Моделирование схемы: Программы для черчения электрических схем

Содержание

Micro-Cap

Профессиональная программа аналогового, цифрового и смешанного моделирования и анализа цепей электронных устройств средней степени сложности.

Интуитивно понятный интерфейс, нетребовательность к вычислительным ресурсам персонального компьютера и большой спектр возможностей послужили основой популярности Micro-Cap среди радиолюбителей, студентов и преподавателей микроэлектроники. Алгоритм работы включает в себя создание электрической цепи в графическом редакторе, задание параметров анализа и изучение полученных данных. Программа самостоятельно составляет уравнения цепи и проводит моментальный расчёт. Любое изменение схемы или параметров элементов приводит к автоматическому обновлению результатов. Графический редактор опирается на библиотеки электронных компонентов, которые можно пополнять на основе экспериментальных или справочных данных с помощью встроенного модуля Shape Editor. Все номиналы и параметры элементов могут быть как неизменными, так и зависящими от температуры, времени, частоты, состояния схемы, параметров других компонентов. Анимированные детали (светодиоды, реле, семисегментные индикаторы и некоторые другие элементы) изменяют состояние в соответствии с поступающими на них сигналами. Моделирование включает в себя целый набор различных анализов: переходных процессов, передаточных характеристик по постоянному току, малосигнальных частотных характеристик, чувствительностей по постоянному току, нелинейных искажений, метода Монте-Карло и многих других. Опытные пользователи могут создавать свои макромодели, которые облегчают имитационное моделирование без потерь информации. Допускается одновременно использовать различные стандарты элементов схемы. Полная поддержка SPICE-моделей позволяет применять проекты из других программ (DesignLab, OrCAD, P-CAD). Из недостатков можно отметить лишь необходимость установки дополнительных элементов, так как объем библиотек Micro-Cap (даже в полной версии) явно недостаточен.

Micro-Cap – англоязычный пакет, но желающие могут легко отыскать в сети русификатор программы от известных специалистов по работе с ним – Сергея и Марины Амелиных. У некоторых пользователей после русификации в среде моделирования возникают проблемы с отображением кириллических шрифтов.

Программа была написана в 1982 году фирмой Spectrum Software, с тех пор она постоянно расширяется и совершенствуется. Фирма, в свою очередь, была основана Энди Томпсоном в феврале 1980 года, изначально позиционируясь на написании программ для Apple. Она расположена в одном из основных городов Силиконовой долины – Саннивейле (штат Калифорния, США).

Стоимость Micro-Cap составляет несколько тысяч долларов, однако на сайте разработчика можно скачать свободно распространяемую Evaluation Version, которая обладает многими возможностями полнофункциональной. Основные отличия – это не более 50 элементов в схеме, урезанная библиотека компонентов, ограничения на построение ряда графиков и медленная скорость работы.

Micro-Cap работоспособен во всех операционных системах семейства Windows. Проблем при работе в Vista и 7 выявлено не было.

Распространение программы: платная. Есть бесплатная версия с ограничениями

Официальный сайт Micro-Cap: http://www.spectrum-soft.com

Скачать Micro-Cap Evaluation/Student Version

Обсуждение программы на форуме

NI Multisim

Популярный программный пакет, позволяющий моделировать электронные схемы и разводить печатные платы.

Главная особенность NI Multisim – простой наглядный интерфейс, мощные средства графического анализа результатов моделирования, наличие виртуальных измерительных приборов, копирующих реальные аналоги. Библиотека элементов содержит более 2000 SPICE-моделей компонентов National Semiconductor, Analog Devices, Phillips, NXP и других производителей. Присутствуют электромеханические модели, импульсные источники питания, преобразователи мощности. Инструмент Convergence Assistant автоматически исправляет параметры SPICE, корректируя ошибки моделирования. NI Multisim выпускается в двух вариантах – Professional и Education.

Версия Multisim Education предназначена для учебных заведений и включает в себя обучающие курсы, подготовленные аппаратные решения и рабочие учебники. Основная задача – закрепить теоретический материал, наглядно продемонстрировав работу тех или иных законов и процессов в реальных проектах. Для этого помимо интерактивных компонентов программа способна взаимодействовать с аппаратными платформами NI myDAQ (библиотека контрольно-измерительного оборудования) и NI ELVIS (виртуальный инструментарий для учебной мастерской), что делает возможным создание целых виртуальных лаборатории систем управления, энергетики, мехатроники и силовой техники.

