23 | 01 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2943
Просмотры материалов : 8123715

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Mail.Ru]
Сейчас на сайте:
  • 54 гостей
  • 3 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Последние новости
Компьютерное моделирование электрических цепей PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
17.06.2012 15:21

Компьютерное моделирование электрических цепей

Компьютеры могут быть мощным инструментом при правильном использовании, особенно в сферах науки и техники. Программное обеспечение существует для моделирования электрических цепей с помощью компьютера, и эти программы могут быть очень полезными в помощи цепи дизайнеры испытание идей на самом деле до создания реальных схем, экономят много времени и денег.

Эти же программы могут быть фантастические средства для начала студент электроники, позволяющие освоение идей легко и быстро, не собрание реальных схем требуются. Есть, конечно, не заменит на самом деле создания и тестирования реальных схем, но и компьютерное моделирование, конечно, помочь в процессе обучения, позволяя студентам экспериментировать с изменениями и увидеть эффект они оказывают на цепях. В этой книге я буду включающий компьютерные распечатки из схемы моделирования часто для того, чтобы проиллюстрировать важные понятия. Наблюдая за результатами компьютерного моделирования, студент может получить интуитивное схемы поведения, без запугивания абстрактного математического анализа.

Для моделирования схем на компьютере, я использую частности программу под названием SPICE, который работает с описания схемы к компьютеру с помощью листинга текста. По сути, этот список является своего рода компьютерная программа сама по себе, и должны придерживаться синтаксических правил SPICE языке. Компьютер затем используется для обработки, или "работать", SPICE программа, которая интерпретирует текст листинга описания схемы и выводит результаты своей детальный математический анализ, а также в текстовом виде. Многие детали использования SPICE описаны в объеме 5 ("Reference") этой серии книг для тех, кто хочет более подробной информации. Здесь я просто вводятся основные понятия, а затем применить SPICE к анализу этих простых схем мы уже прочитали.

Во-первых, мы должны иметь SPICE установленных на нашем компьютере. Как это бесплатная программа, она широко доступны в Интернете для скачивания, так и в форматах подходит для различных операционных систем. В этой книге я использую одну из более ранних версиях SPICE: версия 2G6, для простоты использования.

Далее, нам необходимо схема SPICE для анализа. Давайте попробуем одну из схем показано ранее в этой главе. Вот его схема:

Эта простая схема состоит из батарейки и резистора, подключенного непосредственно друг с другом. Мы знаем, что напряжение аккумуляторной батареи (10 вольт), а сопротивление резистора (5 Ω), но больше ничего о схеме. Если описывать эту схему в SPICE, она должна быть в состоянии сказать нам (по крайней мере), сколько у нас есть ток в цепи с помощью закона Ома (I = E / R).

SPICE не может непосредственно понимать схему или любая другая форма графического описания. SPICE представляет собой текст на компьютере программ, и требует, чтобы цепь быть описана в терминах составляющих его компонентов и точек подключения. Каждая уникальная точка соединения в цепи описан SPICE на "узел" номера. Очки, которые являются электрически общего друг с другом в цепи для моделирования определены как такие, делясь тем же номером. Это может быть полезно рассматривать эти числа как "проволока" номера, а не «узел» номера, в соответствии с определением, приведенным в предыдущем разделе. Это как компьютер не знает, что это связано с тем, что: в обмен общий провод, или узла, номера. В нашем примере схемы, у нас есть только два "узлы", верхний провод и нижнего провода. SPICE требует ли узел 0 где-то в цепи, поэтому мы будем маркировать наши провода 0 и 1:

В приведенной выше иллюстрации, я показал несколько "1" и "0" этикетки вокруг каждого соответствующего провода, чтобы подчеркнуть концепцию общих точек общими номерами узлов, но все же это графическое изображение, а не текстовым описанием. SPICE должен иметь значения компонентов и узлов номера, присвоенные его в виде текста, прежде чем любой анализ может продолжаться.

Создание текстовых файлов в компьютер предполагает использование программу текстового редактора. Как и текстовый процессор, текстовый редактор позволяет вводить текст и записывать то, что вы набрали в виде файла, хранящегося на жестком диске компьютера. Текстовые редакторы не имеют возможности форматирования текстовых процессоров (не курсив, полужирный или подчеркнутый символов), и это хорошо, так как такие программы, как SPICE не знаю, что делать с этой дополнительной информации. Если мы хотим создать текстовый файл, с абсолютно ничего не записано, кроме клавиатуры символы мы выбираем, текстовый редактор является инструментом для использования.

