Un program pentru crearea circuitelor electrice și verificarea acestora. Qucs - software CAD open-source pentru modelarea circuitelor electronice

Nu există atât de multe programe CAD open-source în acest moment. Cu toate acestea, printre CAD electronic (EDA) există câteva produse foarte demne. Această postare va fi dedicată modelatorului circuite electronice sursa deschisa. Qucs este scris în C++ folosind cadrul Qt4. Qucs este multiplatformă și este lansat pentru Linux, Windows și MacOS.

Dezvoltarea acestui sistem CAD a început în 2004 de către germanii Michael Margraf și Stefan Jahn (în prezent neactivi). Qucs este în prezent dezvoltat de o echipă internațională, care mă include și pe mine. Liderii proiectului sunt Frans Schreuder și Guilherme Torri. Mai jos de tăiere vom vorbi despre capacitățile cheie ale modelatorului nostru de circuite, avantajele și dezavantajele sale în comparație cu analogii.

Fereastra principală a programului este afișată în captură de ecran. Acolo, a fost simulat un amplificator rezonant pe un tranzistor cu efect de câmp și s-au obținut oscilograme ale tensiunii la intrare și ieșire și, de asemenea, răspunsul în frecvență.

După cum puteți vedea, interfața este intuitivă. Partea centrală a ferestrei este ocupată de circuitul real simulat. Componentele sunt plasate pe diagramă prin glisare și plasare din partea stângă a ferestrei. Modelarea vederilor și ecuațiilor sunt, de asemenea, componente speciale. Principiile de editare a circuitelor sunt descrise mai detaliat în documentația programului.

Formatul de fișier schema Qucs este bazat pe XML și vine cu documentație. Prin urmare, schema Qucs poate fi generată cu ușurință de programe terțe. Acest lucru vă permite să creați software de sinteză a circuitelor care este o extensie a Qucs. Software-ul proprietar utilizează de obicei formate binare.

Să enumerăm principalele componente disponibile în Qucs:

1. Componente RCL pasive
2. Diode
3. Tranzistoare bipolare
4. Tranzistoare cu efect de câmp (JFET, MOSFET, MESFET și tranzistoare cu microunde)
5. Amplificatoare operaționale ideale
6. Linii coaxiale și microbande
7. Componente bibliotecă: tranzistoare, diode și microcircuite
8. Componente fișiere: subcircuite, subcircuite condimente, componente Verilog

Biblioteca de componente folosește un format proprietar bazat pe XML. Dar puteți importa biblioteci de componente existente pe baza Spice (enumerate în fișele de date pentru componentele electronice).

Sunt acceptate următoarele tipuri de simulare:

1. Simulare punct de operare DC
2. Modelarea domeniului de frecvență pe AC
3. Simulare tranzitorie în domeniul temporal
4. Modelarea parametrilor S
5. Analiza parametrica

Rezultatele simulării pot fi exportate în Octave/Matlab și post-procesarea datelor poate fi efectuată acolo.

Qucs se bazează pe un motor de simulare a circuitelor nou dezvoltat. O caracteristică distinctivă a acestui motor este capacitatea încorporată de a simula parametrii S și SWR, care este importantă pentru analiza circuitelor RF. Qucs poate converti parametrii S în parametrii Y și Z.

Capturile de ecran arată un exemplu de modelare a parametrilor S ai unui amplificator de bandă largă de înaltă frecvență.

Asa de, trăsătură distinctivă Qucs este capacitatea de a analiza caracteristici complexe de frecvență (CFC), de a trasa grafice pe planul complex și diagrame Smith, analizând rezistențe complexe și parametrii S. Aceste capabilități nu sunt disponibile în sistemele proprietare MicroCAP și MultiSim, iar aici Qucs chiar depășește software-ul comercial și obține rezultate de neatins de simulatoarele de circuite bazate pe Spice.

Dezavantajul Qucs este numărul mic de componente ale bibliotecii. Dar acest dezavantaj nu este un obstacol în utilizare, deoarece Qucs este compatibil cu formatul Spice, care conține modele de componente electronice în fișele tehnice. Modelatorul este, de asemenea, mai lent decât modelele similare compatibile cu Spice (cum ar fi MicroCAP (proprietar) sau Ngspice (open-source)).

