Программы для моделирования схем. Лучшие бесплатные программы для моделирования электрических схем на Windows

Какие существуют бесплатные программы для моделирования электрических схем на Windows. Как выбрать подходящую программу для моделирования схем. Какие возможности предоставляют популярные программы для моделирования электрических цепей.

Обзор популярных бесплатных программ для моделирования электрических схем

Для инженеров-электронщиков и студентов профильных специальностей крайне важно иметь в своем арсенале инструменты для проектирования и тестирования электрических схем. В данной статье мы рассмотрим наиболее популярные бесплатные решения для моделирования схем, работающие на операционной системе Windows.

LTSpice — мощный и быстрый симулятор от Linear Technology

LTSpice является одной из самых известных и популярных программ для моделирования электрических схем, особенно среди студентов. Данное программное обеспечение, разработанное компанией Linear Technology, обладает следующими ключевыми преимуществами:

• Широкая библиотека компонентов, включающая как базовые элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), так и более сложные устройства (МОП-транзисторы, операционные усилители, диоды и др.)
• Высокая скорость работы — LTSpice считается одним из самых быстрых симуляторов в своем классе
• Наличие встроенного детектора формы волны для наглядного анализа результатов моделирования

Если вам требуется максимальное быстродействие при моделировании схем, LTSpice станет отличным выбором.

NgSpice — популярный симулятор с открытым исходным кодом

NgSpice — это еще одно бесплатное решение с открытым исходным кодом, которое входит в число наиболее востребованных инструментов для моделирования электрических схем. Основные достоинства NgSpice:

• Активная поддержка сообщества разработчиков и пользователей
• Регулярные обновления с исправлениями ошибок и новыми возможностями
• Широкий набор электронных компонентов (резисторы, диоды, конденсаторы и др.)

NgSpice построен на базе трех open-source пакетов — XSpice, Cider и Spice3f5, что обеспечивает надежность и функциональность программы.

CircuitLogix Student Version — облегченная версия для студентов

Для студентов доступна специальная учебная версия программы CircuitLogix. Основные особенности студенческой версии:

• Ограниченная библиотека из 4000 компонентов (около 33% от полной версии)
• Базовый функционал для моделирования простых схем
• Возможность бесплатного использования в учебных целях

CircuitLogix Student Version — хороший вариант для начинающих студентов-электронщиков, позволяющий освоить основы моделирования схем.

CircuitLab — удобный онлайн-симулятор схем

Если вы не хотите устанавливать программу на компьютер, обратите внимание на онлайн-сервис CircuitLab. Это простой, но функциональный инструмент для построения и моделирования схем через веб-браузер. Ключевые возможности CircuitLab:

• Наличие основных электронных компонентов (МОП-транзисторы, биполярные транзисторы, JFET, реле и др.)
• Возможность создания и тестирования базовых схем без установки ПО
• Удобный интерфейс для изучения основ схемотехники

CircuitLab отлично подходит для быстрого моделирования несложных схем без необходимости установки программы.

EasyEDA — многофункциональный онлайн-инструмент

EasyEDA представляет собой еще один популярный онлайн-сервис, который можно использовать как для проектирования схем, так и для разработки печатных плат. Основные преимущества EasyEDA:

• Обширная библиотека электронных компонентов
• Возможность моделирования схем и проектирования печатных плат в одном инструменте
• Простой и интуитивно понятный интерфейс

EasyEDA отлично подойдет для базового моделирования схем и дальнейшей разработки печатных плат на их основе.

Как выбрать подходящую программу для моделирования схем?

При выборе программы для моделирования электрических схем следует учитывать несколько ключевых факторов:

• Сложность проектов — для простых схем подойдут онлайн-инструменты, для сложных лучше использовать десктопные приложения
• Необходимость в высокой скорости расчетов — если критична производительность, стоит выбрать LTSpice
• Потребность в широкой библиотеке компонентов — NgSpice и LTSpice предоставляют обширные наборы элементов
• Опыт пользователя — новичкам лучше начать с простых онлайн-инструментов вроде CircuitLab

Выбирайте программу, исходя из ваших конкретных задач и уровня подготовки в области схемотехники.

Заключение

Современные бесплатные программы для моделирования электрических схем предоставляют широкие возможности как для профессиональных инженеров, так и для студентов. Выбор конкретного инструмента зависит от ваших потребностей — от простого онлайн-моделирования до сложных расчетов в мощных десктопных приложениях. Регулярная практика в выбранной программе позволит вам освоить тонкости проектирования и анализа электрических схем.

Компьютерное моделирование электрических схем

Добавлено 5 ноября 2020 в 23:27

Компьютеры могут быть мощным инструментом при правильном использовании, особенно в области науки и техники. Существует программное обеспечение для моделирования электрических схем, и эти программы могут быть очень полезны, помогая разработчикам проверять идеи перед сборкой реальных схем, экономя много времени и денег.

Эти же программы могут быть фантастическими помощниками для начинающих студентов-электронщиков, позволяя быстро и легко исследовать идеи без необходимости сборки реальных схем. Конечно, ничто не заменит сборку и тестирование реальных схем, но компьютерное моделирование определенно помогает в процессе обучения, позволяя студенту экспериментировать с изменениями значений и видеть их влияние на схему. В этой книге я буду часто использовать распечатки схем моделирования, чтобы проиллюстрировать важные концепции. Наблюдая за результатами компьютерного моделирования, учащийся может получить интуитивное представление о поведении схемы без пугающего абстрактного математического анализа.

Моделирование схем с помощью SPICE

Чтобы смоделировать схемы на компьютере, я использую специальную программу под названием SPICE, которая работает, описывая схему для компьютера с помощью текстового списка. По сути, этот список сам по себе является своего рода компьютерной программой и должен соответствовать синтаксическим правилам языка SPICE. Затем компьютер используется для обработки или «запуска» программы SPICE, которая интерпретирует текстовый список, описывающий схему, и выводит результаты его подробного математического анализа, также в текстовой форме. Если кому-то нужна дополнительная информация, то многие детали использования SPICE описаны в томе 5 «Справочная информация» этой серии книг. Здесь я просто представлю основные концепции, а затем мы применим SPICE для анализа этих простых схем, о которых читали.