Версия Multisim Professional специально создана для быстрого прототипирования и решения задач оптимизации соединений. Предлагается расширенный пользовательский интерфейс, нестандартные методы анализа, основанные на фирменной системе NI LabVIEW, и обычные алгоритмы имитационного моделирования схем по стандарту SPICE.

Последние версии программы обладают улучшенной функциональностью, новыми инструментами для моделирования, расширенной базой элементов, благодаря чему разработка и создание проектов электрических схем может выполняться гораздо более точно и быстро. NI Multisim может взаимодействовать со средой разработки систем измерения LabVIEW, что позволяет сопоставлять теоретические данные с реальными, прямо в ходе создания схем печатных плат. Это уменьшает количество проектных ошибок и ускоряет реализацию проектов. Обратной стороной этого стали завышенные системные требования, предъявляемые к оборудованию. Нагрузка на процессор и память при работе с большими схемами и при трассировке очень велика.

Первые версии программы имели название Electronics Workbench и разрабатывались одноименной фирмой. В настоящее время Electronics Workbench является дочерней компанией, которая принадлежит National Instruments (http://russia.ni.com/). Штаб-квартира NI расположена в городе Остин (Техас, США), а на странице можно найти контактную информацию об офисах в России.

Для облегчения процесса создания печатных плат компания дает возможность каждому разработчику вступить в онлайн-сообщество NI Circuit Design Community для того, чтобы обмениваться своими работами, прототипами, шаблонами, обсуждать нюансы разработок и получать новые знания от коллег и единомышленников, живущих по всему миру.

Демонстрационная версия программы размещена здесь.

Язык интерфейса только английский, но существуют самодельные варианты русификации пакета.

Рабочая платформа – 32-разрядная Windows XP, Vista, 7 или 64-разрядная – Vista и 7. Программа не поддерживает Windows 95, 98, 2000, NT, Me и 64-разрядную Windows XP.

Распространение программы: Shareware (платная)

Официальный сайт NI Multisim: http://sine.ni.com/np/app/flex/p/docid/nav-98/lang/ru/

Видео: Знакомство с Multisim

Обсуждение программы на форуме

Стать участником CircuitLab — CircuitLab

1. Создать учетную запись.

2. Подтвердить электронную почту.

3. Активировать членство!

Желаемое имя пользователя:

Пароль:

Подтвердите пароль:

Адрес электронной почты:

Используйте официальную школьную или рабочую электронную почту.

Имя:

Фамилия:

Обозначение резистора:

USIEC

См. выбор резисторов справа

писем «Начало работы»?

Полезная последовательность коротких руководств, обучающих рисованию и моделированию схем.

Откуда вы узнали о CircuitLab?

Пожалуйста, отметьте все подходящие варианты:

Adafruit

All About Circuits

The Art of Electronics Book

Banner Ad

Коллега / Одноклассник / Коллега / Друг

Digi-Key

diyAudio

EE Times

EEVblog

Electronics Stack Exchange

Facebook

9018 Google Search The Great Courses

Hackaday

Hacker News

Jameco

Khan Academy

Марка: журнал

MIT OpenCourseWare

Mouser

Книга «Практическая электроника для изобретателей»

Профессор / инструктор / преподаватель

Блог/форумы Raspberry Pi

Slashdot

Sparkfun

Ultimate Electronics Book

YouTube

Создавая учетную запись CircuitLab, вы соглашаетесь с нашими Условиями обслуживания и Политикой конфиденциальности.

Официальный адрес электронной почты?

Если у вас есть официальный адрес электронной почты школы или компании, например, [email protected] или [email protected], используйте его здесь.

Это позволяет вам получить доступ к защищенной группе ресурсов вашего учебного заведения или компании.

Уже зарегистрирован? Войти →

Обозначение резистора

В разных регионах для резисторов и катушек индуктивности используются разные обозначения:

Lushprojects.com — www.lushprojects.com — Симулятор цепей

Этот симулятор электронных схем очень интерактивен и дает ощущение игры с реальными компонентами. Это очень полезно для экспериментов и визуализации. Лучше всего то, что благодаря мощи HTML5 не требуются никакие плагины! Первоначальная реализация на Java принадлежит Полу Фалстаду, который любезно разрешил мне создать этот порт.

