Bir KiCad Dövrəsinin Simulyasiyası: 7 Addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:43

Dövrə çəkmək və dizayn etmək, ilk elektron komponentlər qədər köhnə bir prosesdir. O zaman asan idi. Məhdud sayda komponent və buna görə də məhdud sayda konfiqurasiya var idi, başqa sözlə desək: sxemlər daha sadə idi. İndi, sözdə informasiya əsrində, müxtəlif komponentlərdən ibarət çoxsaylı bir çox şey var və hər bir elektron komponentin birdən çox modeli var və hər bir model bir neçə şirkət tərəfindən istehsal olunur. Deməyə ehtiyac yoxdur, hər bir model və hər bir şirkətin xüsusi komponenti bir-birindən fərqlənir. Yanlışlıqları, fərqli tolerantlıqları, fərqli max və minimum iş şərtləri ilə səhvləri ola bilər və əlbəttə ki, dövrənin necə cavab verdiyini və necə işlədiyini bir qədər dəyişə bilər. Hər şeydən əvvəl, dövrələr bu gün olduqca mürəkkəbdir; girişə əsaslanaraq müxtəlif vəzifələri yerinə yetirmək üçün birlikdə qarşılıqlı təsir göstərən onlarla komponentdən ibarətdir.

Doğru təxmin etdiyiniz kimi, bu sxemləri hesablama və ya əllə təhlil etməyə çalışmaq bir kabus olardı. Bundan əlavə, məhsula xas olan bəzi toleranslar və nüanslar itiriləcək və ya dəyişdirilə bilər. Simulyasiyanın gəldiyi yer budur. Müasir texnologiyanın gücündən və ən yüksək sürətdən istifadə etməklə, insanların qruplarını saatlarla işləyən bir dövrə analizi, bu cihazı qurmaq qədər sadədir.

Təchizat

-Kicad versiyası 5.0 və ya daha sonra

Kitabxanaları yükləmək üçün İnternet bağlantısı

Addım 1: Sehr necə olur?

KiCad -ın simulyasiyalarla məşğul olmadığını söyləyərək bunu ön söz deyək. KiCad yalnız bir istifadəçi interfeysi (İstifadəçi interfeysi). Müqayisəli bir bənzətmə, KiCad ilə "SPICE" adlı çoxlu proqramlardan biri ola biləcək simulyasiya proqramı arasında sadəcə bir vasitəçidir.

SPICE "İnteqrasiya edilmiş Dövrə Vurğu ilə Simulyasiya Proqramı" üçün qısadır. KiCad vəziyyətində, KiCad 5.0 və daha sonra ngspice adlı bir SPICE proqramı ilə əvvəlcədən paketlənir. Ngspice -in qəribəlikləri, hıçqırıqları və məhdudiyyətləri var, ancaq diqqət edəcəyimiz proqram olacaq. Ngspice, dövrə davranışını modelləşdirmək üçün "Komponentlərdən" istifadə edir. Bu o deməkdir ki, dövrə sxemlərini çəkməklə yanaşı, ayrı -ayrı komponentlərə modelləri də qeyd etməli və "təyin etməliyik". Eyni komponentlərin birdən çox modelinin problemini həll etmək üçün ngspice, hər bir şirkətə real həyat yoldaşlarının xüsusiyyətlərini və nüanslarını təkrarlayan "ədviyyat modelləri" hazırlamağa və sonra da bu modelləri yüklənə bilən kitabxanalar olaraq paketləməyə icazə verdi. tələb olunan kitabxanaları yükləmək və komponentlərimizə model təyin etmək qədər sadə olardı. Ancaq söhbət budur, əlimizi çirkləndirək və bunun necə işlədiyini görək.

Addım 2: Bir Dövrə Seçilməsi və Passiv Bileşenlerin Modellenmesi

Komponentlərə öz SPICE dəyərlərimizi necə verə biləcəyimizi və satıcıların sadaladıqları komponentləri necə istifadə edə biləcəyimizi nümayiş etdirməyimizə imkan verən sadə bir sxem seçdik.

Əvvəlcə rəqəmdən görə bildiyimiz kimi; bu dövrə 8 komponentdən ibarətdir • 2 rezistor

• 1 9v batareya

• 1 LDR

• 1 BC 547 npn tranzistor

• 1 LED

• 1 reostat •

1 torpaq

Hər növ müqavimət göstərən Ngspice müqavimətlərə "modellər verir", başqa sözlə: onları tanıyır. Buna görə onları dəyişdirmək və ya etmək üçün kitabxanalarla işləmək lazım deyil. Bir reostat və LDR olduğunu da görürük. Ngspice -də, hər ikisi də dəyərlərini ehtiyacımıza uyğun olaraq dəyişdirəcəyimiz daimi rezistorlar kimi modelləşdirilə bilər. Başqa sözlə, "işığı artırmaq" və ya reostatın yükünü artırmaq lazımdırsa, simulyasiyanı dayandırmalı, yükü dəyişdirməli və sonra yenidən işə salmalı olacağıq.

