Program za kreiranje električnih krugova i njihovu provjeru. Qucs - CAD softver otvorenog koda za modeliranje elektronskih kola

Trenutno nema toliko CAD programa otvorenog koda. Međutim, među elektroničkim CAD-om (EDA) postoje neki vrlo vrijedni proizvodi. Ovaj post će biti posvećen modeleru elektronska kola open source. Qucs je napisan u C++ koristeći Qt4 framework. Qucs je višeplatformski i objavljen za Linux, Windows i MacOS.

Razvoj ovog CAD sistema započeli su 2004. godine Nemci Michael Margraf i Stefan Jahn (trenutno nije aktivan). Qucs trenutno razvija međunarodni tim, koji uključuje i mene. Voditelji projekta su Frans Schreuder i Guilherme Torri. U nastavku ćemo govoriti o ključnim mogućnostima našeg modelara strujnih kola, njegovim prednostima i nedostacima u odnosu na analogne.

Glavni prozor programa prikazan je na snimku ekrana. Tamo je simulirano rezonantno pojačalo na tranzistoru sa efektom polja i dobijeni su oscilogrami napona na ulazu i izlazu, kao i frekvencijski odziv.

Kao što vidite, interfejs je intuitivan. Centralni dio prozora zauzima stvarno simulirano kolo. Komponente se postavljaju na dijagram povlačenjem i ispuštanjem s lijeve strane prozora. Pogledi za modeliranje i jednačine su također posebne komponente. Principi uređivanja kola su detaljnije opisani u dokumentaciji programa.

Format datoteke Qucs sheme je baziran na XML-u i dolazi s dokumentacijom. Stoga Qucs šemu mogu lako generirati programi trećih strana. Ovo vam omogućava da kreirate softver za sintezu kola koji je proširenje Qucs-a. Vlasnički softver obično koristi binarne formate.

Hajde da navedemo glavne komponente dostupne u Qucs-u:

1. Pasivne RCL komponente
2. Diodes
3. Bipolarni tranzistori
4. Tranzistori sa efektom polja (JFET, MOSFET, MESFET i mikrotalasni tranzistori)
5. Idealna op pojacala
6. Koaksijalne i mikrotrakaste linije
7. Komponente biblioteke: tranzistori, diode i mikro kola
8. Komponente fajla: potkrugovi, spice potkrugovi, Verilog komponente

Biblioteka komponenti koristi vlasnički format baziran na XML-u. Ali možete uvesti postojeće biblioteke komponenti zasnovane na Spice-u (navedene u podacima za elektronske komponente).

Podržane su sljedeće vrste simulacija:

1. Simulacija radne tačke DC
2. Modeliranje frekvencijskog domena na AC
3. Simulacija prolaznog vremenskog domena
4. Modeliranje S-parametara
5. Parametrijska analiza

Rezultati simulacije se mogu izvesti u Octave/Matlab i tamo se može izvršiti naknadna obrada podataka.

Qucs je baziran na novorazvijenom motoru za simulaciju kola. Posebnost ovog motora je ugrađena mogućnost simulacije S-parametara i SWR-a, što je važno za analizu RF kola. Qucs može pretvoriti S-parametre u Y- i Z-parametre.

Snimke ekrana prikazuju primjer modeliranja S-parametara širokopojasnog visokofrekventnog pojačala.

dakle, karakteristična karakteristika Qucs je sposobnost analize složenih frekvencijskih karakteristika (CFC), crtanja grafova na kompleksnoj ravni i Smithovih dijagrama, analiziranja kompleksnih otpora i S-parametara. Ove mogućnosti nisu dostupne u vlasničkim MicroCAP i MultiSim sistemima, a ovdje Qucs čak nadmašuje komercijalni softver i postiže rezultate nedostižne simulatorima kola baziranih na Spice-u.

Nedostatak Qucs-a je mali broj komponenti biblioteke. Ali ovaj nedostatak nije prepreka za korištenje, budući da je Qucs kompatibilan sa Spice formatom, koji sadrži modele elektroničkih komponenti u tablicama podataka. Modeler je također sporiji od sličnih Spice-kompatibilnih modelara (kao što je MicroCAP (vlasnički) ili Ngspice (otvoreni izvor)).