Щелкните здесь, чтобы открыть симулятор в полном окне.

Времени сейчас мало, поэтому я больше не обновляю эту страницу регулярно. Чтобы получить последнюю версию, перейдите на страницу Пола Фалстада.

Как пользоваться этим

При запуске симулятора вы увидите анимированную схему простой цепи LRC. Зеленый цвет указывает на положительное напряжение. Серый цвет указывает на землю. Красный цвет указывает на отрицательное напряжение. Движущиеся желтые точки указывают на ток.

Чтобы включить или выключить переключатель, просто нажмите на него. Если вы наведете указатель мыши на любой компонент схемы, вы увидите краткое описание этого компонента и его текущего состояния в правом нижнем углу окна. Чтобы изменить компонент, наведите на него указатель мыши, щелкните правой кнопкой мыши (или щелкните, удерживая клавишу Control, если у вас Mac) и выберите «Редактировать». Вы также можете получить доступ к функции редактирования, дважды щелкнув компонент.

Внизу окна есть три графика; они действуют как осциллографы, каждый из которых показывает напряжение и ток на определенном компоненте. Напряжение показано зеленым цветом, а ток – желтым. Ток может быть не виден, если график напряжения находится поверх него. Также отображается пиковое значение напряжения в окне осциллографа. Наведите указатель мыши на одно из представлений осциллографа, и компонент, отображаемый на нем, будет выделен. Чтобы изменить или удалить область, щелкните правой кнопкой мыши по ней и выберите «удалить» в меню. В этом контекстном меню есть также много других параметров области. Чтобы просмотреть компонент в области, щелкните правой кнопкой мыши компонент и выберите «Просмотр в области».

Меню «Схемы» содержит множество образцов схем, которые вы можете попробовать.

Некоторые схемы, например, Основы->Потенциометр, содержат потенциометры или переменные
источники напряжения. Их можно настроить с помощью ползунков, добавленных на правую панель инструментов, или путем размещения указателя мыши над компонентом и использования колеса прокрутки.

Вот видео, которое поможет вам начать работу.

Рисование и редактирование схем

Вы можете получить пустую схему, выбрав «Пустая схема» в меню «Схемы». Вам нужно будет добавить по крайней мере один источник напряжения, чтобы запустить симулятор.

Чтобы добавить компоненты или провод, выберите один из вариантов «Добавить…» в меню «Рисование». Обратите внимание, что общие компоненты имеют сочетания клавиш для выбора их режима добавления. В режиме добавления курсор меняется на «+». Нажмите и перетащите мышь, чтобы добавить компонент.

Компоненты можно перемещать и изменять их размеры в режиме выделения. В режиме выбора курсор меняется на стрелку. Выберите «Select/Drag Sel» в меню «Draw», или нажмите «пробел», или нажмите «escape», чтобы перейти в режим выбора. Наведение курсора на компонент выделяет его и отображает информацию об этом компоненте в информационной области. Щелчок и перетаскивание компонента приведет к его перемещению. Если вы щелкнете и перетащите квадратные ручки или удержите клавишу Ctrl, это изменит размер компонента и переместит клеммы.

Провода соединяются только на концах, а не посередине, поэтому каждый сегмент провода нужно рисовать отдельно. Если симулятор обнаружит несоединенные точки, он подумает, что вы намеревались соединиться, и выделит их красным кружком.

Многие компоненты имеют настройки, которые можно выполнить с помощью функции редактирования
объяснил выше. Для резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности удобно устанавливать значение из диапазона Е12, прокручивая колесико мыши при наведении курсора на компонент

Меню «Файл» позволяет импортировать или экспортировать файлы описания схемы. См. примечания ниже о совместимости браузеров.

Кнопка Reset сбрасывает схему в нормальное состояние. Если симуляция приостановлена, двойное нажатие кнопки «Сброс» перезапустит ее. Кнопка Run/Stop позволяет приостановить симуляцию. Ползунок «Скорость симуляции» позволяет регулировать скорость симуляции. Если симуляция не зависит от времени (то есть, если нет конденсаторов, катушек индуктивности или зависящих от времени источников напряжения), то это не будет иметь никакого эффекта. Ползунок «Скорость тока» позволяет регулировать скорость точек на случай, если течение настолько слабое (или сильное), что точки движутся слишком медленно (или слишком быстро).