При использовании системы Microsoft операционной, таких как DOS или Windows, пару текстовых редакторов, которые легко доступны с системой. В DOS, есть старый текст Edit редактирование программы, которые могут быть вызваны, набрав редактирование в командной строке. В Windows (3.x/95/98/NT/Me/2k/XP), редактор Notepad текст ваших акций выбор. Многие другие программы для редактирования текста доступны, а некоторые даже бесплатно. Я, случается, использовать бесплатный текстовый редактор Vim называется, и запустить его под Windows 95, как и операционные системы Linux. Неважно, какой редактор вы используете, так что не волнуйтесь, если скриншоты в этом разделе не похожи на ваши, важная информация здесь является то, что вы печатаете, а не какой редактор вы решили использовать.

Для описания этой простой, двухкомпонентная схема для SPICE, я начну, ссылаясь на мой текст редактор программы и набрав в "заголовок" линии контура:

Мы можем описать батарею компьютера, введя в строку текста, начиная с буквы "V" (для "напряжения источника"), определить, какие провода каждой клеммы аккумулятора подключается к (номера узлов), и напряжение батареи , например:

Эта строка текста говорит SPICE, что мы имеем источник напряжения связаны между узлами 1 и 0, постоянный ток (DC), 10 вольт. Вот и все, компьютер должен знать о батарею. Теперь мы переходим к резистор: SPICE требует, чтобы резисторы быть описаны с буквой "г" цифры из двух узлов (точек подключения), а сопротивление в Ом. Поскольку речь идет о компьютерном моделировании, нет необходимости указывать мощность на резистор. Это одна хорошая вещь о "виртуальных" компонентов: они не могут пострадать от чрезмерного напряжения или тока!

Теперь SPICE будет знать, есть резистор между узлами 1 и 0 на сумму 5 Ω. Это очень краткие строки текста, сообщает компьютеру, у нас есть резистор («р»), связанных между теми же двумя узлами, как аккумулятор (1 и 0), с сопротивлением 5 Ω.

Если к этому добавить. Конца Об этом коллекция SPICE команды для обозначения конца описание схемы, мы будем иметь все информационные потребности SPICE, собранных в одном файле, и готовы к обработке. Это описание схемы, состоящей из нескольких строк текста в компьютерный файл, технически известный как список соединений, или палубы:

После того как мы закончили вводить все необходимые команды SPICE, нам нужно, чтобы "спасти" их в файл на жестком диске компьютера, так что SPICE что-то ссылаться, когда вызывается. Поскольку это мой первый список соединений SPICE, я сохраните его под именем "circuit1.cir" (настоящее имя произвольные). Вы можете выбрать название вашего первого списка соединений SPICE что-то совершенно другое, столь же долго, как вам не нарушать правила файла для вашей операционной системы, такие как использование не более чем на 8 +3 символов (восемь символов в имени и трех символов В продолжение: 12345678.123) в DOS.

Для вызова SPICE (скажите ему обрабатывать содержимое файла списка соединений circuit1.cir), то для выхода из текстового редактора и получить доступ к командной строке ("командной строке" для пользователей Microsoft), где можно ввести текст команды для операционной системы компьютера повиноваться. Это «примитивных» способ вызова программы могут показаться архаичными, чтобы пользователи компьютеров привыкли к "точке и нажмите кнопку" графическую среду, но это очень мощный и гибкий способ ведения дел. Помните, что вы здесь делаете с помощью SPICE представляет собой простую форму программирования, а тем более комфортно вы стали давать в компьютер текстовой форме команды следовать - в отличие от просто нажав на значок изображения с помощью мыши - больше мастерства у вас будет на вашем компьютере.

Как только в командной строке введите команду, а затем [Enter], клавиши (в этом примере используется файл circuit1.cir, если вы выбрали другое имя для вашего списка соединений файл, заменить его):



 специи <circuit1.cir



Вот как это выглядит на моем компьютере (под управлением этой ОС), перед тем, как нажать [Enter] ключ:

Как только вы нажмете клавишу [Enter], чтобы ввести эту команду, текст с выходом SPICE должен прокручивать на экране компьютера. Вот скриншот, показывающий, что SPICE выводит на моем компьютере (я удлинил окне «Терминал», чтобы показать вам полный текст с нормального размера терминала, текст легко превышает длину страницы.)

SPICE начинается с повторения списка соединений, в комплекте с названием линии и. Конца заявлении. Примерно на полпути через моделирование отображает напряжение во всех узлах со ссылкой на узле 0. В этом примере у нас есть только один узел, кроме узла 0, так что он отображает напряжение там: 10,0000 вольт. Затем он показывает текущий через каждый источник напряжения. Поскольку у нас есть только один источник напряжения во всей цепи, а только отображает текущий через тот. В этом случае, источник тока 2 ампера. Благодаря особенность в том, как SPICE анализ текущей, стоимость 2 А выводится в виде отрицательной (-) 2 ампер.

