1 terren

Modelimi i rezistencave të të gjitha llojeve Ngspice "cakton modele" për rezistencat, me fjalë të tjera: i njeh ato. Pra, nuk kemi nevojë t'i modifikojmë ato, ose të kallajmë me biblioteka për t'i bërë ato. Ne gjithashtu vërejmë se ka një reostat dhe një LDR. Në ngspice, ato të dyja mund të modelohen si rezistente konstante që ne do të modifikojmë vlerat e tyre sipas nevojës. Me fjalë të tjera, nëse kemi nevojë të "rrisim dritën" ose të rrisim ngarkesën e reostatit, do të na duhet të ndalojmë simulimin, të modifikojmë ngarkesën dhe pastaj ta përsërisim atë.

Hapi 3: Modelimi i burimeve dhe bazave të tensionit

Ngspice nuk njeh burime "standarde" të tensionit; ato të përdorura nga KiCad. Ajo siguron një bibliotekë posaçërisht për burimet dhe bazat e tensionit

Për të hyrë në bibliotekë, së pari, duhet të zgjedhim skedën "Zgjidh simbolin" dhe të kërkojmë "erëza"

*Siç shihet në (figura 1), ne kemi bibliotekën "pspice" dhe atë "simulimi_pice". Për burimet e tensionit, ne duam të lëvizim poshtë në bibliotekën simulation_spice dhe të zgjedhim një burim të tensionit DC

Më pas, ne duhet të vendosim vlerat e tij që imituesi të kuptojë, në këtë qark ne duam një burim dc 9v. Ne klikojmë "E" në burimin e tensionit dhe hapet menyja e mëposhtme, e treguar në (figura 2). Ne zgjedhim një emër reference për burimin e tensionit, VoltageMain për shembull, dhe më pas klikojmë "Edit Spice Model". Siç tregohet më sipër

Pastaj ne zgjedhim një vlerë të dc 9v, dhe kjo është për të. Siç tregohet në (figura 3)

Toka

Për tokën, ne kërkojmë përsëri "erëza" dhe rezultati i parë është potenciali i referencës 0V siç tregohet në. (Figura 4). Ndryshe nga skemat normale, softueri erëz ka nevojë për tokën pasi llogarit tensionet e tij bazuar në referencën 0v.

Hapi 4: Modelimi i tranzistorit

Siç mund ta shohim nga fotografia e qarkut, transistori i përdorur është një model shumë specifik, "BC547". Si një rast i përgjithshëm, pothuajse të gjithë përbërësit e prodhuar do të gjenden në faqen e internetit të prodhuesit të tyre përkatës. Nën veglën e tyre ose skedën mbështetëse, do të ketë "modele simulimi" me numrin e modelit dhe një model relativ të erëzave. Në rastin tonë, unë kërkova "bc547" në internet dhe zbulova se ishte prodhuar nga një kompani e quajtur "Për gjysmëpërçuesit". Kam kërkuar për faqen e tyre të internetit "https://www.onsemi.com/" dhe e gjeta modelin duke bërë si më poshtë:

• Hapa skedën e tyre "Mjetet dhe mbështetja", nën I, gjeta një skedë të burimeve të projektimit. (figura 1)
• Nën burimet e projektimit ata kërkuan llojin e dokumentit, unë zgjodha "Modele Simulimi" (figura 2)
• Kam kërkuar pjesën me emër: "BC547". Ne duam bibliotekën, kështu që ne zgjedhim "BC547 Lib Model" dhe e shkarkuam. (figura 3)
• Pasi e shkarkova, e vendosa skedarin lib në drejtorinë e projektit tim. Tani drejtoria ime e projektit tregohet në dritaren origjinale të KiCad që kam hapur, siç shihet në (figura 4). Unë klikova në atë drejtori, ngjita skedarin e bibliotekës siç tregohet dhe u ktheva për ta gjetur atë të shfaqur së bashku me skedarët e projektit tim
• Pas gjithë asaj që është thënë dhe bërë, le të vizatojmë simbolin e tranzistorit. Unë klikova duke përdorur menunë "simboli i vendit" dhe thjesht kërkova emrin. Ju zbuloni se pothuajse të gjithë përbërësit ekzistojnë në menunë e simboleve si në (figura 5).
• Tani, ajo që mbetet është caktimi i modelit në simbol. Ne klikojmë "E" si gjithmonë në simbol, dhe klikojmë në "Edit modelin e erëzave".