Это видео демонстрирует некоторые из вышеперечисленных пунктов.

Вот некоторые ошибки, с которыми вы можете столкнуться:

Петля источника напряжения без сопротивления! — это означает, что один из источников напряжения в вашей цепи закорочен. Убедитесь, что на каждом источнике напряжения имеется некоторое сопротивление.
Конденсаторная петля без сопротивления! — не допускается наличие токовых петель, содержащих конденсаторы, но не имеющих сопротивления. Например, конденсаторы, соединенные параллельно, не допускаются; последовательно с ними нужно поставить резистор. Допускаются короткозамкнутые конденсаторы.
Сингулярная матрица! — это означает, что ваша схема несовместима (два разных источника напряжения, подключенных друг к другу), или что напряжение в какой-то точке не определено. Это может означать, что клеммы какого-то компонента не подключены; например, если вы создадите операционный усилитель, но еще ничего к нему не подключили, вы получите эту ошибку.
Схождение не удалось! — это означает, что симулятор не может понять, в каком состоянии должна быть схема. Просто нажмите «Сброс» и, надеюсь, это должно исправить. Ваша схема может быть слишком сложной, но это иногда случается даже с примерами.
Слишком большая задержка линии передачи! — задержка линии передачи слишком велика по сравнению с временным шагом симулятора, поэтому потребуется слишком много памяти. Сделайте задержку меньше.
Необходимо заземлить линию передачи! — в этом симуляторе два нижних провода линии передачи должны быть всегда заземлены.

Требования к браузеру и компьютеру

Этот симулятор широко использует возможности HTML5 и определенно
нужен современный браузер. Он также выполняет множество вычислений в JavaScript.
и скорость этого сильно различается между браузерами. В настоящее время Chrome
кажется, имеет лучшую производительность и поддержку функций для этого приложения.
Internet Explorer также хорошо работает с JavaScript, но, к сожалению, ему не хватает совместимости со всеми параметрами меню файлов.

Симулятор значительно выигрывает от достаточно быстрого компьютера.
Мой ноутбук с процессором Core i5 2012 года работает с большинством схем нормально, поэтому он не обязательно должен быть новейшим и лучшим оборудованием, но вы, вероятно, найдете производительность.
разочарование на старых машинах.

Для возможности загрузки и сохранения файлов на локальный диск требуются функции HTML5, которые поддерживаются не во всех браузерах. Если приложение
обнаруживает, что требуемые функции не поддерживаются, то некоторые из файлов
опции будут недоступны. В настоящее время Chrome и Firefox поддерживают все
необходимые функции.

Симулятор будет работать на планшетах и даже телефонах, если у них есть
подходящий браузер и должен нормально работать с сенсорными интерфейсами.

Симуляция != Реальная жизнь

Физические симуляции не являются реальной жизнью, и не думайте, что симуляция и реальность идентичны! Это моделирование идеализирует многие компоненты. Провода и выводы компонентов не имеют сопротивления. Источники напряжения идеальны — они попытаются обеспечить бесконечный ток, если вы им позволите. Конденсаторы и катушки индуктивности имеют КПД 100%. Входы логических вентилей потребляют нулевой ток — неплохо в качестве приближения для КМОП-логики, но нетипично для 19Например, TTL 80-х годов. Обязательно используйте этот симулятор для визуализации схем, но всегда проверяйте в реальности.

Извините, ребята, что разочаровываю вас, но симулятор численно аппроксимирует модели компонентов, которые также являются приблизительными. Даже без учета каких-либо ошибок это всего лишь приблизительное руководство к реальности. Этот симулятор может быть полезен для визуализации, но при неправильном использовании любой симулятор может дать ложное чувство безопасности. Некоторые люди на самом деле не понимают этой важной концепции — у меня даже был один пользователь, который обвинил симулятор во «лжи», потому что он (или она) не принял во внимание идеализацию компонентов и не понял фактическую производительность симулятора. компоненты, которые они решили использовать. Для всех инженеров-электронщиков важно всегда быть в полной мере осведомленными о реальных характеристиках компонентов (и систем) и о том, чем они отличаются от любого конкретного симулятора, который они используют. Если вам нужны более точные модели реальных компонентов, то симуляторы на основе SPICE являются гораздо более подходящими инструментами, чем этот, но даже в этом случае вы должны знать об отклонениях от реальности. Как сказал великий проектировщик аналоговых схем Боб Пиз: «Когда компьютер пытается смоделировать аналоговую схему, иногда у него получается хорошо, но когда это не так, все становится очень запутанным».