Trenutno radimo na mogućnosti da korisniku omogućimo izbor motora za simulaciju kola. Biće moguće koristiti ugrađeni Qucs engine, Ngspice (modeler konzole kompatibilan sa Spice-om sličan PSpice) ili Xyce (modeler sa podrškom za paralelno računanje preko OpenMPI)

Sada pogledajmo listu inovacija u nedavnom izdanju Qucs 0.0.18 obećavajućih područja u razvoju Qucsa:

1. Poboljšana Verilog kompatibilnost
2. Portiranje interfejsa na Qt4 se nastavlja
3. Implementirana lista nedavno otvorenih dokumenata u glavnom meniju.
4. Implementiran je izvoz grafova i dijagrama u rasterske i vektorske formate: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Ova funkcija je korisna kada pripremate članke i izvještaje koji sadrže rezultate simulacije
5. Mogućnost otvaranja šematskog dokumenta iz buduće verzije programa.
6. Ispravljene greške vezane za zamrzavanje modelara pod određenim uslovima.
7. Sistem za sintezu aktivnih filtera za Qucs se razvija (očekuje se u verziji 0.0.19)
8. U toku je razvoj interfejsa sa drugim open-source motorima za modeliranje elektronskih kola (

Zbog raširenog razvoja računarskih uređaja, problem proračuna i modeliranja električni dijagrami primetno pojednostavljeno. Najprikladniji softver Za ove svrhe, proizvod National Instruments je Multisim (Electronic Workbench).

U ovom članku ćemo pogledati najjednostavnije primjere modeliranja električnih krugova pomoću Multisim-a.

Dakle, imamo Multisim 12 ovo najnoviju verziju u vrijeme pisanja. Otvorimo program i kreiramo novu datoteku koristeći kombinaciju Ctrl+N.

Nakon kreiranja fajla, pred nama se otvara radna oblast. U stvari, radna oblast Multisim je polje za sklapanje potrebnog kola od postojećih elemenata i, verujte mi, njihov izbor je odličan.

Usput, ukratko o elementima. Sve grupe se podrazumevano nalaze na gornjoj ploči. Kada kliknete na bilo koju grupu, ispred vas se otvara kontekstni prozor u kojem birate element koji vas zanima.

Podrazumevana baza elemenata je Glavna baza podataka. Komponente sadržane u njemu podijeljene su u grupe.

Nabrojimo ukratko sadržaje grupa.

Izvori sadrže napajanje, uzemljenje.

Osnovni – otpornici, kondenzatori, induktori itd.

Diode – sadrži različite vrste diode.

Tranzistori - sadrži različite vrste tranzistora.

Analogni - sadrži sve vrste pojačala: operativna, diferencijalna, invertirajuća itd.

TTL - sadrži elemente tranzistor-tranzistorske logike

CMOS - sadrži elemente CMOS logike.

MCU modul – upravljački modul za više tačaka komunikacije.

Advanced_Peripherals – vanjski uređaji za povezivanje.

Misc Digital - razni digitalni uređaji.

Mješovito - kombinovane komponente

Indikatori - sadrži mjerne instrumente itd.

Panel za modeliranje takođe nije ništa komplikovano, baš kao i na bilo kom uređaju za reprodukciju postoje tasteri za pokretanje, pauzu i zaustavljanje. Preostala dugmad su potrebna za modeliranje u načinu rada korak po korak.

Instrument tabla sadrži razne merne instrumente (od vrha do dna) - multimetar, generator funkcija, vatmetar, osciloskop, Bode ploter, frekventnometar, generator reči, logički konvertor, logički analizator, analizator distorzije, stoni multimetar.

Dakle, nakon što smo ukratko ispitali funkcionalnost programa, prijeđimo na praksu.

Primjer 1

Prvo, sastavite jednostavan krug; za to nam je potreban izvor istosmjerne struje (dc-power) i par otpornika (otpornik).

Recimo da trebamo odrediti struju u nerazgrananom dijelu, napon na prvom otporniku i snagu na drugom otporniku. Za ove namjene trebat će nam dva multimetra i vatmetar. Prebacite prvi multimetar u režim ampermetra, drugi u režim voltmetra, oba na konstantan napon. Strujni namotaj vatmetra spajamo na drugu granu u seriji, naponski namotaj paralelno s drugim otpornikom.

Postoji jedna karakteristika modeliranja u Multisim-u - uzemljenje mora biti prisutno na dijagramu, tako da ćemo uzemljiti jedan pol izvora.

Nakon što se sklop sklopi, kliknite na start simulacije i pogledajte očitanja instrumenta.

Provjerimo ispravnost očitavanja (za svaki slučaj =)) prema Ohmovom zakonu

Pokazalo se da su očitanja instrumenta točna, prijeđimo na sljedeći primjer.

Primjer 2

Hajde da sastavimo pojačalo koristeći bipolarni tranzistor koristeći kolo zajedničkog emitera. Kao izvor ulaznog signala koristimo generator funkcija. U postavkama FG izabrat ćemo sinusoidni signal amplitude 0,1 V i frekvencije 18,2 kHz.