Во-первых, нам нужно установить SPICE на нашем компьютере. Как бесплатная программа, она обычно доступна для загрузки в Интернете в форматах, подходящих для многих различных операционных систем. В этой книге я использую одну из более ранних версий SPICE (версию 2G6) из-за простоты использования. Далее нам понадобится схема для анализа SPICE. Давайте попробуем одну из схем, показанных ранее в данной главе. Вот эта принципиальная схема:

Рисунок 1 – Принципиальная схема

Эта простая схема состоит из батареи и резистора, соединенных напрямую вместе. Нам известно напряжение батареи (10 В) и сопротивление резистора (5 Ом), но больше ничего неизвестно о схеме. Если мы опишем эту схему для SPICE, она сможет сказать нам (по крайней мере), какой ток у нас будет в цепи, используя закон Ома (I=E/R).

SPICE – это программа, использующая текст

SPICE не может напрямую понять диаграмму схемы или любую другую форму графического описания. SPICE – это компьютерная программа, использующая текст, которая требует, чтобы схема была описана относительно ее составляющих компонентов и точек соединений. Каждая уникальная точка соединения в цепи описывается для SPICE номером «узла». Точки, которые являются электрически общими друг для друга в моделируемой цепи, обозначаются одним номером. Возможно, будет полезно думать об этих числах как о номерах «проводов», а не как о номерах «узлов», следуя определению, данному в предыдущем разделе. Так компьютер узнает, что с чем связано: через общие номера проводов или узлов. В схеме из нашего примера есть только два «узла»: верхний провод и нижний провод. SPICE требует, чтобы где-то в цепи был узел 0, поэтому мы обозначим наши провода 0 и 1:

Рисунок 2 – Обозначение узлов на схеме

На приведенной выше иллюстрации я показал несколько меток «1» и «0» вокруг каждого провода, чтобы подчеркнуть концепцию общих точек, имеющих общие номера узлов; но всё же это графическое изображение, а не текстовое описание. Прежде чем можно будет продолжить анализ, SPICE должен получить значения компонентов и номера узлов в текстовой форме.

Использование текстового редактора для создания файлов SPICE

Создание текстового файла на компьютере включает использование программы, называемой текстовым редактором. В текстовых редакторах отсутствует возможность форматирования текстовых процессоров (без курсивных, полужирных или подчеркнутых символов), и это хорошо, поскольку такие программы, как SPICE, не знают, что делать с этой дополнительной информацией. Если мы хотим создать простой текстовый файл, в котором абсолютно ничего не записано, кроме символов клавиатуры, мы выбираем, текстовый редактор.

При использовании операционной системы Microsoft, такой как DOS или Windows, с системой идут несколько текстовых редакторов. В DOS есть старая программа редактирования текста Edit, которую можно вызвать, набрав edit в командной строке. В Windows стандартным выбором будет текстовый редактор Notepad. Доступно множество и других программ для редактирования текста. Я использую бесплатный текстовый редактор под названием Vim и запускаю его в операционных системах Windows 95 и Linux. Неважно, какой редактор вы используете, поэтому не беспокойтесь, если скриншоты в этом разделе не похожи на ваши; здесь важна информация о том, что вы вводите, а не о том, какой редактор вы используете.

Примечание: возможно, вам будет удобно использовать редактор Notepad++, для которого есть плагин для подсветки синтаксиса SPICE.

Чтобы описать для SPICE эту простую схему из двух компонентов, я начну с вызова моей программы текстового редактора и ввода строки «названия» для схемы:

Рисунок 3 – Текстовый редактор. Название схемы

Мы можем описать батарею, набрав строку текста, начинающуюся с буквы «v» (означает «voltage source», источник напряжения), указав, к какому проводу подключается каждая клемма батареи (номера узлов), и напряжение батареи, например:

Рисунок 4 – Текстовый редактор. Описание батареи на схеме

Данная строка сообщает SPICE, что у нас есть источник напряжения, подключенный между узлами 1 и 0, являющийся источником постоянного напряжения (DC), с напряжением 10 вольт. Это всё, что нужно знать компьютеру о батарее.

Теперь обратимся к резистору: SPICE требует, чтобы резисторы были описаны буквой «r», номерами двух узлов (точек соединения) и сопротивлением в омах. Поскольку это компьютерное моделирование, указывать номинальную мощность резистора не нужно. В «виртуальных» компонентах есть одна хорошая черта: им не могут повредить чрезмерное напряжение или ток!

Рисунок 5 – Текстовый редактор. Описание резистора, подключенного между узлами

Теперь SPICE будет знать, что между узлами 1 и 0 подключен резистор со значением 5 Ом. Эта очень короткая строка текста сообщает компьютеру, что у нас есть резистор («r»), подключенный между теми же двумя узлами, что и батарея (1 и 0), со значением сопротивления 5 Ом.

Если мы добавим в эту последовательность команд SPICE оператор .end, чтобы указать конец описания схемы, у нас будет вся необходимая SPICE информация, собранная в одном файле и готовая к обработке. Это описание схемы, состоящее из строк в текстовом файле, технически известно как список соединений (netlist или deck):

Рисунок 6 – Текстовый редактор. Список соединений (netlist) схемы для SPICE

Перемещение текстовых файлов в SPICE

После того, как мы закончили вводить все необходимые команды SPICE, нам нужно «сохранить» их в файл на жестком диске компьютера, чтобы SPICE мог ссылаться на него при запуске. Поскольку это мой первый список соединений SPICE, я сохраню его под именем «circuit1. cir» (фактическое имя произвольно). Вы можете назвать свой первый список соединений SPICE совершенно другим именем, при условии, что вы не нарушаете никаких правил именования файлов своей операционной системы, например, используя не более 8 + 3 символов (восемь символов в имени и три символа в расширении: 12345678.123) в DOS.

Чтобы вызвать SPICE (указать ему, что необходимо обработать содержимое файла списка соединений

circuit1.cir), мы должны выйти из текстового редактора и получить доступ к командной строке, где мы можем ввести текстовые команды для операционной системы компьютера. Этот «примитивный» способ вызова программы может показаться архаичным пользователям компьютеров, привыкшим к графической среде «укажи и щелкни», но это очень мощный и гибкий способ решения задач. Помните, что то, что вы делаете здесь, используя SPICE, является простой формой компьютерного программирования, и чем больше вы будете привыкать давать компьютеру команды в текстовой форме (в отличие от простого щелчка мышью по иконкам), тем большее мастерство в управлении компьютером вы приобретете.

