הדמיית מעגל KiCad: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

ציור ועיצוב מעגלים הוא תהליך ישן, ישן כמו הרכיבים האלקטרוניים הראשונים. זה היה קל אז. היה מספר מצומצם של רכיבים ולכן מספר מוגבל של תצורות, במילים אחרות: המעגלים היו פשוטים יותר. כעת, בעידן המידע שנקרא, יש מספר עצום של רכיבים שונים, ולכל רכיב אלקטרוני יש יותר מעשרה דגמים וכל דגם מיוצר על ידי קומץ חברות. מיותר לציין שכל דגם וכל רכיב ספציפי לחברה נבדלים זה מזה. יתכן שההטיות שלהם, טעויות עם סובלנות שונות, תנאי הפעלה מקסימליים ודקות, וכמובן עשויים לשנות מעט את אופן התגובה והפעולה של המעגל. לסיכום, מעגלים בימינו הם מורכבים ביותר; המורכב מעשרות רכיבים המתנהלים אינטראקציה משותפת לביצוע משימות שונות על סמך הקלט.

כפי שניחשתם נכון, זה יהיה סיוט לנסות לנתח את המעגלים האלה בחישוב או ביד. יתר על כן, כמה סובלנות וניואנסים יאבדו או ישתנו מכיוון שהם ספציפיים למוצר. כאן נכנסת הסימולציה. ניצול העוצמה של הטכנולוגיה המודרנית ועם מהירויות מתקדמות, ניתוח מעגלים שהיו לוקחים צוותים של אנשים שעובדים שעות הוא פשוט כמו הגדרת

אספקה

-גרסת Kicad 5.0 ואילך

-חיבור לאינטרנט להורדת ספריות

שלב 1: כיצד מתרחש הקסם?

בואו נקדים את זה בכך ש- KiCad אינו מטפל בסימולציות. KiCad הוא רק ממשק משתמש (ממשק משתמש). אנלוגיה דומה יכולה להיות ש- KiCad הוא רק מתווך בינך לבין תוכנית הסימולציה, שיכולה להיות אחת מתוכנות מרובות הנקראות "SPICE".

SPICE הוא קיצור של "תוכנית סימולציה עם דגש על מעגל משולב". במקרה של KiCad, KiCad 5.0 ומאוחר יותר מגיע ארוז מראש עם תוכנית SPICE הנקראת ngspice. ל- Ngspice יש את המוזרויות, השיהוקים והמגבלות שלה אך תהיה התוכנה שבה נתמקד. Ngspice משתמשת "רכיבים" כדי לדגמן התנהגות מעגלים. המשמעות היא שמלבד ציור תרשימי המעגלים עלינו גם להוסיף הערות ול"קצות "מודלים לרכיבים בודדים. כדי לפתור את הבעיה של מספר דגמים של אותם רכיבים, ngspice החליטה לאפשר לכל חברה לייצר "דגמי תבלינים" המשכפלים את המאפיינים והניואנסים של עמיתיהם בחיים האמיתיים, ולאחר מכן לארוז את הדגמים הללו כספריות להורדה, כך שיצייר מעגל יהיה פשוט כמו הורדת הספריות הנדרשות והקצאת מודל לרכיבים שלנו. אבל זה הכל דיבורים, בואו נלכלך את היד ונראה איך זה באמת עובד.

שלב 2: בחירת מעגל ומידול רכיבים פסיביים

בחרנו במעגל פשוט המאפשר לנו להדגים כיצד אנו יכולים לספק ערכי SPICE משלנו לרכיבים וכיצד אנו יכולים להשתמש ברכיבים שהספקים רשמו

ראשית, כפי שאנו יכולים לראות מהאיור; ישנם 8 רכיבים למעגל זה. • 2 נגדים

• סוללה אחת של 9V

• 1 LDR

• טרנזיסטור npn 1 לפנה"ס 547 לפנה"ס

• LED אחד

• ראוסטט אחד •

קרקע אחת

נגדי דוגמנות מכל הסוגים Ngspice "מקצה מודלים" להתנגדויות, במילים אחרות: הוא מזהה אותם. אז אנחנו לא צריכים לשנות אותם, או להתעסק עם ספריות כדי ליצור אותם. אנו מבחינים גם כי יש ראוסטאט ו- LDR. ב- ngspice, שניהם יכולים להיות מעוצבים כנגדים קבועים שנשנה את ערכיהם לפי הצורך. במילים אחרות, אם עלינו "להגדיל את האור" או להגדיל את עומס הרהוסטט, נצטרך לעצור את הסימולציה, לשנות את העומס ולאחר מכן להפעיל אותה מחדש.