Osciloskopom ćemo uzeti oscilograme ulaznih i izlaznih signala, a za to ćemo morati koristiti oba kanala.

Da bismo provjerili ispravnost očitavanja osciloskopa, na ulaz i izlaz ćemo postaviti multimetar, nakon što smo ih prvo prebacili u način rada voltmetra.

Pokrećemo kolo i dvaput kliknemo svaki uređaj.

Očitavanja voltmetra se poklapaju sa očitanjima osciloskopa, ako znate da voltmetar pokazuje efektivnu vrijednost napona, da biste dobili koju trebate podijeliti vrijednost amplitude s korijenom iz dva.

Primjer 3

Koristeći logičke elemente 2 I-NE, sastavit ćemo multivibrator koji stvara pravokutne impulse potrebne frekvencije. Za mjerenje frekvencije impulsa koristit ćemo mjerač frekvencije i provjeriti njegova očitanja pomoću osciloskopa.

Dakle, recimo da smo postavili frekvenciju od 5 kHz i empirijski odabrali potrebne vrijednosti kondenzatora i otpornika. Pokrećemo krug i provjeravamo da frekventni mjerač pokazuje približno 5 kHz. Na oscilogramu označavamo period pulsa, koji u našem slučaju iznosi 199,8 μs. Tada je frekvencija

Razmotrili smo samo mali dio svih mogućih funkcija programa. U principu, Multisim softver će biti koristan kako studentima za rješavanje problema iz elektrotehnike i elektronike, tako i nastavnicima za naučna djelatnost itd.

Nadamo se da vam je ovaj članak bio koristan. Hvala vam na pažnji!

Electronics Workbench Multisim 14 je najpoznatiji program za projektovanje, projektovanje i simulaciju elektronskih kola. Multisim kombinuje profesionalne karakteristike sa programskim interfejsom lakim za korišćenje. Ovo je idealno sredstvo ne samo za obrazovnu, već i za industrijsku proizvodnju.

Multisim-ovo okruženje za dizajn koji se lako koristi omogućava korisniku da se odmakne od tradicionalnih metoda modeliranja kola i pruža moćan alat za analizu kola. Uslužni program vam omogućava da optimizirate svoje projekte, minimizirate greške i smanjite broj iteracija tokom razvoja. Pored toga, sada je uključen softver NI Ultiboard (dizajn rasporeda štampanih ploča).

Ogroman izbor gotovih radio elemenata, dioda, kondenzatora, tranzistora itd. Pomoći će vam da vrlo brzo simulirate procese koji se javljaju u gotovo svakom radioamaterskom dizajnu.

Počnimo sa upoznavanjem sa interfejsom programa.

Od posebnog interesa za radio amatere je panel komponenti. Koristi se za pristup bazi radioelemenata. Kada kliknete na bilo koju od odabranih ikona, otvara se prozor izbor komponenti. Na lijevoj strani prozora biramo potrebnu komponentu.

Celokupna baza podataka radio-elektronskih komponenti podeljena je na sekcije (pasivni elementi, tranzistori, mikro kola, itd.), a sekcije na porodice ( diode- zener diode, LED diode, tiristori itd.). Nadam se da je značenje jasno.

Osim toga, u prozoru za odabir radio elemenata možete vidjeti oznaku odabrane komponente, opis njene funkcije i odabrati tip kućišta.

Simulacija kola u Multisim

Hajde da sastavimo jednostavno kolo i vidimo kako radi emulirano! Uzeo sam to kao osnovu, gdje sam povezao LED diode kao opterećenje.

Ako je potrebno, možemo koristiti razne virtuelne mjerne instrumente, na primjer osciloskop, i gledati signale na bilo kojoj tački kola.

Modeliranje električnih kola u elektrotehnici pomoću Multisim-a

Hajde da sastavimo jednostavnu električni krug, za ovo nam je potreban izvor (dc-power). DC napon i nekoliko otpornika (otpornika).

Recimo da trebamo odrediti struju u nerazgranatom dijelu kola, napon na prvom otporu i snagu na drugom. Za to su nam potrebna tri virtuelna mjerna instrumenta, dva multimetra i vatmetar. Postavite prvi multimetar na trenutni način mjerenja - ampermetar, drugi - voltmetar. Strujni namotaj vatmetra povezujemo s drugom granom - serijski, naponski namotaj paralelno s drugim otporom.

Nakon što je virtualno kolo sastavljeno, pritisnite dugme za pokretanje i pogledajte očitanja mjernih instrumenata.

Za svaki slučaj ćemo provjeriti tačnost očitavanja sa virtuelnih mjernih uređaja.

Kao što se može vidjeti iz proračuna, virtuelna očitanja su se pokazala ispravnima.