В командной строке введите следующую команду, а затем нажмите клавишу Enter (в этом примере используется имя файла circuit1.cir

; если вы выбрали другое имя файла для файла списка соединений, замените его):

spice < circuit1.cir

Вот как это выглядит на моем компьютере (под управлением операционной системы Linux) непосредственно перед нажатием клавиши Enter:

Рисунок 7 – Запуск SPICE

Как только вы нажмете клавишу Enter для выполнения этой команды, на экране компьютера должен будет напечататься текст из вывода SPICE. Ниже приведен скриншот, показывающий, что SPICE вывел на моем компьютере (я увеличил окно «терминала», чтобы показать вам полный текст; в терминале обычного размера текст легко превышает длину одной страницы):

Рисунок 8 – Вывод SPICE в терминале

SPICE начинает свой вывод с повторения списка соединений, полностью от строки названия до оператора .end. Примерно на середине моделирования он отображает напряжения во всех узлах относительно узла 0.

В этом примере у нас только один узел, кроме узла 0, поэтому он отображает напряжение в нем: 10,0000 вольт. Затем он выводит величину силы тока, протекающего через каждый источник напряжения. Поскольку у нас только один источник напряжения во всей схеме, он отображает только ток через него. В этом случае сила тока через источник составляет 2 ампера. Из-за причуды в способе, которым SPICE анализирует ток, значение 2 ампера выводится как отрицательное: (-) 2 ампера.

Последняя строка в отчете компьютерного анализа – «total power dissipation» (полная рассеиваемая мощность), которая в данном случае выражается как «2.00E+01» ватт: 2.00 x 10¹, или 20 ватт. SPICE выводит большинство значений в виде экспоненциальной записи, а не в виде обычной записи (с фиксированной запятой). Хотя сначала это может показаться более запутанным, на самом деле эта запись будет проще, когда будут задействованы очень большие или очень маленькие числа. Подробности экспоненциальной записи будут рассмотрены в следующей главе этой книги.

Одним из преимуществ использования «примитивной», использующей текст программы, такой как SPICE, является то, что текстовые файлы, с которыми мы имеем дело, чрезвычайно малы по сравнению с другими форматами файлов, особенно графическими форматами, используемыми в другом программном обеспечении для моделирования схем. Кроме того, тот факт, что вывод SPICE представляет собой обычный текст, означает, что вы можете направить вывод SPICE в другой текстовый файл, где он может быть обработан. Для этого мы повторно отправляем команду операционной системе компьютера, чтобы запустить SPICE, на этот раз перенаправляя вывод в файл, который я назову «output.txt»:

Рисунок 9 – Запуск SPICE с выводом результатов в текстовый файл

На этот раз SPICE будет работать «тихо», без вывода текстового потока на экран компьютера, как раньше. Будет создан новый файл

output1.txt, который вы можете открыть и изменить с помощью текстового редактора. Для иллюстрации этого я воспользуюсь тем же текстовым редактором (Vim) и открою этот файл результатов:

Рисунок 10 – Вывод SPICE в текстовом файле

Теперь я могу свободно редактировать этот файл, удаляя любой посторонний текст (например, «баннеры», показывающие дату и время), оставляя только текст, который, как мне кажется, имеет отношение к анализу моей схемы:

Рисунок 11 – Отредактированный вывод SPICE в текстовом файле

После соответствующего редактирования и повторного сохранения под тем же именем файла (в этом примере output. txt) текст может быть вставлен в любой документ, причем «простой текст» является универсальным форматом файла почти для всех компьютерных систем. Я даже могу включить его прямо в текст этой книги, вместо графического изображения «скриншота», например:

my first circuit 
v 1 0 dc 10 
r 1 0 5 
.end
node voltage
( 1) 10.0000
voltage source currents
name current
v -2.000E+00
total power dissipation 2.00E+01 watts

Кстати, этот формат для вывода текста из моделирования SPICE в этой серии книг является предпочтительным: в виде текста, а не в виде картинок скриншотов.

Изменение значений в SPICE

Чтобы изменить значение компонента в моделировании, нам нужно открыть файл списка соединений (circuit1.cir) и внести необходимые изменения в текстовое описание схемы, затем сохранить эти изменения в файле с тем же именем и повторно запустить SPICE через командную строку. Этот процесс редактирования и обработки текстового файла знаком каждому программисту. Одна из причин, по которой мне нравится преподавать SPICE, заключается в том, что он подготавливает студента к тому, чтобы думать и работать как программист, и это хорошо, потому что программирование – это важная область работы, связанная с передовой электроникой.

Ранее мы исследовали последствия изменения одной из трех переменных в электрической цепи (напряжения, тока или сопротивления), используя закон Ома, чтобы математически предсказать, что произойдет. Теперь давайте попробуем сделать то же самое с помощью SPICE, чтобы он выполнил вычисления за нас.

Если бы мы утроили напряжение в схеме из нашего последнего примера с 10 до 30 вольт и оставили сопротивление цепи неизменным, мы бы ожидали, что ток также утроится. Давайте попробуем выполнить это, изменив имя нашего файла списка соединений, чтобы не перезаписывать первый файл. Таким образом, оба варианта моделирования схемы будут храниться на жестком диске нашего компьютера для будущего использования. Результатом работы SPICE для этого измененного списка соединений будет следующий текстовый список:

second example circuit 
v 1 0 dc 30
r 1 0 5
. end
node voltage
( 1) 30.0000
voltage source currents
name current
v -6.000E+00
total power dissipation 1.80E+02 watts

Как мы и ожидали, ток утроился с увеличением напряжения. Раньше ток составлял 2 ампера, но теперь он увеличился до 6 ампер (-6,000 x 10⁰). Также обратите внимание, как увеличилась общая рассеиваемая мощность в цепи. Раньше она составлял 20 Вт, а сейчас 180 Вт (1,8 x 10²). Если вспомнить, что мощность пропорциональна квадрату напряжения (закон Джоуля: P=E²/R), то этого можно было ожидать. Если мы утроим напряжение в цепи, мощность должна увеличиться в девять раз (3² = 9). Результат произведения 9 и 20 действительно равен 180, поэтому выходные данные SPICE действительно коррелируют с тем, что мы знаем о мощности в электрических цепях.

