„KiCad“grandinės modeliavimas: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Grandinių piešimas ir projektavimas yra senas procesas, toks pat senas kaip ir pirmieji elektroniniai komponentai. Tada buvo lengva. Komponentų buvo ribotas skaičius, taigi ir ribotas konfigūracijų skaičius, kitaip tariant: grandinės buvo paprastesnės. Dabar, vadinamajame informacijos amžiuje, yra begalė įvairių komponentų, o kiekvienas elektroninis komponentas turi daugiau nei tuziną modelių ir kiekvieną modelį gamina kelios įmonės. Nereikia nė sakyti, kad kiekvienas modelis ir kiekvienai įmonei būdingas komponentas skiriasi vienas nuo kito. Jie gali turėti savo šališkumą, klaidas su skirtingais nuokrypiais, skirtingomis maksimaliomis ir minimaliomis darbo sąlygomis ir, žinoma, gali šiek tiek pakeisti grandinės reakciją ir veikimą. Be to, šiandien grandinės yra labai sudėtingos; sudaro dešimtys komponentų, kurie tarpusavyje sąveikauja ir atlieka skirtingas užduotis pagal įvestį.

Kaip teisingai atspėjote, būtų košmaras pabandyti analizuoti šias grandines skaičiavimu arba ranka. Be to, kai kurie leistini nuokrypiai ir niuansai būtų prarasti arba pakeisti, nes jie priklauso nuo konkretaus produkto. Čia imituojamas modeliavimas. Pasinaudojus šiuolaikinių technologijų galia ir pažangiausiu greičiu, grandinės analizė, pagal kurią būtų prireikę valandų valandas dirbančių žmonių komandų, yra tokia paprasta, kaip nustatyti

Prekės

-Kicad 5.0 arba naujesnė versija

-Interneto ryšys bibliotekoms atsisiųsti

1 žingsnis: kaip vyksta magija?

Pradėkime tai sakydami, kad „KiCad“netvarko modeliavimo. „KiCad“yra tik vartotojo sąsaja (vartotojo sąsaja). Panaši analogija būtų ta, kad „KiCad“yra tik tarpininkas tarp jūsų ir modeliavimo programos, kuri gali būti viena iš daugelio programinės įrangos, vadinamos „SPICE“.

SPICE sutrumpintai reiškia „Modeliavimo programa su integruoto grandyno akcentu“. „KiCad“atveju „KiCad 5.0“ir naujesnės versijos yra iš anksto supakuotos su SPICE programa, vadinama „ngspice“. „Ngspice“turi savo keistenybių, žagsėjimų ir apribojimų, tačiau tai bus programinė įranga, į kurią daugiausia dėmesio skirsime. „Ngspice“naudoja „komponentus“grandinės elgesiui modeliuoti. Tai reiškia, kad, be grandinių schemų sudarymo, mes taip pat turime komentuoti ir „priskirti“modelius atskiriems komponentams. Kad išspręstų kelių tų pačių komponentų modelių problemą, „ngspice“nusprendė leisti kiekvienai įmonei sukurti „prieskonių modelius“, atkartojančius jų realaus gyvenimo analogų savybes ir niuansus, ir tada supakuoti šiuos modelius kaip atsisiunčiamas bibliotekas, kad sudarytų grandinę būtų taip paprasta, kaip atsisiųsti reikiamas bibliotekas ir priskirti modelį mūsų komponentams. Bet tai tik šnekos, sutepkime rankas ir pažiūrėkime, kaip tai iš tikrųjų veikia.

2 žingsnis: grandinės pasirinkimas ir pasyvių komponentų modeliavimas

Mes pasirinkome paprastą grandinę, leidžiančią parodyti, kaip komponentams galime pateikti savo SPICE reikšmes ir kaip galime naudoti komponentus, kuriuos nurodė pardavėjai

Pirmiausia, kaip matome iš paveikslo; šioje grandinėje yra 8. • 2 rezistorius

• 1 9V baterija

• 1 LDR

• 1 Kr. 547 npn tranzistorius

• 1 šviesos diodas

• 1 reostatas •

1 žemės

Visų tipų modeliavimo rezistoriai Ngspice „priskiria modelius“varžoms, kitaip tariant: atpažįsta juos. Taigi mums nereikia jų keisti ar rūpintis bibliotekomis, kad jas sukurtume. Taip pat pastebime, kad yra reostatas ir LDR. „Ngspice“jie abu gali būti modeliuojami kaip pastovūs rezistoriai, kad mes pakeisime jų vertes, kaip mums reikia. Kitaip tariant, jei mums reikia „padidinti šviesą“arba padidinti reostato apkrovą, turėsime sustabdyti modeliavimą, pakeisti apkrovą ir tada ją pakartoti.

