symulac.qxd

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2001

Program CircuitMaker

jest opracowaniem firmy

Microcode Engineering

(USA)

Jest przeznaczony do

szybkiej i dok³adnej

symulacji elektronicznych

uk³adów analogowych,

cyfrowych i mieszanych.

odobnie jak inne, opisywane w Re-

AV, symulatory IsSpice i PSpice

program CircuitMaker bazuje na

procedurach analizy nieliniowej

uk³adów elektronicznych SPICE. CircuitMa-

ker v.6 mo¿e wspó³pracowaæ z programem

TraxMaker do projektowania p³ytek drukowa-

nych. Najnowsza wersja CircuitMakera 2000

stanowi po³¹czenie CircuitMakera PRO i Tra-

xMakera (m.in. biblioteka obudów zawieraj¹-

ca kilka tysiêcy elementów). Program mo¿e

byæ instalowany na komputerach klasy IBM-PC

o wymaganiach minimalnych:

procesor INTEL 80486,

pamiêæ RAM o pojemnoci co najmniej

8 MB i co najmniej 15 MB wolnego miejsca na

twardym dysku,

karta graficzna VGA lub SVGA (zalecany

monitor kolorowy),

system operacyjny Microsoft Windows 95

lub Microsoft Windows NT4.

Ekran u¿ytkownika

Na rys.1 przedstawiono ekran programu

CircuitMaker v.6. podczas symulacji wzmacnia-

cza selektywnego, pobudzanego sygna³em

z generatora impulsowego. Wybrano taki

uk³ad, aby uwypukliæ selektywne dzia³anie

uk³adu.

Na podstawie schematu program tworzy listê

po³¹czeñ (netlist), a nastêpnie po uzupe³nieniu

jej rodzajami symulacji jest tworzone zadanie

symulacyjne (listing) sformu³owane w jêzyku

SPICE. W wyniku dzia³ania programu otrzy-

muje siê symulowane przebiegi lub wykresy.

W prawym oknie przedstawiono przyk³adowe

przebiegi napiêæ w ró¿nych punktach uk³a-

du, a w lewym charakterystykê czêstotliwo-

ciow¹. Pod schematem widoczne jest wska-

zanie wirtualnego multimetru do³¹czonego

do wybranego punktu uk³adu.

Wartoci napiêæ na wykresach mog¹ byæ okre-

lane wzglêdem masy (Ref = Ground) lub

wzglêdem dowolnego punktu (odpowiada to

oscylografowi z wejciem ró¿nicowym), co sto-

suje siê np. do okrelania wartoci pr¹du. Sto-

suj¹c technikê kliknij i ci¹gnij (Click and Drag)

mo¿na powiêkszaæ dowolny fragment prze-

biegu. W trybie obs³ugi przez operatora (Man)

mo¿na stosowaæ ró¿ne czu³oci dla poszcze-

gólnych przebiegów. Po symulacji mo¿na na-

tychmiast uzyskiwaæ przebiegi dla dowolnych

wêz³ów uk³adu. Dla jednej symulacji praktycz-

na liczba elementów siêga kilkudziesiêciu.

Dla analizy pr¹du zmiennego mo¿na uzyski-

waæ tak¿e przebiegi U (lub I) = f (U lub I), co

stosuje siê m.in. do uzyskiwania dynamicz-

nych charakterystyk z pêtl¹ histerezy lub dyna-

micznych charakterystyk przejciowych, u¿y-

wanych do okrelania maksymalnych wartoci

amplitud na wejciu. Stosuj¹c technikê kliknij

i ci¹gnij powiêksza siê dowolny fragment prze-

biegu. Mo¿na tak¿e wykorzystywaæ Multimetr,

który wskazuje wartoci (pr¹du sta³ego, war-

toci rednie lub skuteczne pr¹du zmiennego)

dla napiêæ lub pr¹dów.

W ramach wykresu czêstotliwociowego mo¿-

na wybraæ dla osi pionowej sk³adow¹ rzeczy-

wist¹ i urojon¹ lub amplitudê i fazê (rys.2).

Rzadko kto ma dostêp do mierników fazy

w szerokim zakresie czêstotliwoci. Zdaniem

autora jest to najtañsza mo¿liwoæ analizy fa-

zy w projektowanych uk³adach. Wykresy czê-

stotliwociowe mog¹ obejmowaæ wiele dekad

(np. 1 kHz

1 GHz) i mog¹ byæ w siatce loga-

rytmicznej dla obu osi (np. o Y wyskalowana

w dB).