Создание комментариев в SPICE

Если мы хотим увидеть, как эта простая схема будет реагировать на широкий диапазон напряжений батареи, мы можем задействовать некоторые из более продвинутых опций SPICE. Здесь я воспользуюсь опцией анализа «.dc«, чтобы изменять напряжение батареи от 0 до 100 вольт с шагом 5 вольт, выводя на каждом этапе напряжение и силу тока в цепи. Строки в списке соединений SPICE, начинающиеся со звездочки («*«), – это комментарии. То есть они не заставляют компьютер делать что-либо, связанное с анализом схемы, а служат просто заметками для любого человека, читающего текст списка соединений.

third example circuit
v 1 0
r 1 0 5
*оператор ".dc" говорит spice пройтись напряжением
*источника "v" от 0 до 100 вольт шагом 5 вольт.
.dc v 0 100 5
.print dc v(1) i(v)
.end

Команды печати и вывода графиков

Команда .print в этом списке соединений SPICE инструктирует SPICE напечатать таблицу чисел, в которой каждая строка соответствует отдельному этапу анализа:

v             i(v)            
0.000E+00     0.000E+00
5.000E+00    -1.000E+00
1.000E+01    -2.000E+00
1. 500E+01    -3.000E+00
2.000E+01    -4.000E+00
2.500E+01    -5.000E+00
3.000E+01    -6.000E+00
3.500E+01    -7.000E+00
4.000E+01    -8.000E+00
4.500E+01    -9.000E+00
5.000E+01    -1.000E+01
5.500E+01    -1.100E+01
6.000E+01    -1.200E+01
6.500E+01    -1.300E+01
7.000E+01    -1.400E+01
7.500E+01    -1.500E+01
8.000E+01    -1.600E+01
8.500E+01    -1.700E+01
9.000E+01    -1.800E+01
9.500E+01    -1.900E+01
1.000E+02    -2.000E+01

Если я повторно отредактирую файл списка соединений, заменив команду .print на команду .plot, SPICE выведет грубый график, состоящий из текстовых символов:

Legend:  + = v#branch         
------------------------------------------------------------------------
sweep      v#branch-2.00e+01             -1.00e+01                 0.00e+00
---------------------|------------------------|------------------------|
0.000e+00  0.000e+00 .                         .                        + 
5.000e+00 -1.000e+00 .                        .                     +  . 
1.000e+01 -2.000e+00 .                        .                   +    . 
1.500e+01 -3.000e+00 .                        .                +       . 
2.000e+01 -4.000e+00 .                        .              +         . 
2.500e+01 -5.000e+00 .                        .           +            . 
3.000e+01 -6.000e+00 .                        .         +              . 
3.500e+01 -7.000e+00 .                        .      +                 . 
4.000e+01 -8.000e+00 .                        .    +                   . 
4.500e+01 -9.000e+00 .                        . +                      . 
5.000e+01 -1.000e+01 .                        +                        . 
5.500e+01 -1.100e+01 .                     +  .                        . 
6.000e+01 -1.200e+01 .                   +    .                        . 
6. 500e+01 -1.300e+01 .                +       .                        . 
7.000e+01 -1.400e+01 .              +         .                        . 
7.500e+01 -1.500e+01 .           +            .                        . 
8.000e+01 -1.600e+01 .         +              .                        . 
8.500e+01 -1.700e+01 .      +                 .                        . 
9.000e+01 -1.800e+01 .    +                   .                        . 
9.500e+01 -1.900e+01 . +                      .                        . 
1.000e+02 -2.000e+01 +                        .                        . 
---------------------|------------------------|------------------------|
sweep      v#branch-2.00e+01             -1.00e+01                 0.00e+00 

В обоих выходных форматах левый столбец чисел представляет напряжение батареи на каждом этапе, и по нему видно, что оно увеличивается от 0 до 100 вольт, по 5 вольт за раз. Числа в правом столбце указывают силу тока в цепи для каждого из этих напряжений. Посмотрите внимательно на эти числа, и вы увидите пропорциональную связь в каждой паре значений: закон Ома (I=E/R) верен в каждом случае, каждое значение силы тока составляет 1/5 соответствующего значения напряжения, потому что сопротивление цепи составляет ровно 5 Ом. Опять же, отрицательные числа для силы тока в данном анализе SPICE – это скорее причуда, чем что-либо еще. Просто обращайте внимание на абсолютное значение каждого числа, если не указано иное.

Программы для интерпретации и преобразования данных SPICE

Существуют даже некоторые программы, способные интерпретировать и преобразовывать неграфические данные, выводимые SPICE, в графические диаграммы. Одна из этих программ называется Nutmeg, и ее выходные данные выглядят примерно так:

Рисунок 12 – Результат преобразования выходных данных SPICE программой Nutmeg

Обратите внимание, как Nutmeg выводит график напряжения на резисторе v(1) (напряжение между узлом 1 и предполагаемой опорной точкой узла 0) в виде линии с положительным наклоном (от нижнего левого к верхнему правому углу). Станете ли вы когда-нибудь опытным в использовании SPICE, не имеет отношения к его применению в данной книге. Важно только то, чтобы вы поняли, что означают числа в отчете, созданном SPICE. В следующих примерах я приложу все усилия, чтобы аннотировать численные результаты SPICE, чтобы устранить любую путаницу и раскрыть всю мощь этого удивительного инструмента, который поможет вам понять поведение электрических цепей.

Программный пакет LTspice

В качестве альтернативы консольному симулятору SPICE можно рассмотреть использование программного обеспечения LTspice от Analog Devices. LTspice представляет собой мощный программный пакет, включающий в себя SPICE-симулятор, редактор принципиальных схем и средство просмотра осциллограмм с улучшениями и моделями, позволяющими упростить моделирование аналоговых схем.

Основы работы с LTspice представлены в следующих статьях:

• Основы моделирования схем в LTSpice
• Руководство по LTSpice (средний уровень)

А ниже показаны скриншоты примера схемы и ее анализа.