• Siç mund ta shohim, skedat e vetme në dispozicion janë modeli, pasivi dhe burimi. Meqenëse transistorët nuk janë as burim as pasiv, ne zgjedhim modelin dhe zgjedhim të futim një bibliotekë për ta mbushur. Menyja së pari hapet në drejtorinë e projektit, të cilin me fat e kemi vënë tashmë bibliotekën në të. Ne klikojmë në skedarin lib.

  • E madhe !! Tani ngspice e ka identifikuar transistorin si "BC547" dhe është pothuajse gati për të operuar. Ekziston një detaj i vogël që duhet renditur së pari. Ne duhet të aktivizojmë sekuencën alternative të nyjeve dhe të shtypim "3 2 1". Arsyeja pse duhet ta bëjmë këtë hap është se ngspice emërton 3 terminalet e tranzistorit në një mënyrë të kundërt me mënyrën se si i tregon KiCad. Pra, mund të ketë 3 të caktuara për kolektorin ndërsa KiCad tregon 3 si emetues. Për të shmangur konfuzionin, ne rikonfigurojmë rendin e emërtimit të Spice, siç tregohet në (figura 7)
  • Anddddd kjo është ajo! Ky proces është pothuajse identik për modelet e furnizimeve allvendor. Pasi ta mbështillni kokën rreth kësaj pjese mësimore, mund të përdorni çdo lloj modeli dhe përbërësi elektronik vetëm me një kërkim të vogël.

Hapi 5: Modelimi i LED -ve

LED janë pak më të ndërlikuar në faktin se modelimi i tyre kërkon njohuri rreth parametrave të tyre dhe përshtatjes së kurbës. Pra, për t'i modeluar ato thjesht shikova "LED ngspice". Gjeta njerëz të shumtë që postonin "modelet LED" të tyre dhe vendosa të shkoj me këtë " *Tip LED të kuq GaAs: Vf = 1.7V Vr = 4V Nëse = 40mA trr = 3uS. 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)?"

Ne do të zgjedhim "LED" nga menyja e simboleve dhe do ta ngjisim këtë kod në hapësirën e zbrazët poshtë bibliotekave në "Edit spice model". Ne gjithashtu do të kalojmë në sekuencën alternative të nyjeve dhe do të shkruajmë "2 1", siç tregohet në figurën 1

Pas shtimit të disa prekjeve përfundimtare, si rezistencat dhe lidhja e telave, ne jemi gati të fillojmë të simulojmë !

Hapi 6: Simulimi

Simulimi është kompleks kështu që në këtë tutorial ne do të shpjegojmë bazat dhe si mund të filloni

• Së pari, ne hapim imituesin nga skeda e mjeteve në shiritin e sipërm (figura 1)
• Pastaj shkojmë në skedën e simulimit në shiritin e sipërm dhe klikojmë cilësimet, nga atje mund të specifikojmë se çfarë lloj simulimi duam të ekzekutojmë dhe parametrat e tij. (figura 2)

Ne duam të bëjmë një simulim kalimtar. Ekziston gjithashtu një spastrim DC dhe AC i disponueshëm si mundësi simulimi. Fshirja DC rrit vlerën e rrymës DC dhe raporton ndryshimet në qarqe ndërsa AC monitoron përgjigjen e frekuencës.

• Sidoqoftë, analiza kalimtare simulon një qark në kohë reale. Ai ka 3 parametra, nga të cilët ne do të përdorim dy. Hapi kohor është sa shpesh imituesi do të regjistrojë rezultatet, dhe koha e fundit është pas sa sekondash do të ndalojë regjistrimi. Ne futim 1 milisekonda dhe 5 milisekonda dhe pastaj ok, dhe më pas drejtojmë simulimin (figura 3)
• Siç mund ta shihni, në ekranin e poshtëm të tekstit na tregoi tensionin dhe vlerat aktuale në përbërës të ndryshëm. Ne gjithashtu mund t'i grafikojmë këto vlera duke përdorur butonin "shtoni sinjale" dhe pastaj duke zgjedhur tensionin ose rrymën e një komponenti të caktuar. Ne gjithashtu mund të hetojmë pasi të fillojmë simulimin. Sondimi na lejon të monitorojmë kurbat e tensionit dhe rrymës në një përbërës të caktuar direkt duke e klikuar atë. (figura 4)

Hapi 7: Përfundimi

Meqenëse ky qark ishte supozuar se do të bëhej me një LDR dhe një rezistencë, ne mund të ndryshojmë rezistencën e të dy këtyre përbërësve dhe më pas të rishkruajmë qarkun për të përcaktuar vlerat e rezistencës që do të donim për këtë LED të kontrolluar nga drita duke përdorur një transistor npn me emetues të zakonshëm si qark ndërprerës.