שלב 3: דוגמנות מקורות מתח וקרקע

Ngspice אינו מזהה מקורות מתח "סטנדרטיים"; אלה המשמשים את KiCad. הוא מספק ספרייה במיוחד עבור מקורות המתח והקרקע

כדי לגשת לספרייה, ראשית עלינו לבחור בכרטיסייה "בחר סמל" ולחפש "תבלין"

*כפי שניתן לראות באיור 1), יש לנו את ספריית "pspice" ואת ספריית "simulation_spice". עבור מקורות מתח, אנו רוצים לגלול מטה לספריית simulation_spice ולבחור מקור מתח DC

לאחר מכן, עלינו להגדיר את ערכיו כדי שהסימולטור יבין, במעגל זה אנו רוצים מקור 9v DC. אנו לוחצים על "E" על מקור המתח והתפריט הבא נפתח, המוצג ב (איור 2). אנו בוחרים שם הפניה למקור המתח, VoltageMain למשל, ולאחר מכן נלחץ על "ערוך מודל תבלין". כפי שמוצג למעלה

ואז אנו בוחרים ערך של dc 9v וזהו בערך. כפי שמוצג ב (איור 3)

הקרקע

עבור הקרקע, אנו מחפשים שוב "תבלין" והתוצאה הראשונה היא פוטנציאל ההתייחסות 0V כפי שמוצג ב (איור 4). שלא כמו סכמות רגילות, תוכנת התבלינים זקוקה לאדמה מכיוון שהיא מחשבת את המתחים שלה על סמך הפניה 0v.

שלב 4: דוגמנות הטרנזיסטור

כפי שאנו יכולים לראות מתמונת המעגל, הטרנזיסטור המשמש הוא מודל מאוד ספציפי, "BC547". במקרה כללי, כמעט כל הרכיבים המיוצרים ימצאו באתר היצרן בהתאמה. מתחת לכרטיסיית הכלי או התמיכה שלהם, יהיו "דגמי סימולציה" הכוללים את מספר הדגם ומודל תבלינים יחסי. במקרה שלנו חיפשתי "bc547" באינטרנט ומצאתי שהוא מיוצר על ידי חברה בשם "On halfconductors". חיפשתי את האתר שלהם "https://www.onsemi.com/" ומצאתי את המודל כך:

• פתחתי את הכרטיסייה "כלים ותמיכה" שלהם, מתחת לי מצאתי לשונית משאבי עיצוב. (איור 1)
• מתחת למשאבי העיצוב שהם ביקשו את סוג המסמך, בחרתי ב"דגמי סימולציה "(איור 2)
• חיפשתי את החלק בשם: "BC547". אנחנו רוצים את הספרייה, אז אנחנו בוחרים "BC547 Lib Model" והורדנו אותה. (איור 3)
• לאחר הורדתו, שמתי את קובץ ה- lib בספריית הפרויקטים שלי. כעת מדריך הפרויקטים שלי מוצג בחלון KiCad המקורי שפתחתי, כפי שניתן לראות בתמונה (איור 4). לחצתי בדרך לספרייה ההיא, הדבקתי את קובץ הספרייה כפי שמוצג וחזרתי למצוא אותו מוצג לצד קבצי הפרויקט שלי
• אחרי כל מה שנאמר ונעשה, בואו לצייר את סמל הטרנזיסטור. לחצתי באמצעות התפריט "סמל המקום", וחיפשתי רק את השם. אתה מגלה שכמעט כל המרכיבים קיימים בתפריט הסמלים כמו (איור 5).
• כעת, מה שנותר הוא הקצאת המודל לסמל. אנו לוחצים על "E" כמו תמיד על הסמל ולוחצים על "ערוך דגם תבלין".

• כפי שאנו יכולים לראות, הכרטיסיות היחידות הזמינות הן מודל, פסיבי ומקור. מכיוון שטרנזיסטורים אינם מקור ואינם פאסיביים, אנו בוחרים את המודל ובוחרים לחבר ספרייה למילוי. התפריט נפתח לראשונה לספריית הפרויקט, שמזל שכבר הכנסנו את הספרייה לתוכו. אנו לוחצים על קובץ ה- lib.