Рисунок 13 – Пример схемы в LTspiceРисунок 14 – Пример анализа схемы в LTspice

Оригинал статьи:

• Computer Simulation of Electric Circuits

Теги

LTspiceSPICEМоделированиеОбучениеСхемотехника

Назад

Оглавление

Лучшие бесплатные решения для моделирования схем на Windows

Если вы инженер-электронщик, то в вашем арсенале обязательно должны быть инструменты для проектирования и тестирования схем. В этой статье мы рассмотрим ряд лучших бесплатных решений, работающих на Windows и предназначенных для моделирования схем.

LTSpice

LTSpice — одна из самых известных программ для моделирования схем, пользующаяся большой популярностью среди студентов-электронщиков. Это программное обеспечение, разработанное Linear Technology, включает в себя множество различных устройств, причём не только базовые электронные компоненты, такие как конденсаторы, резисторы, индукторы, но и МОП-структуры, операционные усилители, диоды, симисторы, диаки.

Одним из его самых больших преимуществ является скорость — это, вероятно, самый быстрый симулятор в этой подборке. Если вам нужна скорость, то вы знаете, какое приложение удовлетворит ваш аппетит. Кроме того, здесь имеется детектор формы волны, так что вы сможете иметь более чёткое представление о том, что получили на выходе.

Скачать

NgSpice

Ещё одно бесплатное ПО с открытым исходным кодом. Наряду с LTSpice оно входит в число самых популярных инструментов для моделирования схем.

Одной из причин, по которой многие люди отдают предпочтение именно NgSpice, является активная поддержка сообщества. Исходный код данной программы был построен на основе концепции трёх опенсорсных пакетов — XSpice, Cider и Spice3f5. Разработчики постоянно работают над улучшением этого программного обеспечения, выпуская новые сборки и обновления с исправлениями ошибок.

С NgSpice вы получите все необходимые электронные компоненты, такие как резисторы, диоды, конденсаторы и другие подобные устройства.

Скачать

CircuitLogix (Student Version)

Если вы студент, то в качестве инструмента моделирования схем можете использовать студенческую версию от CircuitLogix. Однако вам не следует загружать это программное обеспечение, если надеетесь получить инструмент профессионального уровня, коим является коммерческая версия CircuitLogix. Студенческая версия — это просто другое название облегчённой версии. Конечно, она не может предложить вам многого — лишь 4000 устройств, что не составляет даже 33% от того, что вы получите, если перейдёте на версию Pro. Но ведь для многих людей и этого более чем достаточно.

Итак, если вы студент-электронщик, то CircuitLogix Student Version может стать для вас идеальным симулятором схем.

Скачать

CircuitLab

Если вы не хотите загружать приложение на свой компьютер, то CircuitLab — это то, что вам нужно. Это хороший онлайн-симулятор схем и инструмент для их построения. Конечно, в нём нет всех тех наворотов, что имеются, например, в LTSpice или NgSpice, но это отличная альтернатива, если вы просто хотите создать базовую схему и протестировать её.

С CircuitLab вы получаете все необходимые устройства — МОП-структуры, BJT, JFET, реле и другие подобные компоненты, а также пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т.д.). Это хороший инструмент, особенно если ваша цель — изучение схем.

Попробовать

EasyEDA

И ещё один простой онлайн-инструмент, который можно использовать и как конструктор печатных плат, и для проектирования схем. И это не шутка.

В EasyEDA имеется множество устройств, и у вас не возникнет ситуации, когда вам будет не хватать чего-то конкретного. Конечно, этот инструмент не настолько мощный, как некоторые из рассмотренных выше. Но если вы просто хотите проектировать и моделировать схемы, тогда EasyEDA будет для вас хорошим вариантом.

Попробовать

Теги: Windows web LTSpice NgSpice CircuitLogix CircuitLab EasyEDA

Top 25 Программное обеспечение для моделирования электронных схем

Перейти к содержимому

10 июля 2022 г. Pallav Aggarwal Evaluation Tool, Softwares Один комментарий

Используете ли вы программное обеспечение для моделирования электронных схем во время разработки?

До сих пор я использовал моделирование только пару раз, в основном для моделирования аналоговой схемы на основе операционного усилителя или для анализа, связанного с источником питания.

В последнее время я начал искать доступное программное обеспечение для моделирования, которое можно было бы использовать для моделирования цепей для проектирования источников питания и т. д.

Я провел небольшое исследование в Интернете и нашел множество доступных программ для моделирования, некоторые из популярных перечислены первыми в списке.

Я создал этот список и публикую его здесь, чтобы другие могли воспользоваться преимуществом и сэкономить время, исследуя его снова и снова.

Программное обеспечение для моделирования цепей

	Ссылка	Трейл доступен	Варианты цены	Онлайн	Не в сети
1	LTspice	Да	Бесплатно	№	Да
2	Протей	Да	248 долл. США, 8622 долл. США, 6972 долл. США	№	Да
3	ПСПАЙС	Да	1500 долларов США в месяц	№	Да
4	ТинаТИ	Да	Бесплатно	№	Да
5	MultisimLive	Да	Бесплатно, 9,99 долл. США в месяц, 99,99 долл. США в год	Да	№
6	Каждый контур	Да	15 долларов единовременный платеж	Да	№
7	KiCAD	Да	Бесплатно	№	Да
8	Идеальная схема	Да	Бесплатно	№	Да
9	Симулятор схемы NL5	Да	Начиная с 400$	№	Да
10	PartSim	Да	Бесплатно	Да	№
11	Схема Sims	Да	Бесплатно	Да	№
12	Виртуальная лаборатория постоянного/переменного тока	Да	Бесплатно, 84$/год, 799$/год	Да	№
13	DoCircuits	Да	29 долларов в месяц, 49 долларов в месяц	№	Да
14	КруитЛаб	Да	29$/год, 399$/год	Да	№
15	Открытая цепь	Да	Бесплатно	Да	№
16	ТинаКлауд	Да	29$, 149$, 299$	Да	№
17	КВС	Да	Бесплатно	№	Да
18	MicroCa 12 (без новых обновлений)	Да	Бесплатно	№	Да
19	Альтиум	Да	325 долларов США в месяц	№	Да
20	КонтурЛогикс	Да	495$	№	Да
21	Решить Электрику	Да	Бесплатно	№	Да
22	Симетрикс	Да	связаться с отделом продаж	№	Да
23	Топспайс	Да	от 595$	№	Да
24	PowerSIM (для силовой электроники)	Да	связаться с отделом продаж	№	Да

---

Надеюсь, этот список был вам полезен.