În prezent lucrăm la capacitatea de a oferi utilizatorului o alegere de motor pentru simularea circuitului. Va fi posibil să utilizați motorul Qucs încorporat, Ngspice (un modelator de consolă compatibil Spice similar cu PSpice) sau Xyce (un modelator cu suport pentru calcul paralel prin OpenMPI)

Acum să ne uităm la lista de inovații din recenta lansare a Qucs 0.0.18 domenii promițătoare în dezvoltarea Qucs:

1. Compatibilitate îmbunătățită cu Verilog
2. Portarea interfeței la Qt4 continuă
3. Am implementat o listă de documente deschise recent în meniul principal.
4. Exportul de grafice și diagrame în formate raster și vectoriale a fost implementat: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Această funcție este utilă la pregătirea articolelor și rapoartelor care conțin rezultate de simulare
5. Abilitatea de a deschide un document schematic dintr-o versiune viitoare a programului.
6. S-au remediat erori legate de înghețarea modelatorului în anumite condiții.
7. Un sistem de sinteză a filtrelor active pentru Qucs este în curs de dezvoltare (așteptată în versiunea 0.0.19)
8. Dezvoltarea interfeței cu alte motoare open-source pentru modelarea circuitelor electronice este în curs de desfășurare (

Datorită dezvoltării pe scară largă a dispozitivelor de calcul, problema calculului și modelării scheme electrice vizibil simplificat. Cel mai potrivit softwareÎn aceste scopuri, produsul National instruments este Multisim (Electronic Workbench).

În acest articol ne vom uita la cele mai simple exemple de modelare a circuitelor electrice folosind Multisim.

Deci, avem Multisim 12 asta ultima versiune la momentul scrierii. Să deschidem programul și să creăm un fișier nou folosind combinația Ctrl+N.

După crearea fișierului, în fața noastră se deschide zona de lucru. În esență, zona de lucru Multisim este un domeniu pentru asamblarea circuitului necesar din elementele existente și credeți-mă, alegerea lor este grozavă.

Apropo, pe scurt despre elemente. Toate grupurile sunt situate implicit în panoul superior. Când dați clic pe orice grup, în fața dvs. se deschide o fereastră de context în care selectați elementul care vă interesează.

Elementul de bază implicit este Master Database. Componentele conținute în acesta sunt împărțite în grupuri.

Să enumerăm pe scurt conținutul grupurilor.

Sursele conțin surse de alimentare, împământare.

De bază – rezistențe, condensatoare, bobine etc.

Diode – contine tipuri diferite diode.

Tranzistoare - contine diverse tipuri de tranzistoare.

Analogic - conține toate tipurile de amplificatoare: operaționale, diferențiale, inversoare etc.

TTL - contine elemente de logica tranzistor-tranzistor

CMOS - conține elemente logice CMOS.

Modul MCU – modul de control al comunicațiilor multipunct.

Advanced_Peripherals – dispozitive externe care trebuie conectate.

Misc Digital - diverse dispozitive digitale.

Componente mixte - combinate

Indicatori - contine instrumente de masura etc.

De asemenea, panoul de modelare nu este deloc complicat, la fel ca pe orice dispozitiv de redare, există butoane de pornire, pauză și oprire. Butoanele rămase sunt necesare pentru modelare în modul pas cu pas.

Panoul de instrumente contine diverse instrumente de masura (de sus in jos) - multimetru, generator de functii, wattmetru, osciloscop, plotter Bode, frecventametru, generator de cuvinte, convertor logic, analizor logic, analizor de distorsiuni, multimetru de banc.

Deci, după ce am examinat pe scurt funcționalitatea programului, să trecem la practică.

Exemplul 1

Mai întâi, să asamblam un circuit simplu pentru aceasta avem nevoie de o sursă de curent continuu (dc-power) și o pereche de rezistențe (rezistor).

Să presupunem că trebuie să determinăm curentul în partea neramificată, tensiunea pe primul rezistor și puterea pe al doilea rezistor. În aceste scopuri vom avea nevoie de două multimetre și un wattmetru. Comutați primul multimetru în modul ampermetru, al doilea în modul voltmetru, ambele la tensiune constantă. Conectăm înfășurarea curentă a wattmetrului la a doua ramură în serie, înfășurarea de tensiune în paralel cu al doilea rezistor.

Există o caracteristică a modelării în Multisim - împământarea trebuie să fie prezentă în diagramă, așa că vom împământa un pol al sursei.

După ce circuitul este asamblat, faceți clic pe Start simulare și priviți citirile instrumentului.

Să verificăm corectitudinea citirilor (doar în cazul în care =)) conform legii lui Ohm

Citirile instrumentului s-au dovedit a fi corecte, să trecem la următorul exemplu.

Exemplul 2

Să asamblam un amplificator folosind un tranzistor bipolar folosind un circuit cu emițător comun. Folosim un generator de funcții ca sursă de semnal de intrare. În setările FG, vom selecta un semnal sinusoidal cu o amplitudine de 0,1 V și o frecvență de 18,2 kHz.

