Simulacija KiCad kruga: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Crtanje i projektiranje sklopova stari je proces, star koliko i prve elektroničke komponente. Tada je bilo lako. Postojao je ograničen broj komponenti i stoga ograničen broj konfiguracija, drugim riječima: sklopovi su bili jednostavniji. Sada, u takozvanom informacijskom dobu, postoji bezbroj-MNOGO-različitih komponenti, a svaka elektronička komponenta ima više od desetak modela, a svaki model proizvodi nekoliko tvrtki. Nepotrebno je reći da se svaki model i svaka komponenta specifična za tvrtku međusobno razlikuju. Mogu imati svoje predrasude, pogreške s različitim tolerancijama, različite maksimalne i minimalne radne uvjete i naravno mogu malo promijeniti način na koji sklop reagira i radi. Povrh svega, sklopovi su danas vrlo složeni; sastoji se od više desetaka komponenti koje međusobno djeluju kako bi izvršile različite zadatke na temelju unosa.

Kao što ste točno pretpostavili, bila bi prava noćna mora pokušati analizirati ta kola proračunom ili ručno. Nadalje, neke se tolerancije i nijanse izgubile ili promijenile jer su specifične za proizvod. Ovdje dolazi simulacija. Iskorištavajući moć suvremene tehnologije i vrhunskim brzinama, analiza kruga za koju bi bili potrebni timovi ljudi koji rade satima sada je jednostavna kao postavljanje

Pribor

-Kicad verzija 5.0 ili novija

-Internet veza za preuzimanje knjižnica

Korak 1: Kako se čarolija događa?

Predgovorimo ovo rekavši da se KiCad ne bavi simulacijama. KiCad je samo korisničko sučelje (korisničko sučelje). Usporediva analogija bila bi da je KiCad samo posrednik između vas i simulacijskog programa, koji bi mogao biti jedan od više softvera pod nazivom "SPICE".

SPICE je kratica za "Simulacijski program s naglaskom na integriranom krugu". U slučaju KiCada, KiCad 5.0 i noviji dolaze unaprijed upakirani sa SPICE programom pod nazivom ngspice. Ngspice ima svojih nedostataka, štucanja i ograničenja, ali bit će softver na koji ćemo se usredotočiti. Ngspice koristi "Komponente" za modeliranje ponašanja kruga. To znači da osim crtanja shema kola također moramo bilježiti i "dodjeljivati" modele pojedinim komponentama. Kako bi riješio problem više modela istih komponenti, ngspice je odlučio dopustiti svakoj tvrtki da napravi "modele začina" koji repliciraju svojstva i nijanse njihovih kolega iz stvarnog života, a zatim te modele pakirati kao biblioteke koje se mogu preuzeti, tako da crtanje kruga bilo bi jednostavno kao preuzimanje potrebnih knjižnica i dodjeljivanje modela našim komponentama. Ali to je sve priča, ajmo zaprljati ruke i vidjeti kako to zapravo funkcionira.

Korak 2: Odabir kruga i modeliranje pasivnih komponenti

Odabrali smo jednostavan sklop koji nam omogućuje da pokažemo kako možemo pružiti vlastite vrijednosti SPICE komponentama i kako možemo koristiti komponente koje su naveli dobavljači

Kao prvo, kao što možemo vidjeti sa slike; u ovom krugu ima 8 komponenti. • 2 otpornika

• 1 9v baterija

• 1 LDR

• 1 BC 547 npn tranzistor

• 1 LED

• 1 reostat •

1 tlo

Modeliranje otpornika svih vrsta Ngspice "dodjeljuje modele" otporima, drugim riječima: prepoznaje ih. Dakle, ne moramo ih mijenjati ili petljati s knjižnicama da bismo ih izradili. Također primjećujemo da postoji reostat i LDR. U ngspice -u se oboje mogu modelirati kao stalni otpornici pa ćemo njihove vrijednosti mijenjati prema potrebi. Drugim riječima, ako moramo "povećati svjetlost" ili povećati opterećenje reostata, morat ćemo zaustaviti simulaciju, izmijeniti opterećenje, a zatim ga ponovno pokrenuti.

Korak 3: Modeliranje izvora i osnova napona

Ngspice ne prepoznaje "standardne" izvore napona; one koje koristi KiCad. Pruža knjižnicu posebno za izvore napona i uzemljenje

Za pristup knjižnici prvo moramo odabrati karticu "Odaberi simbol" i tražiti "začin"

*Kao što se vidi na (slika 1), imamo biblioteku "pspice" i "simulation_spice". Za izvore napona želimo se pomaknuti prema dolje do biblioteke simulation_spice i odabrati izvor istosmjernog napona

Nakon toga moramo postaviti njegove vrijednosti kako bi simulator razumio. U ovom krugu želimo izvor 9V dc. Kliknemo “E” na izvoru napona i otvori se sljedeći izbornik, prikazan na (slika 2). Odabiremo referentni naziv za izvor napona, na primjer VoltageMain, a zatim kliknite "Uredi model začina". Kao što je gore prikazano

Zatim odaberemo vrijednost dc 9v, i to je sve. Kao što je prikazano na (slika 3)

Tlo

Za tlo ponovno tražimo "začin" i prvi rezultat je referentni potencijal 0V kako je prikazano na slici (slika 4). Za razliku od normalnih shema, softveru začina potrebno je tlo jer izračunava svoje napone na temelju referentne vrijednosti 0v.