Если у вас есть какие-либо отзывы, вы можете поделиться ими в разделе комментариев или связаться со мной напрямую.

Прочтите другие интересные статьи о проектировании встраиваемых систем.

Если вам нужна помощь в разработке пользовательских встраиваемых продуктов, обращайтесь ко мне.

---

Нравится:

Нравится Загрузка…

Программное обеспечение для моделирования цепей

Сравнение популярного программного обеспечения для моделирования электроники и EDA — какое из них выбрать?

Программное обеспечение Electronic Design Automation или программное обеспечение EDA — это инструменты, используемые для проектирования схем, таких как интегральные схемы и печатные платы. Но еще до проектирования печатных плат инженеры используют программное обеспечение, чтобы проверить, будут ли их электронные схемы работать так, как ожидалось, и для этого они используют программное обеспечение для моделирования электронных схем. Программное обеспечение для моделирования цепей – это инструмент, разработанный для моделирования и анализа электронных схем. Математические модели различных параметров электронных компонентов используются для воспроизведения характеристик и поведения схемы в различных условиях. Это быстрый и экономичный метод проектирования и проверки схем, особенно интегральных схем, перед их изготовлением и тестированием в реальных условиях. 9Пакеты симулятора электроники 0399 обычно включают редактор схем, редактор печатных плат, программное обеспечение Spice, которое помогает инженеру полностью спроектировать и проанализировать характеристики схемы перед ее физическим построением, что значительно повышает эффективность при одновременном снижении затрат и времени.

Существуют различные типы программного обеспечения для имитации аналогового, цифрового и смешанного режимов моделирования, способного моделировать схемы с различной точностью, возможностями и имеющими для этого различные инструменты. В этой статье мы сравним CircuitMaker, LTspice, Multisim, KiCAD, EasyEDA и PSIM, а также рассмотрим стоимость, возможности и функции этих продуктов, чтобы вы могли выбрать лучшее программное обеспечение для своего использования.

Proteus

Proteus — это комплексное программное обеспечение, способное выполнять моделирование, проектирование схем и создание печатных плат. ISIS — это пакет, который используется для проектирования схем и моделирования в реальном времени. Он обеспечивает доступ в режиме реального времени даже во время моделирования, что делает его удобным инструментом. ARES используется для проектирования печатных плат и имеет функции трехмерного просмотра . Программное обеспечение вышло около 3 десятилетий назад и считается одним из лучших среди профессиональных инженеров. Он содержит более 15 миллионов деталей в библиотеке компонентов и предлагает такие функции, как маршрутизация дифференциальных пар, согласование длины группы, дизайн удаленной передней панели для микроконтроллеров Arduino и Raspberry Pi и т. д. Это одно из профессиональных программ с доступностью микроконтроллеров.

Наиболее подходящее использование:

Proteus способен выполнять все аспекты моделирования и проектирования проекта, и за столь долгое время работы в отрасли он усовершенствовал почти все функции. Но единственное, где он действительно сияет, — это часть моделирования.

Стоимость:

Программное обеспечение предлагается в 3-х пакетах: Enterprise, Platinum и Custom по цене $6592, $8003 и $248 соответственно. Пользовательский пакет от proteus дает пользователю возможность полностью настроить свой продукт и выбрать только основные функции, которые ему нужны, дополнительные функции могут быть добавлены за дополнительную плату.

Плюсы Proteus:

• Более 15 миллионов компонентов в библиотеке
• Наличие микроконтроллеров, таких как PIC, Raspberry Pi, Arduino и т. д.
• Чрезвычайно оперативная поддержка клиентов
• Большое разнообразие инструментов для анализа
• Пользовательский интерфейс прост в освоении и использовании

Минусы Proteus:

• Стоимость, пакеты очень дорогие
• Бесплатная версия программы недоступна 92. Программное обеспечение использует бесплатный инструмент SPICE, Ngspice для моделирования схемы. Это программное обеспечение чрезвычайно популярно среди любителей, небольших производителей электроники и используется даже в промышленности. Популярность среди любителей и небольших фирм дает ему преимущество в сообществе DIY.   SparkFun Electronics и другие веб-сайты с открытым исходным кодом публикуют файлы Eagle для плат, разработанных собственными силами для сообщества производителей. Макет удобен для пользователя, а благодаря большому сообществу учебные пособия и ресурсы легко доступны.

  Наиболее подходящие варианты использования:

  Autodesk Eagle лучше всего подходит для сложных проектов малого и среднего уровня. Большое сообщество делает его отличным программным обеспечением для начинающих, поскольку доступность обучающих ресурсов высока.

  Стоимость Eagle:

  Autodesk Eagle предлагается в 3 вариантах: пакеты Standard и Premium стоят 100 и 500 долларов в год или 15 и 60 долларов в месяц. Существует бесплатная версия программного обеспечения с ограниченными возможностями по размеру листа, слоям и площади печатной платы.

  Плюсы Eagle:

  • Доступна бесплатная версия с ограниченными возможностями.
  • Простота в использовании.
  • Благодаря большому сообществу доступно множество ресурсов и руководств.
  • Возможность трехмерного моделирования

  Минусы Eagle:

  • У него нет решения для обеспечения целостности сигнала и питания.
  • Создание пользовательского компонента затруднено
  • Библиотека навигации сложна и не содержит компонентов

  Чтобы узнать больше о программном обеспечении или загрузить его, посетите их веб-сайт.