В последней строке текста в отчете по анализу компьютера является «полной рассеиваемой мощности", который в этом случае определяется как "2.00E +01" Вт: 2.00 х 10 1, или 20 Вт. SPICE выводит самые цифры в научной нотации, а не нормальный (с фиксированной точкой) обозначение. Хотя это может показаться более запутанной на первый, на самом деле менее запутанной, когда очень большие или очень маленькие цифры. Детали экспоненциальном будут рассмотрены в следующей главе этой книги.

Одним из преимуществ использования "примитивных" текстовые программы, такие как SPICE является то, что текстовые файлы рассматриваются крайне малы по сравнению с другими форматами файлов, особенно графических форматов, используемых в других программного обеспечения для моделирования контура. Кроме того, тот факт, что выход SPICE является обычный текст означает, что вы можете направить вывод SPICE в другой текстовый файл, где он может быть в дальнейшем манипулировать. Для этого мы повторно выполнить команду операционной системе компьютера для вызова SPICE, на этот раз перенаправления вывода в файл я буду называть "output.txt":

SPICE будет работать "тихо" на этот раз, без потока вывода текста на экран компьютера, как раньше. Новый файл, output1.txt, будет создан, который вы можете открыть и изменить, используя текстовый редактор или текстовый процессор. Для этого примера я буду использовать тот же текстовый редактор (Вим), чтобы открыть этот файл:

Теперь я могу свободно редактировать этот файл, удаление посторонних текст (например, "растяжки" с указанием даты и времени), оставив только текст, что я чувствую, что отношение к анализу мой кругооборота:

После соответствующей редактировать и повторно сохранить под тем же именем (output.txt в этом примере), то текст может быть вставлен в любой документ, "открытым текстом" является универсальным форматом файлов практически для всех компьютерных систем. Я могу даже включить его непосредственно в тексте этой книги - а не как "кадр" графического изображения - примерно так:



 мой первый контур                                                                
 V 1 0 DC 10     
 Г 1 0 5 
 . Конец    



  узел напряжения
 (1) 10.0000



 Напряжение тока источника
 назвать текущий
 V-2.000E +00



 общая рассеиваемая мощность 2.00E +01 Вт 



Кстати, это предпочтительный формат для вывода текста из SPICE моделирования в этой книге серии: как реальный текст, а не в виде графических изображений экрана.

Чтобы изменить значение компонента в моделировании, мы должны открыть файл списка соединений (circuit1.cir), и внести необходимые изменения в текст описания схемы, а затем сохранить эти изменения с тем же именем файла, и снова вызвать в SPICE в командной строке. Этот процесс редактирования и обработки текстового файла является одной знакомой каждому программиста. Одна из причин, почему я хотел бы научить SPICE является то, что он готовит учащихся думать и работать, как программист, и это хорошо, потому что программирование является важной области передовых работы электроники.

Ранее мы исследовали последствия изменения одной из трех переменных в электрической цепи (напряжение, ток или сопротивление), используя закон Ома для математически предсказать, что произойдет. Теперь давайте попробуем то же самое, используя SPICE делать математику для нас.

Если бы мы были в три раза увеличить напряжение в нашем последнем примере схемы от 10 до 30 вольт и сохранить сопротивления цепи неизменным, мы ожидаем, что текущие в три раза, а также. Давайте попробуем это, переименование нашей файл списка соединений, чтобы не по-записи первого файла. Таким образом, мы будем иметь оба варианта схемы моделирования, хранящиеся на жестком диске нашего компьютера для использования в будущем. Следующий листинг текст выход SPICE для этого модифицированного списка соединений, в формате обычного текста, а не как графическое изображение экран моего компьютера:



 Вторая цепь пример 
 V 1 0 DC 30     
 Г 1 0 5 
 . Конец    



 узел напряжения
 (1) 30.0000



 Напряжение тока источника
 назвать текущий
 V-6.000E +00
 общая рассеиваемая мощность 1.80E +02 Вт



Так же, как мы и ожидали, текущая три раза с увеличением напряжения. Текущий раньше 2 А, но теперь он увеличился до 6 ампер (-6,000 х 10 0). Заметим также, как общая рассеиваемая мощность в цепи возросло. Это была 20 ватт, а теперь составляет 180 Вт (1,8 х 10 2). Напоминая, что власть относится к квадрату напряжения (закон Джоуля: P = E 2 / R), это имеет смысл. Если мы в три раза цепи напряжения, власть должна увеличиться в девяти (3 2 = 9). Девять раз по 20 на самом деле 180, так что выход в SPICE действительно коррелирует с тем, что мы знаем о мощности в электрических цепях.