Folosind un osciloscop, vom lua oscilograme ale semnalelor de intrare și de ieșire pentru aceasta va trebui să folosim ambele canale;

Pentru a verifica corectitudinea citirilor osciloscopului, vom plasa un multimetru la intrare și la ieșire, după ce le-am trecut mai întâi în modul voltmetru.

Lansăm circuitul și facem dublu clic pe fiecare dispozitiv.

Citirile voltmetrului coincid cu citirile osciloscopului, dacă știți că voltmetrul arată valoarea tensiunii efective, pentru a o obține trebuie să împărțiți valoarea amplitudinii la rădăcina a doi.

Exemplul 3

Folosind elementele logice 2 ȘI-NU, vom asambla un multivibrator care creează impulsuri dreptunghiulare cu frecvența necesară. Pentru a măsura frecvența pulsului, vom folosi un contor de frecvență și vom verifica citirile acestuia folosind un osciloscop.

Deci, să presupunem că setăm o frecvență de 5 kHz și selectăm empiric valorile necesare ale condensatorului și rezistențelor. Rulăm circuitul și verificăm dacă frecvențametrul arată aproximativ 5 kHz. Pe oscilogramă notăm perioada pulsului, care în cazul nostru este egală cu 199,8 μs. Atunci frecvența este

Am luat în considerare doar o mică parte din toate funcțiile posibile ale programului. În principiu, software-ul Multisim va fi util atât pentru studenți pentru a rezolva probleme din inginerie electrică și electronică, cât și pentru profesori pentru activitate științifică etc.

Sperăm că acest articol v-a fost de folos. Vă mulțumim pentru atenție!

Electronics Workbench Multisim 14 este cel mai faimos program pentru proiectarea, proiectarea și simularea circuitelor electronice. Multisim combină funcții profesionale cu o interfață de program ușor de utilizat. Acesta este un instrument ideal nu numai pentru producția educațională, ci și pentru producția industrială.

Mediul de proiectare Multisim, ușor de utilizat, permite utilizatorului să se îndepărteze de metodele tradiționale de modelare a circuitelor și oferă un instrument puternic pentru analiza circuitului. Utilitarul vă permite să vă optimizați proiectele, să minimizați erorile și să reduceți numărul de iterații în timpul dezvoltării. În plus, acum este inclus software-ul NI Ultiboard (designul plăcilor de circuit imprimat).

O selecție uriașă de elemente radio gata făcute, diode, condensatoare, tranzistoare etc. Vă va ajuta să simulați foarte rapid procesele care apar în aproape orice proiectare de radio amator.

Să începem prin a ne familiariza cu interfața programului.

Un interes deosebit pentru radioamator constă în panoul de componente. Este folosit pentru a accesa baza de date de radioelemente. Când faceți clic pe oricare dintre pictogramele selectate, se deschide o fereastră selectarea componentelor. În partea stângă a ferestrei selectăm componenta necesară.

Întreaga bază de date de componente radio-electronice este împărțită în secțiuni (elemente pasive, tranzistoare, microcircuite etc.) și secțiuni în familii ( diode- diode zener, LED-uri, tiristoare etc.). Sper că sensul este clar.

În plus, în fereastra de selecție a elementului radio, puteți vedea denumirea componentei selectate, o descriere a funcției acesteia și puteți selecta tipul de carcasă.

Simularea circuitului în Multisim

Să punem cap la cap un circuit simplu și să vedem cum funcționează emulat! L-am luat ca bază, unde am conectat LED-uri ca sarcină.

Dacă este necesar, putem folosi diverse instrumente de măsurare virtuale, de exemplu un osciloscop, și putem privi semnalele în orice punct al circuitului.

Modelarea circuitelor electrice în inginerie electrică folosind Multisim

Să asamblam un circuit electric simplu, pentru aceasta avem nevoie de o sursă (dc-power). tensiune DCși câteva rezistențe (rezistoare).

Să presupunem că trebuie să determinăm curentul în partea neramificată a circuitului, tensiunea la prima rezistență și puterea la a doua. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de trei instrumente de măsurare virtuale, două multimetre și wattmetru. Setați primul multimetru la modul de măsurare curent - ampermetru, celălalt - voltmetru. Conectăm înfășurarea curentă a wattmetrului la a doua ramură - în serie, înfășurarea de tensiune în paralel cu a doua rezistență.

După ce circuitul virtual este asamblat, apăsați butonul de pornire și priviți citirile instrumentelor de măsură.

Pentru orice eventualitate, vom verifica acuratețea citirilor de la dispozitivele virtuale de măsurare.

După cum se poate vedea din calcule, citirile virtuale s-au dovedit a fi corecte.