  CircuitMaker

  CircuitMaker — это бесплатное веб-программное обеспечение EDA, разработанное Altium. Он заимствует множество функций у своих более мощных старших братьев, студии Altium Circuit и Altium Designer. Он имеет возможности проектирования схем и редактирования печатных плат, но не имеет возможностей моделирования. Circuitmaker предоставляет многостраничный редактор схем, такой же, как и другие продукты Altium, а также использует запатентованную технологию Altium 3D Design для визуализации печатной платы в трехмерном виде. Программное обеспечение способно обрабатывать до 16 слоев без ограничений по размерам платы. CircuitMaker также предлагает функцию автоматической маршрутизации, которая позволяет маршрутизировать отдельные сети или несколько сетей или даже выполнять маршрутизацию вручную с автозаполнением. Он также поддерживает параллельное редактирование, которое позволяет нескольким пользователям одновременно работать над одним проектом. Для бесплатного программного обеспечения Altium’s CircuitMaker — действительно отличный продукт. На изображении ниже, взятом из официальной документации, показан макет редактора схем.

  Наиболее подходящие области применения:

  Altium CircuitMaker лучше всего подходит для проектирования многослойных печатных плат, а хорошая библиотека компонентов делает его подходящим для различных проектов в области электроники, а функция автоматической трассировки делает его хорошим выбором даже для крупных проектов.

  Стоимость:

  CircuitMaker является бесплатной бесплатной программой. В нем также нет некоммерческого положения, т. е. вы можете использовать все функции этого программного обеспечения для создания коммерческих продуктов без необходимости платить какие-либо лицензионные сборы, что делает его идеальным решением для дизайнеров

  Плюсы CircuitMaker:

  • Программное обеспечение является бесплатным.
  • Нет некоммерческого положения.
  • Пользовательский интерфейс прост в использовании.
  • Имеет хорошую библиотеку компонентов.
  • Мощная функция автотрассировки
  • Мастер хороших компонентов
  • Поддерживает импорт проектов из OrCAD, EAGLE, P-CAD и т. д.

  Минусы CircuitMaker:

  • В программном обеспечении отсутствует инструмент моделирования.
  • У вас может быть только 5 частных проектов, а данные сохраняются в облаке
  • Ошибки и задержки более очевидны, чем многие платные инструменты EDA.
  • Доступно только для операционной системы Windows, но не для Mac или любой другой ОС.

  Чтобы узнать больше о программном обеспечении или использовать его в Интернете, вы можете посетить их веб-сайт.

  NI MultiSim

  Средство автоматизации проектирования электроники National Instrument NI Multisim является одним из наиболее широко используемых инструментов для моделирования электронных схем. Он имеет возможности проектирования и моделирования цифровых, аналоговых и силовых электронных схем и использует оригинальное программное обеспечение для моделирования на основе SPICE. Multisim имеет один из лучших инструментов и инструментов, доступных среди своих конкурентов, а результаты моделирования очень точны и сопоставимы с реальными испытаниями. Он также предлагает платы Digilent FPGA, такие как Basys и Nexys. Эти платформы можно программировать путем экспорта цифровых логических схем, созданных в Multisim, в необработанный формат VHDL. Он предлагает простую в использовании функцию проектирования печатных плат с широким набором компонентов в библиотеке. Он также имеет очень эффективную функцию автоматической маршрутизации. Однако пользовательский интерфейс вызывает неоднозначную реакцию из-за его архаичного внешнего вида и символов, что затрудняет и отнимает много времени у новых дизайнеров, пытающихся войти в экосистему. Существует также веб-платформа под названием Multisim Live, которая позволяет бесплатно создавать схемы и делиться ими. Multisim очень популярен в учебных заведениях. Скриншот Multisim live показан на изображении ниже.

  Наиболее подходящие области применения:

  Он в основном используется в учебных заведениях для обучения и проведения исследований, он в основном используется для анализа аналоговых, цифровых и силовых электронных схем.

  Стоимость :

  Мультисим-карта NI включает 4 пакета: Education, Base, Full и Power Pro по цене 628, 1869, 3267 и 4838 долларов соответственно. Базовый и полный пакет предоставляют частичную базу данных компонентов с 47 000 и 49 000 компонентов, в то время как пакет Power Pro предоставляет полную базу данных компонентов с более чем 55 000 компонентов и пределом выбора радиочастотных компонентов 17, 76 компонентов для более дешевых вариантов соответственно, хотя такого ограничения нет. для пакета power pro.

  Плюсы NI Multisim:

  • Результаты моделирования очень точны
  • Большое количество доступных инструментов для тестирования
  • Доступно более 55 000 компонентов
  • 35+ виртуальных инструментов
  • Доступно программное обеспечение для интерактивного моделирования

  Недостатки NI Multisim:

  • Пользовательский интерфейс выглядит устаревшим, и некоторым пользователям трудно ориентироваться
  • В библиотеке отсутствуют многие микроконтроллеры и интегральные схемы.
  • Дорогой
  • Отсутствие полных компонентов для базового пакета
  • Только 4 из 35 виртуальных инструментов доступны для более дешевого варианта.

  Чтобы узнать больше о программном обеспечении или загрузить его, посетите их веб-сайт. Вы можете проверить Multisim вживую, нажав здесь.

  LTspice

  LTspice — одно из наиболее часто используемых программ для моделирования в отрасли. Он получил свое название от Linear Technologies, предыдущего названия компании Analog Technologies, разработавшей это программное обеспечение. Это программное обеспечение предлагает платформу для захвата схем и просмотра сигналов, помимо известного моделирования SPICE. Это также позволяет наблюдать за переходными процессами на циклической основе и анализировать реакцию на ступенчатую нагрузку. Подобно CircuitMaker, это бесплатное программное обеспечение без ограничений по функциям, количеству компонентов, подсхем или ограничений в узле, но в отличие от первого, в котором нет оговорки о коммерческом использовании, LTspice имеет некоторые ограничения, такие как пользователи не допускаются. чтобы конкурировать с продуктами Analog Devices. Программное обеспечение использует усовершенствованный алгоритм, который выполняет моделирование быстрее, чем многие его платные аналоги с высокой точностью.

  Стоимость:

  LTspice является бесплатным программным обеспечением, все функции которого доступны пользователям без каких-либо скрытых затрат.

  Наиболее подходящие области применения:

  Программное обеспечение полезно для анализа электронных схем, схем силовой электроники, аудиосхем и т. д. Быстрое моделирование и точные результаты делают его хорошим вариантом для разработки коммерческих продуктов без каких-либо затрат.

