Simulasie van 'n KiCad -stroombaan: 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Om stroombane te teken en te ontwerp, is 'n ou proses, so oud soos die eerste elektroniese komponente. Dit was toe maklik. Daar was 'n beperkte aantal komponente en dus 'n beperkte aantal konfigurasies, met ander woorde: stroombane was eenvoudiger. Nou, in die sogenaamde inligtingsera, is daar 'n magdom BAIE verskillende komponente, en elke elektroniese komponent het meer as 'n dosyn modelle en elke model word vervaardig deur 'n handjievol ondernemings. Nodeloos om te sê, elke model en elke onderneming-spesifieke komponent verskil van mekaar. Hulle kan hul vooroordeel hê, foute met verskillende toleransies, verskillende maksimum- en min -bedryfstoestande en kan natuurlik die reaksie en werking van die kring effens verander. Om alles te kroon, is stroombane deesdae baie kompleks; bestaande uit tot tientalle komponente wat saamwerk om verskillende take op grond van die insette uit te voer.

Soos u reg geraai het, sou dit 'n nagmerrie wees om hierdie kringe per berekening of met die hand te probeer ontleed. Boonop sal sommige toleransies en nuanses verlore gaan of verander, aangesien dit produkspesifiek is. Dit is hier waar simulasie inkom. Deur die krag van moderne tegnologie te benut en met die nuutste snelhede, is 'n kringontleding wat spanne mense ure lank sou laat werk, nou so eenvoudig as om die

Voorrade

-Kicad weergawe 5.0 of later

-Internetverbinding om biblioteke af te laai

Stap 1: Hoe gebeur die towerkuns?

Laat ons dit voorafgaan deur te sê dat KiCad nie simulasies hanteer nie. KiCad is bloot 'n gebruikersinterface (UI). 'N Vergelykbare analogie sou wees dat KiCad slegs 'n middelman tussen u en die simulasieprogram is, wat een van die veelvuldige sagteware kan wees wat' SPICE 'genoem word.

SPICE is die afkorting van 'Simulasieprogram met klem op geïntegreerde stroombane'. In die geval van KiCad word KiCad 5.0 en later vooraf verpak met 'n SPICE-program genaamd ngspice. Ngspice het sy eienaardighede, hik en beperkings, maar dit is die sagteware waarop ons sal fokus. Ngspice gebruik 'komponente' om stroombaangedrag te modelleer. Dit beteken dat ons, afgesien van die stroomskemas, ook modelle moet aanteken en 'toewys' aan individuele komponente. Om die probleem van veelvuldige modelle van dieselfde komponente op te los, het ngspice besluit om elke onderneming 'speserymodelle' te laat maak wat die eienskappe en nuanses van hul werklike eweknieë herhaal, en hierdie modelle dan as aflaaibare biblioteke te verpak, sodat 'n stroombaan geteken word sou so eenvoudig wees as om die vereiste biblioteke af te laai en 'n model aan ons komponente toe te ken. Maar dit is alles praat, kom ons maak ons hand vuil en kyk hoe dit eintlik werk.

Stap 2: Kies 'n stroombaan en modelleer passiewe komponente

Ons het 'n eenvoudige kring gekies waarmee ons kan demonstreer hoe ons ons eie SPICE -waardes aan komponente kan verskaf en hoe ons komponente kan gebruik wat deur verkopers gelys is

Eerstens, soos ons uit die figuur kan sien; daar is 8 komponente in hierdie stroombaan. • 2 weerstand

• 1 9v battery

• 1 LDR

• 1 BC 547 npn transistor

• 1 LED

• 1 reostaat •

1 grond

Modelleringsweerstands van alle soorte Ngspice "ken modelle" toe aan weerstande, met ander woorde: dit herken dit. Ons hoef dit dus nie aan te pas of aan biblioteke te dink om dit te maak nie. Ons sien ook dat daar 'n reostaat en 'n LDR is. In spesies kan hulle albei as konstante weerstande gemodelleer word, sodat ons hul waardes sal verander soos ons dit nodig het. Met ander woorde, as ons 'die lig moet verhoog' of die lading van die reostaat moet verhoog, moet ons die simulasie stop, die las verander en dit dan weer herhaal.

