電路模擬-利用軟體免接實體線路就能快速做實驗

要做電子實驗除了實際買零件來做實驗之外,若只是要做個雛形看看電路的行為趨勢,利用電路模擬軟體是個不錯的選擇。

電路模擬-簡介

電路模擬又稱SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis),它利用電腦的運算能力搭配演算法,可以讓使用者只需描述電路接線,就能運算出電路中的各項結果,例如直流偏壓、頻率響應、暫態波形。

早期是以文字檔寫作,把每個元件的連接描述出來,稱為網路表Net list,當電路很複雜的時候,有時會寫錯。我相信如果你曾經寫過一次SPICE,應該不會想再寫第二次,人生不應該浪費在如此無聊的事情上。

後來圖形化介面開始流行,就有人把SPICE寫成圖形介面,操作就相對簡單了。雖然是圖形介面,要模擬之前還是得變成net list才能讓SPICE吃進去分析。

專業的SPICE當然是需要費用的,而且還有各自的領域,一般的電子電路也許用Cadence OrCAD就夠用,若要處理射頻RF領域的東西,除了元件的選擇之外,Layout的線寬線距與阻抗匹配特性全都要考慮,這時需要像keysight ADS這種分析工具。其他還有工具能做layout之後的模擬組裝觀察元件是否有干涉之類的,只是機構領域我並不熟,相信有工具是可以有all in one功能的,基本上只要老闆口袋夠深願意花錢,你就有得用。

但在這個軟體自由化的時代,市面上還是有一些免費的資源可以利用,像我這樣做做小研究是完全可以滿足的,讓阿信助教來分享給各位吧。

CIRCUIT LAB

https://www.circuitlab.com/

它的零件庫分類清楚、簡單易懂,而且零件廠商給的參數完整。會這麼完整不是沒有原因,這個東西實際上是需要付費的,不過它有免費試用期,註冊之後可以用一陣子,但我忘了是多久了。

我免費用了一陣子發現CircuitLab很好用,於是真的花錢買了一年,目前是我使用經驗上的第一名。它在操作介面上比較美觀精簡而且直覺,零件商所安插的零件庫也較完整,雖然它有免費試用,個人我還是很推買個一年來用。

除了外觀之外,若你要模擬的電路包含了晶體切換功能,在其他on line模擬軟體可能會遇到當機的情況,例如switching power的線路就屬此類,但是Circuit Lab不會有當機的情況,至少我沒遇過。

它的零件庫很完整,而且有零件商支援。在零件列表右方有Buy的按鈕是因為,CircuitLab與零售商Jameco有合作,你按下去就可以直接買實體零件,真是很方便。

電路模擬-circuitlab-libary

它可以做所有想要的分析,DC/AC/Time domain/Frequency domain,基本上都可以滿足需求。它還能做參數分析,例如把R的值從1K、2K、一直加到10K,你就能看到10條暫態波形或是頻率響應。

電路模擬-circuitlab-simulate

PARTSIM

https://www.partsim.com/simulator

這是一個web base的電路模擬網頁,基本的零件庫都有,前三項Generic parts/Diagramming/Vendor parts基本上可以滿足大部分的需要。後面的選項似乎是拿來買東西用的,Partsim是跟零售商Arrow合作,第四項之後的選項點進去只有照片與datasheet,只有左上的Arrow可以點進零售商,零件本身沒有超連結可以連到Arrow。

電路模擬-partsim

它厲害的地方是,它可以轉BoM表(Bill of Material零件表),你要買東西不用自己再整理一次。

模擬需要的基本款式也都有,涵蓋了DC/AC/Transient如下圖,只是它沒辦法做蒙地卡羅分析,暫態分析內的probe功能只能顯示基本的電壓電流,沒辦法讓你自己加減乘除寫公式。但若只是要大概驗證一下電路,這個工具綽綽有餘。

電路模擬-partsim-simulate

MultiSim BLUE

https://www.mouser.tw/multisimblue/

這是一套PC上的應用軟體,由NI所開發的電路模擬軟體,所有的分析DC/AC/Transient都可以做,你不小心還會看到LabView的影子。MultiSim的特色就是非常像OrCAD,你看下圖是不是很像。

它做模擬的時候,不太需要繁複的設定,只要把示波器的icon拉過來接上去馬上就出現波形了,十分的直覺,所有的即時電壓電流也可以直接顯示在電路上。

這套有免費時限,三個月的賞味期,我覺得它的功能滿強大的,NI的MultiSim是與零售商Mouser結合,所以它的零件資料庫有兩種,一種是標準資料庫,另一種是Mouser的資料庫。

電路模擬-MultiSim

標準資料庫內含的零件不多,常用的基本上都有,包含555 timer/ADC/DAC,若把database切換到Mouser Database,零件庫內容會突然暴增,多到你選不完。

電路模擬-MultiSim-library

另外MultiSim可以轉BOM,讓你採買更方便,這招真厲害。

電路模擬-MultiSim-BOM

DCACLAB

https://dcaclab.com/

這個網站比較像是給學生做電子實驗的入門網站,它只有DC/time domain的分析,其他都沒有,所以才稱為DCAC,應該是這樣吧。它有個很大的特色,就是零件的呈現完全用實際的圖像來表達,我認為很適合給學生。

電路模擬-DCAC

就連電阻的參數調整,也是用色碼來呈現,如下圖。

電路模擬-DCAC-parameter

它的零件庫不多,如下圖就這麼一排,但做做小型的電子實驗是沒問題的

電路模擬-DCAC-library

FALSTAD

http://www.falstad.com/circuit/

這個網站是用Java Applet寫的,可以用來模擬簡單的電路,對於想簡單試試電路的人來說,是很方便的。Circuits選項裡面有很多範例線路,別看它醜,它有提供555 timer,還有各種邏輯閘,可惜的是它只能模擬類比電路,而且只能分析time domain。

它的特色是有電流的點點可以看,你可以清楚知道電流的流向。

電路模擬-falstad

它的零件庫滿多東西,但沒有與零售商結合,所以沒有廣告,也不會有Buy的按鈕。因為這是個很學術的人寫出來貢獻世界的,他寫的東西涵蓋了物理、數學、電子、量子力學、電磁學,你把網頁往上走一層就會發現了,真的是太厲害了。

它的零件庫竟然有ADC/DAC/VCO,太令人驚艷了。

電路模擬-falstad-library

通常Design house比較有機會用到電路模擬,要做晶片一定要模擬,而在下游的系統業大部分是以組裝後的驗證居多,使用SPICE的人數相對較少。

像我就只有遇到問題時,才會拿SPICE來驗證某一小塊電路,而且還不需要太準,只要趨勢符合預期就可以,因此低價好用甚至免費的軟體,就能符合我的需要。

大家喜歡用哪套,青菜蘿蔔各有所好,工具沒有好不好只有適不適合,希望各位找到自己合用的工具。

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