Если мы хотим видеть, как эта простая схема будет реагировать в широком диапазоне напряжения батареи, мы можем вызвать некоторые более продвинутые варианты в SPICE. Здесь я буду использовать ". Постоянного тока" Анализ возможность изменять напряжение батареи от 0 до 100 вольт в 5 вольт шагом, вывод цепи напряжения и тока на каждом шагу. Линии в начале списка соединений SPICE со звездой символ («*»), являются комментариями. То есть, они не говорят компьютере ничего делать, касающиеся схемы анализа, а просто являются заметки для любого человека читать текст списка соединений.



 третий контур пример  
 V 1 0   
 Г 1 0 5 
 * ". Постоянного тока" заявление говорит специи по зачистке "в" питания
 * Напряжение от 0 до 100 вольт в 5 вольт шаги.   
 . Постоянного тока V 0 100 5   
 . Печать постоянного тока V (1) I (V)  
 . Конец    



. Команду печати в этом списке соединений SPICE указывает SPICE печатать колонки цифр, соответствующих каждому шагу в анализе:



 VI (V)            
 0.000E +00 +00 0.000E
 5.000E +00 +00, 1.000E
 1.000E +01 +00, 2.000E
 1.500E +01 +00, 3.000E
 2.000E +01 +00, 4.000E
 2.500E +01 +00, 5.000E
 3.000E +01 +00, 6.000E
 3.500E +01 +00, 7.000E
 4.000E +01 +00, 8.000E
 4.500E +01 +00, 9.000E
 5.000E +01 +01, 1.000E
 5.500E +01 +01, 1.100E
 6.000E +01 +01, 1.200E
 6.500E +01 +01, 1.300E
 7.000E +01 +01, 1.400E
 7.500E +01 +01, 1.500E
 8.000E +01 +01, 1.600E
 8.500E +01 +01, 1.700E
 9.000E +01 +01, 1.800E
 9.500E +01 +01, 1.900E
 1.000E +02 +01, 2.000E



.. Если я отредактировать файл списка соединений, изменение команды печати на участке команды SPICE выведет сырой график состоит из текстовых символов:



 Условные обозначения: + = V # филиала         
 -------------------------------------------------- ----------------------
 развертки V # отраслевых 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 +01, 1.000e.  +. 
 5.500e +01 +01, 1.100e.  +.  . 
 6.000e +01 +01, 1.200e.  +.  . 
 6.500e +01 +01, 1.300e.  +.  . 
 7.000e +01 +01, 1.400e.  +.  . 
 7.500e +01 +01, 1.500e.  +.  . 
 8.000e +01 +01, 1.600e.  +.  . 
 8.500e +01 +01, 1.700e.  +.  . 
 9.000e +01 +01, 1.800e.  +.  . 
 9.500e +01 +01, 1.900e.  +.  . 
 1.000e +02-2.000e +01 +.  . 
 --------------------- | ------------------------ | --- --------------------- |
 развертки V # отраслевых 2.00e +01-1.00E +01 0.00E +00 



В обоих форматов вывода, левый столбец чисел представляет напряжения батареи в каждом интервале, так как она возрастает от 0 вольт до 100 вольт, 5 вольт на время. Цифры в правой колонке указаны ток для каждой из этих напряжений. Посмотрите внимательно на эти цифры, и вы увидите, что пропорциональная зависимость между каждой парой: Закон Ома (I = E / R) верно в каждом случае каждое текущее значение составляет 1/5 соответствующие значения напряжения, потому что сопротивление цепи это ровно 5 Ω. Опять же, отрицательные числа для тока в этой SPICE анализ является более причуда, чем что-либо другое. Просто обратите внимание на абсолютное значение каждого числа, если не указано иное.

Есть даже некоторые компьютерные программы способны интерпретировать и преобразовывать не-графических выходных данных по SPICE в графический сюжет. Одна из этих программ называется мускатный орех, и его результат выглядит примерно так:

Обратите внимание, как мускатный орех участков резистора напряжение (1) (напряжение между узлом 1 и подразумеваемой точкой отсчета узел 0) в виде линии с положительным наклоном (от левого нижнего в правый верхний).

Или нет, вы никогда не стать специалистами в использовании SPICE не имеет отношения к его применению в этой книге. Все, что имеет значение то, что вы развивать понимание того, что означают числа в SPICE генерируемых отчетов. В примерах, чтобы прибыть, я сделаю все возможное, чтобы комментировать численные результаты SPICE для устранения путаницы и разблокировать силой этот удивительный инструмент, чтобы помочь вам понять поведение электрических цепей.

 
Для тебя
выгодные вложения в интернете
Читай
Товарищи
Друзья