W uk³adach przenosz¹cych sk³adow¹ sta³¹

stosuje siê analizê sta³opr¹dow¹. Na rys.3

przedstawiono charakterystykê dla wzmac-

niacza operacyjnego pracuj¹cego jako wzmac-

niacz napiêciowy odwracaj¹cy o wzmocnieniu

10. Mo¿na na jej podstawie okreliæ zakresy

liniowoci, nasycenia i odpowiadaj¹ce im za-

kresy napiêæ wejciowych i wyjciowych (tak-

¿e przy ró¿nych napiêciach zasilania: 10, 11,

12, 13 i 14 V patrz rozga³êzienie charakte-

rystyki w górnej czêci).

Analizê parametryczn¹, czyli badanie wp³y-

wu zmian parametrów elementów, mo¿na pro-

wadziæ dla dwu elementów jednoczenie (jed-

nym z nich mog¹ byæ np. wartoci wspó³czyn-

nika wzmocnienia pr¹dowego wybranego tran-

zystora). Dla schematu z rys.1 zmieniano (dla

przejrzystoci) wartoæ tylko jednego elemen-

tu indukcyjnoci cewki LT o wartoci równej

H o

H z rozdzielczoci¹ 10

SYMULACJA UK£ADÓW

ELEKTRONICZNYCH

z CircuitMakerem

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Rys. 1 . Widok ekranu programu CircuitMaker

Od roku 1999 w³acicielem programu jest firma Pro-

tel International Pty Ltd.

Wersja studencka (ograniczona) CircuitMaker v.6 i we-

rsja ewaluacyjna pakietu CircuitMaker 2000 jest do-

stêpna bezp³atnie w Internecie na stronie

http://www.circuitmaker.com/.

(tj. dla 76, 86, 96, 106 i 116

H). Uzyskane wy-

niki przedstawiono na rys. 4 z liniow¹ skal¹ osi

poziomej. Mo¿na tak¿e stosowaæ analizê Fo-

uriera (na wykresie uzyskuje siê wartoci har-

monicznych sygna³u) i okreliæ wartoæ wspó³-

czynnika zniekszta³ceñ nieliniowych analizowa-

nego sygna³u.

Przedstawione rodzaje symulacji umo¿liwiaj¹

podstawow¹ analizê uk³adów analogowych

i mieszanych. Na rys. 5 przedstawiono typowe

przebiegi dla licznika cyfrowego. W górnej

czêci jest widoczna liczba taktów cyfrowego

generatora impulsów (pulser). Liczba anali-

zowanych przebiegów jest dowolna i prak-

tycznie ograniczona tylko rozmiarami ekranu

monitora. Liczba taktów mo¿e siêgaæ tysiêcy

(dla z³o¿onych uk³adów), a obraz stanów lo-

gicznych p³ynie po ekranie. Symulacjê mo¿na

uruchamiaæ i zatrzymywaæ w dowolnym cza-

sie i przeplataæ j¹ z symulacj¹ krokow¹. Do ba-

dania uk³adów cyfrowych mo¿na stosowaæ

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 10/2001

generator s³ów (sequencer) o pojemnoci do

32 tys. dowolnie programowanych s³ów

8-bitowych.

Menu u¿ytkownika

W górnej czêci ekranu (rys.1) znajduje siê pa-

sek rozwijanego g³ównego menu u¿ytkownika,

zawieraj¹cy grupy instrukcji: File, Edit, Window

i Help (spotykane w innych programach dzia-

³aj¹cych w systemie operacyjnym Microsoft

Windows) oraz specyficzne dla CircuitMakera

grupy funkcji: Macros

, Options, View, Simu-

lation i Devices.

Macros s³u¿y do tworzenia makroinstrukcji

(tj. sekwencji poleceñ umo¿liwiaj¹cych two-

rzenie bloków funkcjonalnych, zawieraj¹cych

kilka elementów podstawowych, np. wzmac-

niacza ró¿nicowego wywo³ywanego jednym

poleceniem).

Options obejmuje funkcje zwi¹zane m.in.

z oznaczaniem po³¹czeñ, numerów wêz³ów

oraz automatycznym nadawaniem nazwy ele-

mentom.

Simulation zawiera instrukcje umo¿liwiaj¹ce

wybór rodzaju analizy _ analogowy i cyfrowy,

okrelanie warunków (wartoci) analizy, ro-

dzaje analizy _ krokowa, automatyczna itp.

Devices umo¿liwia szybkie wyszukiwanie ele-

mentów.

Drugi pasek zawiera szereg ikon przyporz¹d-

kowanych najczêciej stosowanym polece-

niom, jest podzielony na 7 grup tematycznych.

Wskazanie ikony powoduje pokazanie siê na-

pisu o jej przeznaczeniu i funkcjach.