Korak 4: Modeliranje tranzistora

Kao što možemo vidjeti iz slike kruga, tranzistor koji se koristi je vrlo specifičan model, "BC547". Općenito, gotovo sve proizvedene komponente naći će se na web stranicama njihovih proizvođača. Pod njihovim alatom ili karticom za podršku bit će "simulacijski modeli" s brojem modela i relativnim modelom začina. U našem slučaju pretraživao sam "bc547" na internetu i otkrio da ga je proizvela tvrtka pod nazivom "O poluvodičima". Potražio sam njihovu web stranicu „https://www.onsemi.com/“i pronašao model na sljedeći način:

• Otvorio sam njihovu karticu "Alati i podrška", ispod koje sam pronašao karticu resursa za dizajn. (slika 1)
• Ispod resursa za dizajn koji su tražili za vrstu dokumenta, odabrao sam “Simulacijski modeli” (slika 2)
• Tražio sam dio po imenu: "BC547". Želimo knjižnicu pa smo odabrali “BC547 Lib Model” i preuzeli je. (slika 3)
• Nakon preuzimanja stavio sam lib datoteku u direktorij svog projekta. Sada je moj direktorij projekta prikazan u izvornom KiCad prozoru koji sam otvorio, kao što se vidi na (slika 4). Kliknuo sam na svoj put do tog direktorija, zalijepio datoteku knjižnice kako je prikazano i vratio se kako bih je pronašao prikazanu uz datoteke svog projekta
• Nakon svega rečenog i učinjenog, nacrtajmo simbol tranzistora. Kliknuo sam pomoću izbornika "simbol mjesta" i samo potražio naziv. Otkrili ste da gotovo sve komponente postoje u izborniku simbola kao na (slika 5).
• Sada ostaje dodjeljivanje modela simbolu. Kliknemo “E” kao i uvijek na simbolu, a zatim “Edit spice model”.

• Kao što vidimo, jedine dostupne kartice su model, pasivna i izvorna. Budući da tranzistori nisu izvorni niti pasivni, biramo model i odabiremo dodavanje knjižnice za popunjavanje. Izbornik se prvo otvara u direktorij projekta, za koji smo srećom već u njega ubacili knjižnicu. Kliknemo na datoteku lib.

  • Sjajno!! Sada je ngspice identificirao tranzistor kao "BC547" i gotovo je spreman za rad. Postoji jedan sitni detalj koji treba prvo sortirati. Moramo omogućiti zamjenski niz čvorova i upisati “3 2 1”. Razlog zašto moramo učiniti ovaj korak je taj što ngspice imenuje 3 terminala tranzistora na način suprotan onome kako ih KiCad prikazuje. Dakle, kolektoru je možda dodijeljeno 3, dok KiCad prikazuje 3 kao odašiljač. Kako bismo izbjegli zabunu, ponovno smo konfigurirali Spiceov red imenovanja, kao što je prikazano na (slika 7)
  • Anddddd to je to! Taj je postupak gotovo identičan za sve modele dobavljača. Nakon što omotate glavu oko ovog dijela vodiča, možete koristiti bilo koju vrstu elektroničkog modela i komponente sa samo malo istraživanja.

Korak 5: Modeliranje LED dioda

LED diode su malo složenije u činjenici da njihovo modeliranje zahtijeva određeno znanje o njihovim parametrima i uklapanju krivulja. Dakle, za njihovo modeliranje samo sam potražio "LED ngspice". Zatekao sam više ljudi koji objavljuju svoje "LED modele" i odlučio sam se za ovaj " *Tip CRVENA GaAs LED: Vf = 1,7 V Vr = 4 V Ako je = 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)?"

Iz izbornika simbola odabrat ćemo “LED” i zalijepiti ovaj kôd u prazan prostor ispod knjižnica u “Edit spice model”. Također ćemo uključiti zamjenski niz čvorova i napisati "2 1", kao što je prikazano na slici 1

Nakon dodavanja posljednjih detalja, poput otpornika i spajanja žica, spremni smo za početak simulacije

Korak 6: Simulacija

Simulacija je složena pa ćemo u ovom vodiču objasniti osnove i kako možete započeti

• Prvo otvorimo simulator s kartice alati u gornjoj vrpci (slika 1)
• Zatim idemo na karticu simulacije u gornjoj vrpci i kliknemo postavke, odatle možemo odrediti kakvu simulaciju želimo pokrenuti i njezine parametre. (slika 2)

Želimo pokrenuti prolaznu simulaciju. Kao opcije simulacije dostupne su i istosmjerne i izmjenične struje. Dc sweep povećava vrijednost DC struje i izvještava o promjenama u krugovima dok AC prati frekvencijski odziv.

• Međutim, prolazna analiza simulira krug u stvarnom vremenu. Ima 3 parametra, od kojih ćemo koristiti dva. Vremenski korak je koliko će često simulator bilježiti rezultate, a konačno vrijeme je nakon koliko će sekundi snimanje prestati. Unosimo 1 milisekundu i 5 milisekundi, a zatim u redu, a zatim pokrećemo simulaciju (slika 3)
• Kao što vidite, u donjem tekstualnom prikazu prikazane su nam vrijednosti napona i struje na različitim komponentama. Te bismo vrijednosti mogli grafički prikazati pomoću gumba za dodavanje signala, a zatim odabirom napona ili struje određene komponente. Također možemo ispitati nakon početka simulacije. Sondiranje nam omogućuje da izravno nadgledamo krivulje napona i struje u određenoj komponenti klikom na nju. (slika 4)

Korak 7: Zaključak

Budući da se pretpostavljalo da je ovaj krug napravljen s LDR-om i otpornikom, možemo promijeniti otpor ovih dviju komponenti, a zatim ponovno pokrenuti krug kako bismo odredili vrijednosti otpora koje bismo željeli za ovu LED svjetlom upravljanu pomoću npn tranzistora sa zajedničkim odašiljačem kao sklopni krug.