Simulacija KiCad kola: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Crtanje i projektiranje kola 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: kola su bila jednostavnija. Sada, u takozvanom informacijskom dobu, postoji bezbroj-MNOGO-različitih komponenti, a svaka elektronička komponenta ima preko desetak modela, a svaki model proizvodi nekoliko kompanija. Nepotrebno je reći da se svaki model i svaka komponenta specifična za kompaniju međusobno razlikuju. Mogu imati svoje predrasude, greške s različitim tolerancijama, različite maksimalne i minimalne radne uvjete i naravno mogu malo promijeniti način na koji kolo reagira i radi. Povrh svega, kola su danas vrlo složena; koji se sastoji od do desetina komponenti koje zajedno rade kako bi izvršile različite zadatke na osnovu unosa.

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

Supplies

-Kicad verzija 5.0 ili novija

-Internet veza za preuzimanje biblioteka

Korak 1: Kako se čarolija događa?

Predgovorimo ovo rekavši da KiCad ne upravlja simulacijama. KiCad je samo korisničko sučelje (korisničko sučelje). Uporedna analogija bi bila da je KiCad samo posrednik između vas i programa za simulaciju, koji bi mogao biti jedan od više softvera pod nazivom „SPICE“.

SPICE je skraćenica od „Simulacijski program s naglaskom na integriranom krugu“. U slučaju KiCada, KiCad 5.0 i noviji dolaze upakovani sa SPICE programom pod nazivom ngspice. Ngspice ima svojih nedostataka, štucanja i ograničenja, ali to će biti softver na koji ćemo se fokusirati. Ngspice koristi "Komponente" za modeliranje ponašanja kola. To znači da osim crtanja shema kola moramo također bilježiti i „dodjeljivati“modele pojedinim komponentama. Kako bi riješio problem više modela istih komponenti, ngspice je odlučio dopustiti svakoj kompaniji da napravi "modele začina" koji repliciraju svojstva i nijanse njihovih kolega iz stvarnog života, a zatim zapakirati te modele kao biblioteke koje se mogu preuzeti, tako da se crtanjem kola bilo bi jednostavno kao preuzimanje potrebnih biblioteka i dodjeljivanje modela našim komponentama. Ali to je sve priča, hajde da zaprljamo ruke i vidimo kako ovo zapravo funkcionira.

Korak 2: Odabir kola i modeliranje pasivnih komponenti

Odabrali smo jednostavno kolo koje nam omogućava da pokažemo kako možemo pružiti vlastite SPICE vrijednosti komponentama i kako možemo koristiti komponente koje su naveli dobavljači

Kao prvo, kao što možemo vidjeti sa slike; ovo kolo ima 8 komponenti • 2 otpornika

• 1 9v baterija

• 1 LDR

• 1 BC 547 npn tranzistor

• 1 LED

• 1 reostat •

1 osnova

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

Korak 3: Modeliranje izvora i osnova napona

Ngspice ne prepoznaje „standardne“izvore napona; one koje koristi KiCad. Pruža biblioteku posebno za izvore napona i uzemljenje

Da bismo pristupili biblioteci, prvo moramo odabrati karticu "Odaberi simbol" i tražiti "začin"

*Kao što se vidi na (slika 1), imamo biblioteku „pspice“i biblioteku „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 od 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 ponovo tražimo "začin" i prvi rezultat je referentni potencijal 0V kako je prikazano na slici (slika 4). Za razliku od normalnih shema, softveru za začine je potrebno 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 kompanija 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 sa resursima za dizajn. (slika 1)
• Ispod resursa za dizajn koji su tražili vrstu dokumenta odabrao sam “Simulacijski modeli” (slika 2)
• Tražio sam dio po imenu: "BC547". Želimo biblioteku, pa smo odabrali “BC547 Lib model” i preuzeli je. (slika 3)
• Nakon preuzimanja stavio sam lib datoteku u direktorij svog projekta. Sada se moj direktorij projekta prikazuje u originalnom KiCad prozoru koji sam otvorio, kao što se vidi na (slika 4). Kliknuo sam do tog direktorija, zalijepio datoteku biblioteke kao što je prikazano i vratio se kako bih je pronašao prikazanu zajedno s datotekama mog projekta
• Nakon svega rečenog i učinjenog, nacrtajmo simbol tranzistora. Kliknuo sam pomoću menija „simbol simbola“i samo potražio ime. Otkrili ste da gotovo sve komponente postoje u izborniku simbola kao na (slika 5).
• Sada ostaje dodjeljivanje modela simbolu. Kliknemo na „E“kao i uvijek na simbolu, a zatim na „Uredi model začina“.

• Kao što vidimo, dostupne su samo kartice model, pasivno i izvor. Budući da tranzistori nisu izvorni niti pasivni, biramo model i odabiremo dodavanje biblioteke za popunjavanje. Izbornik se prvo otvara u direktorij projekta, za koji smo srećom već stavili biblioteku. Kliknemo na lib datoteku.

  • Odlično !! Sada je ngspice identificiralo tranzistor kao „BC547“i gotovo je spremno za rad. Postoji jedan sitni detalj koji treba prvo sortirati. Moramo omogućiti alternativni niz čvorova i upisati “3 2 1”. Razlog zašto moramo učiniti ovaj korak je taj što ngspice imenuje 3 tranzistorska terminala na način suprotan onome kako ih KiCad prikazuje. Dakle, može imati 3 dodijeljene kolektoru, dok KiCad prikazuje 3 kao emiter. Kako bismo izbjegli zabunu, ponovno smo konfigurirali Spiceov red imenovanja, kao što je prikazano na (slika 7)
  • I to je to! Ovaj proces je gotovo identičan za sve modele dobavljača dobavljača. Kad se okrenete 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 CRVENI GaAs LED: Vf = 1.7V Vr = 4V Ako je = 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)?”

Iz izbornika simbola odabrat ćemo “LED” i zalijepiti ovaj kôd u prazan prostor ispod biblioteka 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 otvaramo 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 njene 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 kolo 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 sekundi će 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. Ove 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 direktno nadgledamo krivulje napona i struje u određenoj komponenti klikom na nju. (slika 4)

Korak 7: Zaključak

Budući da se pretpostavljalo da je ovo kolo napravljeno s LDR-om i otpornikom, možemo izmijeniti otpor obje komponente, 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.