3 žingsnis: įtampos šaltinių ir pagrindų modeliavimas

„Ngspice“neatpažįsta „standartinių“įtampos šaltinių; tuos, kuriuos naudoja „KiCad“. Jame yra biblioteka, skirta specialiai įtampos šaltiniams ir pagrindams

Norėdami patekti į biblioteką, pirmiausia turime pasirinkti skirtuką „Pasirinkti simbolį“ir ieškoti „prieskonių“

*Kaip matyti (1 paveiksle), turime „pspice“biblioteką ir „simulation_spice“biblioteką. Dėl įtampos šaltinių norime slinkti žemyn iki simulation_spice bibliotekos ir pasirinkti nuolatinės srovės įtampos šaltinį

Vėliau mes turime nustatyti jo reikšmes, kad treniruoklis suprastų, šioje grandinėje norime 9 V nuolatinės srovės šaltinio. Mes paspaudžiame „E“ant įtampos šaltinio ir atidaromas šis meniu, parodyta (2 pav.). Mes pasirenkame įtampos šaltinio nuorodos pavadinimą, pavyzdžiui, „VoltageMain“, tada spustelėkite „Redaguoti prieskonių modelį“. Kaip parodyta aukščiau

Tada mes pasirenkame dc 9v vertę, ir viskas. Kaip parodyta (3 pav.)

Žemė

Žemėje mes vėl ieškome „prieskonių“ir pirmasis rezultatas yra 0 V atskaitos potencialas, kaip parodyta. (4 pav.). Skirtingai nuo įprastų schemų, prieskonių programinei įrangai reikia žemės, nes ji apskaičiuoja įtampą pagal 0 V atskaitą.

4 žingsnis: tranzistoriaus modeliavimas

Kaip matome iš grandinės paveikslėlio, naudojamas tranzistorius yra labai specifinis modelis „BC547“. Paprastai beveik visi pagaminti komponentai bus rasti atitinkamo gamintojo svetainėje. Jų įrankių ar palaikymo skirtuke bus „modeliavimo modeliai“su modelio numeriu ir santykiniu prieskonių modeliu. Mūsų atveju internete ieškojau „bc547“ir radau, kad jį pagamino bendrovė „Apie puslaidininkius“. Ieškojau jų svetainės „https://www.onsemi.com/“ir radau modelį taip:

• Atidariau jų skirtuką „Įrankiai ir palaikymas“, apačioje radau dizaino išteklių skirtuką. (figūra 1)
• Po projektavimo ištekliais jie paprašė dokumento tipo, aš pasirinkau „Modeliavimo modeliai“(2 pav.)
• Dalies ieškojau pagal pavadinimą: „BC547“. Mes norime bibliotekos, todėl pasirenkame „BC547 Lib Model“ir atsisiųsime ją. (3 pav.)
• Atsisiuntęs įdėjau lib failą į savo projekto katalogą. Dabar mano projekto katalogas rodomas pradiniame mano atidarytame „KiCad“lange, kaip parodyta (4 pav.). Spustelėjau kelią į tą katalogą, įklijavau bibliotekos failą, kaip parodyta, ir grįžau, kad surastų jį rodomą kartu su mano projekto failais
• Po viso to, kas buvo pasakyta ir padaryta, nupieškime tranzistoriaus simbolį. Spustelėjau naudodamas meniu „vietos simbolis“ir tiesiog ieškojau pavadinimo. Jūs pastebite, kad beveik visi komponentai yra simbolių meniu, kaip parodyta (5 pav.).
• Dabar lieka modelio priskyrimas simboliui. Spustelėkite „E“, kaip visada ant simbolio, ir spustelėkite „Redaguoti prieskonių modelį“.

• Kaip matome, vieninteliai galimi skirtukai yra modelis, pasyvus ir šaltinis. Kadangi tranzistoriai nėra nei šaltiniai, nei pasyvūs, mes pasirenkame modelį ir pasirenkame prijungti biblioteką. Pirmiausia meniu atsidaro projekto katalogas, kurį mums pasisekė, kad jau įtraukėme biblioteką. Spustelime lib failą.