Одним из следствий использования идеальных компонентов является то, что симулятор не сходится к результату для цепей, которые не имеют определенного поведения — например, идеальный источник напряжения, закороченный идеальным проводом. Другая ситуация, которую нельзя смоделировать при этих предположениях, — это распределение тока между проводниками, если два идеальных проводника соединены параллельно. При использовании симулятора необходимо учитывать места, где реальная электроника отличается от идеала.

Сенсоры, преобразователи и взаимодействие с внешним миром

Электронные схемы не существуют изолированно — большинство схем имеют назначение, включающее взаимодействие с внешним миром. В моделировании мы добавили некоторые распространенные типы входов и выходов (например, переключатели и светодиоды), но существует много типов преобразователей, и мы не моделируем их все. Мы также не моделируем все физические эффекты, происходящие вне электронного домена, т.е. как крутящий момент нагрузки может изменяться по мере того, как двигатель перемещает механизм, что приводит к изменениям электрических характеристик двигателя.

Если вы хотите смоделировать схему с датчиком, которого нет в модели, т.е. термистор, вы можете просто использовать электрически эквивалентный компонент. Итак, для термистора просто используйте резистор и установите его на разные значения для представления разных температур. Функция ползунков может быть особенно полезна для этой цели.

Автономное использование

См. страницу Пола Фалстада для получения информации о версиях симулятора Electron и исходной версии Java, которую можно использовать в автономном режиме.

Высокочастотные цепи

Этот симулятор имитирует цепь, используя серию коротких временных шагов. На каждом этапе изменения напряжения и тока в цепи рассчитываются на основе моделей компонентов и текущего состояния цепи. Чтобы этот процесс работал, используемые временные шаги должны быть значительно короче, чем продолжительность любого интересующего события в цепи. Или, если хотите, временные шаги должны быть значительно короче, чем период самого высокочастотного интересующего сигнала.

По умолчанию симулятор использует размер шага 5 мкс. Это нормально для сигналов звуковой частоты, но не для радиочастотных сигналов или быстрых цифровых сигналов. Размер шага можно изменить в диалоговом окне «Другие параметры…» в меню параметров. Для сравнения, пример линии передачи в приложении использует размер шага 5 пс.

Размер шага не следует путать со «Скоростью моделирования», регулируемой ползунком на правой панели. Размер шага определяет, как долго (в симулированном времени) будет каждый шаг. Ползунок «Скорость симуляции» определяет, как часто (в реальном времени) компьютер вычисляет шаг.

Для разработчиков

Это приложение было разработано с разрешения на основе схемы Java.
симулятор Пола Фалстада. Я всегда находил это отличным инструментом, помогающим визуализировать
схемы и любил интерактивный характер по сравнению с обычным SPICE
реализации. Однако мне никогда особо не нравилась Java в браузере и
с недавними проблемами безопасности и последующими изменениями в безопасности
политики производителей браузеров мне показалось, что будет много
преимущество в наличии версии, которая не требует подключаемых модулей.

Для создания этой версии я модифицировал исходную Java для запуска в
Веб-инструментарий Google (GWT). Большая часть пользовательского интерфейса была переписана, но
технические части симуляции почти не тронуты. В общей сложности работа над этим проектом заняла чуть больше месяца.

Благодаря любезному разрешению Пола Фалстада исходный проект этой версии приложения теперь доступен на GitHub под лицензией GPLv2.

https://github.com/sharpie7/circuitjs1

Пригодность лицензии для цели

Симулятор предоставляется без поддержки или гарантии. Абсолютно никаких гарантий пригодности для каких-либо целей не предоставляется.

Эта программа является бесплатным программным обеспечением; вы можете распространять его и/или
изменить его в соответствии с условиями Стандартной общественной лицензии GNU.
как опубликовано Free Software Foundation; либо версия 2
Лицензии или (по вашему выбору) любой более поздней версии.

Эта программа распространяется в надежде, что она будет полезна,
но БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ГАРАНТИЙ; даже без подразумеваемой гарантии
КОММЕРЧЕСКАЯ ПРИГОДНОСТЬ или ПРИГОДНОСТЬ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕННОЙ ЦЕЛИ.