Addım 3: Gərginlik Mənbələrinin və Zəminlərin Modelləşdirilməsi

Ngspice "standart" gərginlik mənbələrini tanımır; KiCad tərəfindən istifadə edilənlər. Xüsusilə gərginlik mənbələri və əsasları üçün bir kitabxana təmin edir

Kitabxanaya daxil olmaq üçün əvvəlcə "Simvolu seçin" sekmesini seçib "ədviyyat" axtarmalıyıq.

*Göründüyü kimi (şəkil 1), bizdə "pspice" kitabxanası və "simulation_spice" var. Gərginlik mənbələri üçün simulation_spice kitabxanasına keçib bir DC gərginlik mənbəyi seçmək istəyirik

Daha sonra simülatörün başa düşməsi üçün dəyərlərini təyin etməliyik, bu dövrədə 9v DC mənbəyi istəyirik. Gərginlik mənbəyində "E" düyməsini basırıq və aşağıdakı şəkil 2 -də göstərilən menyu açılır. Gərginlik mənbəyi üçün bir istinad adı seçirik, məsələn VoltageMain və sonra "Baharat Modelini Düzəlt" düyməsini basın. Yuxarıda göstərildiyi kimi

Sonra dc 9v dəyərini seçirik və bu da bununla bağlıdır. Göründüyü kimi (şəkil 3)

Zəmin

Torpaq üçün yenidən "ədviyyat" axtarırıq və ilk nəticə göstərildiyi kimi 0V istinad potensialıdır (şəkil 4). Normal sxemlərdən fərqli olaraq, ədviyyat proqramı 0v istinadına əsaslanaraq gərginliklərini hesablayarkən yerə ehtiyac duyur.

Addım 4: Transistorun modelləşdirilməsi

Dövrə şəklindən də gördüyümüz kimi, istifadə edilən tranzistor çox spesifik bir modeldir, "BC547". Ümumi bir vəziyyət olaraq, demək olar ki, bütün istehsal olunan komponentlər müvafiq istehsalçının veb saytında tapılacaqdır. Alət və ya dəstək sekmesinin altında, model nömrəsi və nisbi bir ədviyyat modeli olan "simulyasiya modelləri" olacaq. Bizim vəziyyətimizdə "bc547" ni onlayn olaraq axtardım və bunun "Yarımkeçiricilərdə" adlı bir şirkət tərəfindən istehsal edildiyini gördüm. "Https://www.onsemi.com/" veb saytını axtardım və aşağıdakı kimi hərəkət edərək modeli tapdım:

• "Alətlər və dəstək" sekmesini açdım, altımda bir dizayn qaynaqları sekmesini tapdım. (şəkil 1)
• Sənədin növünü istədikləri dizayn mənbələrinin altında "Simulyasiya Modelləri" ni seçdim (şəkil 2)
• Parçanı adı ilə axtardım: "BC547". Kitabxananı istəyirik, ona görə də "BC547 Lib Model" i seçib yüklədik. (şəkil 3)
• Yüklədikdən sonra lib faylını layihə kataloquma qoydum. İndi mənim layihə kataloqum açıldığım orijinal KiCad pəncərəsində görünür (şəkil 4). O qovluğa gedən yolumu tıkladım, kitabxana faylını göstərildiyi kimi yapışdırdım və layihəmin sənədlərinin yanında göstərildiyini görmək üçün geri qayıtdım.
• Bütün bunları söylədikdən və etdikdən sonra tranzistor simvolunu çəkək. "Yer simvolu" menyusundan istifadə edərək tıkladım və sadəcə adını axtardım. Demək olar ki, bütün komponentlərin simvol menyusunda (şəkil 5) mövcud olduğunu görürsünüz.
• İndi qalanı modeli simvola həvalə etməkdir. Həmişə olduğu kimi "E" düyməsini basın və "Baharat modelini redaktə et" düyməsini basın.

• Gördüyümüz kimi, mövcud olan yeganə nişanlar model, passiv və mənbəyidir. Transistorlar nə mənbə, nə də passiv olmadığından modeli seçirik və doldurmaq üçün kitabxanaya qoşmağı seçirik. Menyu əvvəlcə kitabxananı içərisinə qoyduğumuz layihənin kataloquna açılır. Lib faylını vururuq.