Biblioteka

CircuitMaker v.6. dysponuje bogat¹ bibliotek¹

zawieraj¹c¹ 4 tys. modeli elementów i wirtu-

alnych bloków funkcjonalnych. W tablicy wy-

mieniono w zarysie rodzaje i rodziny elemen-

tów i uk³adów: diody, elementy aktywne (m.in.

tranzystory), cyfrowe uk³ady scalone; wskani-

ki i prze³¹czniki, analogowe uk³ady scalone,

elementy pasywne, ró¿ne, ród³a sygna³owe,

bloki arytmetyczne, zasilacze i ród³a, bloki

funkcyjne.

Bogumi³ Owczarek

Nie wystêpuje w wersji ewaluacyjnej

Diody

Diody, mostki prostownicze, LED-y, stabilistory (diody Zenera), diody pojemno-
ciowe (warikapy), diody Schottky,ego (du¿ej mocy) i fotodiody

Elementy czynne

Tranzystory bipolarne n-p-n i p-n-p, uk³ady Darlingtona, tranzystory polowe z³¹czo-
we z kana³em N, z kana³em P, tranzystory polowe MOS NMOS (N-DMOS z ka-
na³em zubo¿anym, N-EMOS z kana³em wzbogacanym) i PMOS (P-DMOS,
P-EMOS), tyrystory, triaki i transoptory

Cyfrowe uk³ady scalone

Serie 40xx, 41xx, 45xx, 47xx, 74xxx, 1k RAM, 32x8 PROM oraz podstawowe
uk³ady logiczne _ bramki, inwertery itp

Wywietlacze, wskaniki

Wskaniki alfanumeryczne i prze³¹czniki heksadecymalne, 7-segmentowe wskani-

i prze³¹czniki

ki LED, wskaniki logiczne, klucze CMOS, cyfrowy generator impulsów, generator
s³ów (sequencer), prze³¹czniki sterowane (U lub I) itp

Analogowe uk³ady scalone

Wzmacniacze operacyjne, komparatory, uk³ady czasowe, bufory, wzmacniacze,
modulatory, uk³ady mno¿¹ce, przetworniki a/c i c/a, uk³ady PLL (z pêtl¹ fazow¹) i VCO
(generatory o czêstotliwoci sterowanej napiêciem)

Elementy bierne

Elementy R, L, C, kondensatory elektrolityczne i cewki indukcyjne sprzê¿one

Ró¿ne

Rezonatory kwarcowe, FVC (przetwornik f - U), VFC (przetwornik U - f), bezpiecz-
niki, przekaniki, transformatory, kable ekranowane, silniki krokowe, lampy elektro-
nowe, z³¹cza i koñcówki, przyciski

ród³a sygna³ów

Generatory sinusoidalne, prostok¹tne, trójk¹tne, pi³ozêbne, przebiegów AM i FM
i inne; mog¹ byæ napiêciowe lub pr¹dowe.

Bloki arytmetyczne

Dodawanie, odejmowanie, mno¿enie, dzielenie (2- lub 4-wejciowe) i 2 x 18 ró¿-
nych funkcji (ABS, LN, LOG, EXP, SQRT (pierwiastek kwadratowy), UNARY (funk-
cja przyjmuj¹ca tylko wartoci +1 lub -1), SIN, COS, TAN (tg), ASIN (arcsin), ACOS,
ATAN, SINH (sin hiperboliczny), COSH, TANH, ASINH (arcsin hiperboliczny)
ACOSH, ATANH). Wszystkie mog¹ mieæ wyjcia napiêciowe lub pr¹dowe.

Zasilacze i ród³a

Zasilacze napiêciowe i pr¹dowe, 4 rodzaje róde³ sterowanych o dowolnie okrela-
nych wspó³czynnikach transformacji (U

→

ród³o U, U

→

ród³o I, I

→

ród³o U,

→

ród³o I), stabilizatory i ród³a referencyjne

Bloki funkcyjne

Ca³kuj¹cy, ró¿niczkuj¹cy, wzmacniacz, ograniczniki U i I, uk³ad z histerez¹, gene-

(programowane)

rator pojedynczego impulsu (oneshot) itp

Rys. 2. Charakterystyka fazy w funkcji czêstotliwoci

Rys. 3. Charakterystyki sta³opr¹dowe

wzmacniacza operacyjnego

µµ

A741

Rys. 4. Wykres analizy parametrycznej

wzmacniacza wg rys.1

Rys. 5. Przebiegi analizy funkcjonalnej uk³adu cyfrowego (TP1 _ sygna³ steruj¹cy, TP2

÷÷

TP5 impulsy

na wyjciach dzielnika binarnego, TP6

÷÷

TP12 impulsy na wyjciach dekodera kodu BCD steruj¹cego

7_-segmentowym wskanikiem LED, TP12

÷÷

TP6 odpowiadaj¹ wejciom a

÷÷

g wskanika)