  • גדול!! כעת ngspice זיהה את הטרנזיסטור כ- "BC547" וכמעט מוכן להפעלה. יש למיין פרט זעיר אחד תחילה. עלינו לאפשר רצף צומתים חלופי ולהקליד "3 2 1". הסיבה שעלינו לבצע את השלב הזה היא ש- ngspice שם את שלושת מסופי הטרנזיסטורים באופן הפוך לאופן שבו KiCad מראה אותם. אז יתכן שיש לו 3 שהוקצו לאספן בעוד ש- KiCad מציג 3 כפולט. כדי למנוע בלבול, אנו מגדירים מחדש את סדר השמות של ספייס, כפי שמוצג באיור 7)
  • אנדדד זה זה! תהליך זה כמעט זהה עבור דגמי allvendor-supplies. לאחר שתעטוף את ראשך בחלק זה של הדרכה, תוכל להשתמש בכל סוג של דגם ורכיב אלקטרוניים בעזרת מעט מחקר.

שלב 5: דוגמנות נוריות

נוריות LED קצת יותר מסובכות בעובדה שדגמן שלהן דורש ידע כלשהו על הפרמטרים שלהם והתאמת עקומות. אז, כדי לדגמן אותם פשוט חיפשתי "LED ngspice". מצאתי מספר אנשים שמפרסמים את "דגמי ה- LED" שלהם והחלטתי ללכת עם הנורית " *Typ RED GaAs RED: Vf = 1.7V Vr = 4V If = 40mA trr = 3uS. מודל LED1 D (IS = 93.2P RS = 42M N = 3.73 BV = 4 IBV = 10U + CJO = 2.97P VJ =.75 M =.333 TT = 4.32U)?"

אנו בוחרים "LED" מתפריט הסמלים ונדביק את הקוד הזה בחלל הריק שמתחת לספריות ב "ערוך דגם תבלין". אנו גם הולכים להפעיל את רצף הצמתים החלופי ולכתוב "2 1", כפי שמוצג באיור 1

לאחר הוספת כמה נגיעות אחרונות, כמו הנגדים וחיבור החוטים, אנו מוכנים להתחיל לדמות

שלב 6: הדמיה

הדמיה מורכבת ולכן במדריך זה נסביר את היסודות וכיצד ניתן להתחיל

• ראשית, אנו פותחים את הסימולטור מכרטיסיית הכלים בסרט העליון (איור 1)
• לאחר מכן אנו עוברים ללשונית הסימולציה שבסרט העליון ולוחצים על הגדרות, משם נוכל לציין איזה סוג סימולציה אנו רוצים להריץ, והפרמטרים שלה. (איור 2)

אנחנו רוצים להפעיל סימולציה חולפת. קיימת גם טאטא DC ו- AC כאפשרויות הדמיה. מטאטא DC מגדיל את ערך זרם ה- DC ומדווח על השינויים במעגלים בזמן ש- AC עוקב אחר תגובת התדר.

• עם זאת, ניתוח חולף מדמה מעגל בזמן אמת. יש לו 3 פרמטרים, מתוכם אנו הולכים להשתמש בשני. שלב הזמן הוא כמה פעמים הסימולטור יקליט תוצאות, והזמן האחרון הוא אחרי כמה שניות ההקלטה תיפסק. אנו מכניסים 1 אלפית השנייה ו -5 מילישניות ואז בסדר, ואז אנו מריצים את הסימולציה (איור 3)
• כפי שאתה יכול לראות, בתצוגת הטקסט התחתונה היא הראתה לנו את ערכי המתח והזרם על פני רכיבים שונים. נוכל גם לבצע גרף של ערכים אלה באמצעות כפתור "הוספת אותות" ולאחר מכן בחירת המתח או הזרם של רכיב מסוים. אנו יכולים גם לחקור לאחר שנתחיל את הסימולציה. בדיקה מאפשרת לנו לעקוב אחר עקומות המתח והזרם ברכיב מסוים ישירות על ידי לחיצה עליו. (איור 4)

שלב 7: עטיפה

מאחר ומעגל זה אמור היה להיעשות עם LDR ונגד, אנו יכולים לשנות את שני ההתנגדות של רכיבים אלה ולאחר מכן להפעיל מחדש את המעגל כדי לקבוע את ערכי ההתנגדות שהיינו רוצים עבור הנורה הנשלטת הזו באמצעות טרנזיסטור npn-emitter משותף. כמעגל מתג.