Stap 3: Modellering van spanningsbronne en gronde

Ngspice herken nie 'standaard' spanningsbronne nie; dié wat deur KiCad gebruik word. Dit bied 'n biblioteek spesifiek vir die spanningsbronne en -gronde

Om toegang tot die biblioteek te verkry, moet ons eers die oortjie "Kies simbool" kies en na "speserye" soek

*Soos gesien in (figuur 1), het ons die "pspice" biblioteek en die "simulation_spice" een. Vir spanningsbronne wil ons afrol na die simulation_spice -biblioteek en 'n DC -spanningsbron kies

Daarna moet ons die waardes daarvan stel om die simulator te verstaan; in hierdie kring wil ons 'n 9v DC -bron hê. Ons klik op "E" op die spanningsbron en die volgende spyskaart word geopen, getoon in (figuur 2). Ons kies 'n verwysingsnaam vir die spanningsbron, byvoorbeeld VoltageMain, en klik dan op 'Wysig speserymodel'. Soos hierbo getoon

Dan kies ons 'n waarde van dc 9v, en dit is omtrent dit. Soos getoon in (figuur 3)

Die grond

Vir die grond soek ons weer na 'spesery', en die eerste resultaat is die 0V -verwysingspotensiaal soos in figuur 4 getoon. Anders as normale skemas, benodig speserye sagteware die grond, aangesien dit die spanning bereken op grond van die 0v -verwysing.

Stap 4: Modellering van die transistor

Soos ons uit die kringfoto kan sien, is die gebruikte transistor 'n baie spesifieke model, die 'BC547'. In die algemeen word byna alle vervaardigde komponente op die webwerf van hul onderskeie vervaardigers gevind. Onder hul instrument- of ondersteuningsoortjie sal daar 'simulasiemodelle' wees met die modelnommer en 'n relatiewe spesery -model. In ons geval het ek aanlyn na "bc547" gesoek en gevind dat dit vervaardig is deur 'n onderneming genaamd "On semiconductors". Ek het na hul webwerf “https://www.onsemi.com/” gesoek en die model gevind deur die volgende te doen:

• Ek het hul oortjie "Gereedskap en ondersteuning" oopgemaak, onder ek het 'n oortjie ontwerpbronne gevind. (Figuur 1)
• Onder die ontwerphulpbronne wat hulle gevra het vir die tipe dokument, het ek 'Simulasiemodelle' gekies (figuur 2)
• Ek het die onderdeel op die naam gesoek: “BC547”. Ons wil die biblioteek hê, daarom kies ons 'BC547 Lib Model' en laai dit af. (figuur 3)
• Nadat ek dit afgelaai het, plaas ek die lib -lêer in my projekgids. Nou word my projekgids vertoon in die oorspronklike KiCad -venster wat ek oopgemaak het, soos gesien in (figuur 4). Ek het na die gids geklik, die biblioteeklêer geplak soos aangedui en teruggekeer om dit langs die lêers van my projek te sien
• Na alles wat gesê en gedoen is, laat ons die transistorsimbool teken. Ek het met die spyskaart “plek -simbool” geklik en net na die naam gesoek. U vind dat byna alle komponente in die simboolmenu bestaan, soos in (figuur 5).
• Dit wat nou oorbly, is om die model aan die simbool toe te ken. Ons klik op "E" soos altyd op die simbool, en klik op "Spesifiseer speserymodel".

• Soos ons kan sien, is die enigste beskikbare oortjies model, passief en bron. Aangesien transistors nie bron of passief is nie, kies ons die model en kies ons om 'n biblioteek in te vul om in te vul. Die spyskaart word eers oopgemaak vir die gids van die projek, wat ons gelukkig reeds in die biblioteek ingesit het. Ons klik op die lib -lêer.