  Плюсы LTspice:

  • Программа полностью бесплатна и не имеет ограничений на использование.
  • Точные результаты
  • Быстрое моделирование

  Минусы LTspice:

  • Нет редактора плат

  Чтобы узнать больше о программном обеспечении или загрузить его, посетите их веб-сайт.

  PSIM

  PSIM — это специализированное программное обеспечение для моделирования, разработанное для моделирования силовой электроники и электропривода, но оно также может моделировать большинство других электронных схем. PSIM разработан Powersim и использует интеграцию правил трапеций и узловой анализ в качестве основного алгоритма моделирования. По сравнению с другим программным обеспечением, основанным на SPICE, PSIM обеспечивает гораздо более высокую скорость и модели, которые редко доступны в большинстве других программ, таких как многоуровневые преобразователи и модели для систем возобновляемой энергии. Он также предоставляет автоматический встроенный генератор кода и имеет возможность теплового моделирования, которое вычисляет коммутационные потери и потери проводимости в коммутационных устройствах.

  Наиболее подходящее использование:

  Это программное обеспечение лучше всего подходит для моделирования силовой электроники, оно также способно моделировать контроллеры двигателей, драйверы двигателей, инверторы и т. д. Это отличное программное обеспечение для людей, работающих в сфере возобновляемых источников энергии. или инженеры, работающие над системами хранения, сетями или даже силовыми агрегатами транспортных средств.

  Стоимость:

  Компания предлагает 3 пакета: студенческий, годовая академическая лицензия и пакет для образовательных учреждений по цене 9 долларов США.9, 300 и 1500 долларов соответственно. Пакет Education pro аналогичен годовой академической лицензии с пожизненным сроком действия. Студенческая лицензия имеет максимальный размер цепи, ограниченный 60 элементами, в то время как другие 2 не имеют такого ограничения. В студенческой лицензии также отсутствует тепловое моделирование и многие основные функции, такие как генерация кода или связь с другим программным обеспечением.

  Плюсы PSIM:

  • Быстрое и точное моделирование
  • Возможность теплового моделирования
  • Широкий выбор моделей для силовой электроники
  • Различные модели специально для систем возобновляемой энергии и систем накопления энергии.
  • Доступное программное обеспечение

  Минусы PSIM:

  • Это платное программное обеспечение, для базовых электронных схем больше подходят многие бесплатные программы.
  • Меньше тестового оборудования по сравнению с другим программным обеспечением конкурентов, таким как multisim.

  Чтобы узнать больше о программном обеспечении или загрузить его, посетите их веб-сайт.

  EasyEDA

  EasyEDA — это полнофункциональный веб-инструмент EDA и программное обеспечение для моделирования. Это программное обеспечение не имеет некоммерческой лицензии, что делает его отличным инструментом для студентов и обычных пользователей. Это отличный инструмент для пользователей начального и среднего уровня, который обеспечивает простой адаптируемый пользовательский интерфейс и возможность генерировать спецификацию или преобразовывать ваши схемы в печатную плату, поскольку он также имеет инструмент редактора печатных плат. Затем вы можете загрузить файлы gerber, чтобы изготовить вашу печатную плату. По сути, он был создан для сообщества разработчиков как бесплатное программное обеспечение, поэтому предоставляет все основные функции в своем бесплатном веб-инструменте.

  Стоимость:

  С точки зрения цены, это одно из самых дешевых программ на рынке, не считая бесплатных программ. У EasyEDA есть 3 плана: бесплатный пакет, который является бесплатным, профессиональный пакет, который стоит 4,9 доллара в месяц, и корпоративный пакет, который стоит 9,9 доллара в месяц. Единственная разница между тремя пакетами заключается в том, что вы не получаете рекламу в платных версиях, а в пакете Enterprise вы также получаете улучшенные функции управления командой.

  Лучше всего использовать:

  Онлайн-программа лучше всего подходит для новых и опытных пользователей, ее простой и понятный интерфейс делает изучение программы очень простым, но отсутствие функций и возможностей делает ее несовместимой для опытных пользователей.

  Плюсы EasyEDA:

  • Недорогой
  • Удобный пользовательский интерфейс
  • Без некоммерческого лицензирования
  • Неограниченный частный проект
  • Нет необходимости устанавливать какое-либо программное обеспечение

  Минусы EasyEDA:

  • Основным недостатком EasyEDA являются ограниченные возможности
  • Для работы требуется подключение к Интернету
  • Ограниченные компоненты

  Чтобы узнать больше о программном обеспечении или использовать его в Интернете, вы можете посетить их веб-сайт.

  KiCAD

  KiCAD — еще одно бесплатное программное обеспечение EDA, которое даже позволяет пользователям модифицировать программное обеспечение по своему вкусу, изменяя исходный код. Он имеет очень простой пользовательский интерфейс, и начать работу с KiCAD довольно просто. Редактор схем называется Eeschema. Когда дело доходит до библиотеки компонентов, в KiCAD есть много доступных компонентов, но навигация по библиотеке немного сбивает с толку, поскольку в ней нет атомарной библиотеки, но одна библиотека для символов, а другая для компонентов, что немного сбивает с толку новичка. KiCAD имеет очень мощное средство 3D-просмотра, которое позволяет вам визуализировать печатную плату в 3D-режиме, но вы не получаете функцию автоматической трассировки, установленную в программном обеспечении, вместо этого вам нужно загрузить редактор компоновки, чтобы использовать эту функцию. KiCAD может запускать моделирование с использованием бесплатного инструмента SPICE под названием ngspice, но это сложно для нового пользователя.

  Стоимость:

  Это бесплатное программное обеспечение без ограничений по использованию.

  Оптимальный вариант использования:

  KiCAD удобен для компоновки печатной платы, так как не имеет ограничений по размеру платы, количеству слоев и количеству выводов. Наличие инструмента SPICE делает его очень прибыльным пакетом.

  Плюсы KiCAD:

  • Бесплатное программное обеспечение без ограничений
  • Простой для понимания пользовательский интерфейс
  • Мощная программа 3D-просмотра
  • Нет ограничений на размер платы или слоев

  Недостатки KiCAD:

  • Нет функций автоматической трассировки и для этого требуются надстройки
  • Меню библиотеки сложных компонентов

  Чтобы узнать больше о программном обеспечении или загрузить его, посетите их веб-сайт.