  • Əla !! İndi ngspice tranzistoru "BC547" olaraq təyin etdi və demək olar ki, işə hazırdır. Əvvəlcə sıralanacaq kiçik bir detal var. Alternativ düyün ardıcıllığını aktivləşdirməliyik və "3 2 1" yazmalıyıq. Bu addımı atmağımızın səbəbi ngspice -in 3 tranzistor terminalını KiCad -ın göstərdiyi tərzin əksinə adlandırmasıdır. Beləliklə, kollektora 3 təyin edilmiş ola bilər, KiCad isə emitent olaraq 3 göstərir. Qarışıqlığın qarşısını almaq üçün Spice -in adlandırılma qaydasını yenidən göstərdik (şəkil 7).
  • Anddddd budur! Bu proses allvendor-təchizat modelləri üçün demək olar ki, eynidir. Başınızı bu dərs hissəsinə bağladıqdan sonra hər hansı bir elektron model və komponentdən yalnız kiçik bir araşdırma ilə istifadə edə bilərsiniz.

Addım 5: LED -lərin modelləşdirilməsi

LED-lərin modelləşdirilməsi onların parametrləri və əyri uyğunluqları haqqında bir az bilik tələb etməsi baxımından bir qədər çətindir. Beləliklə, onları modelləşdirmək üçün "LED ngspice" ə baxdım. "LED modellərini" yerləşdirən bir çox insan tapdım və bu " *Tipi QIRMIZI GaAs LED ilə getməyə qərar verdim: Vf = 1.7V Vr = 4V Əgər = 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)?"

Simvol menyusundan "LED" seçəcəyik və bu kodu "Ədviyyat modelini redaktə et" kitabxanalarının altındakı boş yerə yapışdıracağıq. Alternativ düyün ardıcıllığını işə salacağıq və şəkil 1 -də göstərildiyi kimi "2 1" yazacağıq

Rezistorlar və telləri bağlamaq kimi bir neçə son toxunuş əlavə etdikdən sonra simulyasiya etməyə hazırıq

Addım 6: Simulyasiya

Simulyasiya mürəkkəbdir, buna görə də bu dərsdə əsasları və necə başlayacağınızı izah edəcəyik

• Əvvəlcə simulyatoru yuxarı lentdəki alətlər sekmesinden açırıq (şəkil 1)
• Sonra yuxarı lentdəki simulyasiya nişanına daxil oluruq və parametrləri vururuq, oradan hansı simulyasiyanı işlətmək istədiyimizi və parametrlərini təyin edə bilərik. (şəkil 2)

Keçici bir simulyasiya aparmaq istəyirik. Simulyasiya variantları olaraq DC və AC süpürgəsi də mövcuddur. DC süpürgəsi, DC cərəyanının dəyərini artırır və AC tezlik reaksiyasını izləyərkən dairələrdəki dəyişiklikləri bildirir.

• Bununla birlikdə, keçid təhlili bir dövrəni real vaxtda simulyasiya edir. 3 parametrə malikdir, bunlardan ikisini istifadə edəcəyik. Zaman addımı, simulyatorun nəticələri nə qədər tez -tez yazacağıdır və son vaxt qeydin neçə saniyədən sonra dayandırılacağıdır. 1 milisaniyə və 5 milisaniyə daxil edirik və sonra tamam və sonra simulyasiyanı işə salırıq (şəkil 3)
• Gördüyünüz kimi, alt mətn ekranında bizə müxtəlif komponentlərdəki gərginlik və cərəyan dəyərlərini göstərdi. "Siqnal əlavə et" düyməsini istifadə edərək və sonra müəyyən bir komponentin gərginliyini və ya cərəyanını seçərək bu dəyərləri qrafikləşdirə bilərik. Simulyasiyaya başladıqdan sonra da araşdıra bilərik. Zondlama, müəyyən bir komponentdəki gərginlik və cərəyan əyrilərini birbaşa tıklayaraq izləməyimizə imkan verir. (şəkil 4)

Addım 7: Sarma

Bu dövrənin bir LDR və bir rezistorla edildiyi güman edildiyindən, bu komponentlərin hər ikisinin müqavimətini dəyişdirə bilərik və sonra ümumi yayıcı npn tranzistorundan istifadə edərək bu işıq nəzarətli LED üçün istədiyimiz müqavimət dəyərlərini təyin etmək üçün dövrəni yenidən işə sala bilərik. bir keçid dövrəsi olaraq.