  • Puik !! Nou het ngspice die transistor geïdentifiseer as 'BC547' en is dit amper gereed om te werk. Daar moet eers 'n klein detail gesorteer word. Ons moet 'n alternatiewe nodevolgorde aktiveer en "3 2 1" tik. Die rede waarom ons hierdie stap moet doen, is dat ngspice die 3 transistorterminale noem op 'n manier teenoor die manier waarop KiCad dit wys. Dit kan dus wees dat 3 aan die versamelaar toegewys is, terwyl KiCad 3 as die uitsteller wys. Om verwarring te voorkom, herkonfigureer ons die naamorde van Spice, soos getoon in (figuur 7)
  • Anddddd dit is dit! Hierdie proses is byna identies vir allvendor-voorrade-modelle. Sodra u u kop om hierdie tutoriaaldeel gedraai het, kan u enige tipe elektroniese model en komponent met slegs 'n bietjie navorsing gebruik.

Stap 5: Modelleer LED's

LED's is 'n bietjie moeiliker omdat die modellering daarvan 'n mate van kennis vereis oor hul parameters en krompassing. Dus, om dit te modelleer, het ek net 'LED ngspice' opgesoek. Ek het gevind dat verskeie mense hul "LED -modelle" plaas en ek het besluit om hierdie " *Typ RED GaAs LED: Vf = 1.7V Vr = 4V If = 40mA trr = 3uS te gebruik. 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)?”

Ons kies 'LED' in die simboolkieslys en plak hierdie kode in die leë spasie onder die biblioteke in 'Spice model'. Ons gaan ook die alternatiewe nodevolgorde aanskakel en "2 1" skryf, soos in figuur 1 getoon

Na 'n paar laaste aanraking, soos die weerstande en die aansluiting van die drade, is ons gereed om te begin simuleer

Stap 6: Simuleer

Simulasie is kompleks, so in hierdie handleiding sal ons die basiese beginsels verduidelik en hoe u kan begin

• Eerstens maak ons die simulator oop vanaf die tabblad gereedskap in die boonste lint (figuur 1)
• Dan gaan ons na die simulasie -oortjie in die boonste lint en klik op instellings, van daar af kan ons spesifiseer watter soort simulasie ons wil uitvoer en die parameters daarvan. (figuur 2)

Ons wil 'n verbygaande simulasie uitvoer. Daar is ook DC- en AC -sweep beskikbaar as simulasie -opsies. DC sweep verhoog die waarde van die DC stroom en rapporteer die veranderinge in die sirkels terwyl AC die frekwensierespons monitor.

• Verbygaande analise simuleer egter 'n stroombaan in reële tyd. Dit het 3 parameters, waarvan ons twee gaan gebruik. Tydstap is hoe gereeld die simulator die resultate sal opneem, en die laaste tyd is na hoeveel sekondes die opname sal stop. Ons voer 1 millisekonde en 5 millisekondes in en dan ok, en dan voer ons die simulasie uit (figuur 3)
• Soos u kan sien, het dit ons in die onderste teksvertoning die spanning en stroomwaardes oor verskillende komponente gewys. Ons kan ook hierdie waardes grafiek maak deur die knoppie "voeg seine by" te gebruik en dan die spanning of stroom van 'n sekere komponent te kies. Ons kan ook ondersoek nadat ons met die simulasie begin het. Deur met sonde te kyk, kan ons die spanning en stroomkurwes in 'n sekere komponent direk monitor deur daarop te klik. (figuur 4)

Stap 7: Inpak

Aangesien hierdie kring met 'n LDR en 'n weerstand gemaak moes word, kan ons albei komponente se weerstand verander en die kring dan weer herhaal om die weerstandswaardes te bepaal wat ons vir hierdie liggekontroleerde LED wil hê met behulp van 'n common-emitter npn transistor as 'n skakelaar.