  • Puiku !! Dabar „ngspice“identifikavo tranzistorių kaip „BC547“ir yra beveik paruoštas darbui. Pirmiausia reikia sutvarkyti vieną mažą detalę. Turime įgalinti alternatyvią mazgų seką ir įvesti „3 2 1“. Priežastis, dėl kurios turime atlikti šį žingsnį, yra ta, kad „ngspice“3 tranzistorių gnybtus įvardija priešingai nei rodo „KiCad“. Taigi, kolektoriui gali būti priskirti 3, o „KiCad“rodo 3 kaip skleidėją. Kad išvengtume painiavos, iš naujo sukonfigūruojame „Spice“pavadinimo tvarką, kaip parodyta (7 pav.)
  • Ir taip! Šis procesas yra beveik identiškas „allvendor-Supplies“modeliams. Apsivynioję galvą šia pamoka, galite atlikti bet kokio tipo elektroninį modelį ir komponentą, tik šiek tiek ištyrę.

5 žingsnis: šviesos diodų modeliavimas

Šviesos diodai yra šiek tiek sudėtingesni, nes jų modeliavimas reikalauja tam tikrų žinių apie jų parametrus ir kreivės pritaikymą. Taigi, norėdamas juos modeliuoti, aš tiesiog pasižiūrėjau „LED ngspice“. Radau kelis žmones, skelbiančius savo „LED modelius“, ir nusprendžiau eiti su šiuo „ *Tip RED GaAs LED: Vf = 1.7V Vr = 4V If = 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)? “

Simbolių meniu pasirinksime „LED“ir įklijuosime šį kodą į tuščią vietą po bibliotekomis skiltyje „Redaguoti prieskonių modelį“. Mes taip pat ketiname įjungti alternatyvią mazgų seką ir parašyti „2 1“, kaip parodyta 1 paveiksle

Pridėję keletą paskutinių prisilietimų, pavyzdžiui, rezistorius ir prijungę laidus, esame pasiruošę imituoti

6 žingsnis: modeliavimas

Modeliavimas yra sudėtingas, todėl šioje pamokoje paaiškinsime pagrindus ir tai, kaip galite pradėti

• Pirmiausia atidarome simuliatorių iš įrankių skirtuko viršutinėje juostelėje (1 pav.)
• Tada mes einame į modeliavimo skirtuką viršutinėje juostelėje ir spustelėkite nustatymus, iš ten galime nurodyti, kokį modeliavimą norime vykdyti, ir jo parametrus. (2 pav.)

Mes norime atlikti laikiną modeliavimą. Taip pat yra modeliavimo parinkčių DC ir AC šlavimas. Dc sweep padidina nuolatinės srovės vertę ir praneša apie apskritimų pokyčius, o AC stebi dažnio atsaką.

• Tačiau trumpalaikė analizė imituoja grandinę realiuoju laiku. Jis turi 3 parametrus, iš kurių ketiname naudoti du. Laiko žingsnis yra tai, kaip dažnai treniruoklis įrašys rezultatus, o paskutinis laikas - po kiek sekundžių įrašymas bus sustabdytas. Įvedame 1 milisekundę ir 5 milisekundes, tada gerai, ir tada atliekame modeliavimą (3 pav.)
• Kaip matote, apatiniame teksto ekrane jis mums parodė įvairių komponentų įtampos ir srovės vertes. Mes taip pat galėtume nubrėžti šias vertes naudodami mygtuką „pridėti signalus“ir pasirinkę tam tikro komponento įtampą ar srovę. Mes taip pat galime tirti pradėję modeliavimą. Zondavimas leidžia tiesiogiai stebėti tam tikro komponento įtampos ir srovės kreives spustelėjus jį. (4 pav.)

7 žingsnis: Apvyniojimas

Kadangi ši grandinė turėjo būti pagaminta naudojant LDR ir rezistorių, galime pakeisti abiejų šių komponentų pasipriešinimą ir tada pakartotinai paleisti grandinę, kad nustatytume atsparumo vertes, kurių norėtume šiam šviesos valdomam šviesos diodui, naudojant bendro spinduliavimo npn tranzistorių kaip jungiklio grandinė.