دليل محاكاة التوابل لتحليل وتصميم الدوائر – الجزء 12: تعيين تسميات للعقد
[ad_1]
في هذه الدفعة من دورة SPICE، سيتم استكشاف مفهوم العقد في الدوائر الكهربائية والإلكترونية بعمق، مع التركيز على تصويرها وتحليلها في برنامج محاكاة LTspice وngspice. يتم تقديم التعريف الأساسي للعقد، مع تسليط الضوء على أهميتها كنقاط ترابط بين المكونات. توضح المقالة كيفية إدارة LTspice وngspice للعقد، مما يسمح للمستخدمين بتحديد الملصقات وتعيين قيم الجهد والتيار.
مقدمة
العقد هي عناصر أساسية في الدوائر الكهربائية وتمثل نقاط الاتصال بين مكونين إلكترونيين أو أكثر. يعد فهم دورهم أمرًا ضروريًا لتحليل وتصميم دوائر فعالة وموثوقة. في هذا السياق، توفر برامج المحاكاة مثل LTspice وngspice أدوات قوية لتمثيل العقد وتحليلها ومعالجتها في البيئات الافتراضية.
يتيح كلا البرنامجين للمستخدمين تحديد العقد وتعيين تسمياتها وتحديد قيم الجهد أو التيار. تتطلب كل عقدة في الدائرة اسمًا فريدًا ولا يمكن أن يكون هناك عدة عقد بنفس الاسم. وهي مهمة للغاية عندما تكون بعض أجزاء الدائرة، البعيدة عن بعضها البعض، متصلة ببعضها البعض.
في LTspice، عند وضع مكون، يقوم النظام تلقائيًا بإنشاء واقتراح اسم للعقدة بتسلسل مرقّم وتقدمي، على سبيل المثال، N001 أو N008 أو N026. يتم تمييز الأسماء التي تشير إلى GND بالرقم “0”، ويجب أن تحتوي الدوائر دائمًا على عقدة أرضية، وإلا ستظهر رسالة خطأ أثناء مرحلة المحاكاة. عندما يتم وضع مكون إلكتروني بدون أي سلك كهربائي، سيتم تسمية العقد الخاصة به NC_01، NC_02، NC_03، الخ.
من المهم ملاحظة أنه في LTspice يحدث ترقيم العقد تلقائيًا وتدريجيًا، لذلك عندما يتم تعديل المخطط، قد تتغير أسماء العقد التي تم إنشاؤها تلقائيًا مع تغير طوبولوجيا الدائرة. قد يؤدي ذلك إلى ظهور مشكلات، خاصة بالنسبة للدوائر المعقدة بشكل خاص، وهي مشكلات يمكن حلها بسهولة والتغلب عليها من خلال الإرشادات المذكورة أدناه. يوضح الشكل 1 المخطط الكهربائي لمضخم الترانزستور، مع كسب إشارة يبلغ حوالي 19 مرة. يتم تعيين كل عقدة، بالإضافة إلى الفرع الكهربائي المرتبط بها، تلقائيًا بواسطة LTspice مع لاحقات رقمية متسلسلة.
يُظهر NETLIST المرتبط الاتصال الفعلي بين العقد المختلفة. تمت كتابة أسماء الاتصالات فيه بالخط العريض لفهم أفضل.
V1 رقم0010 12 فولت
س1 N002 N005 N006 0 ق547ب
ر1 N001 N002 2.2 ألف
R2 رقم0060 100
ر3 N001 N005 12 ك
ر4 رقم 005 0 1 ك
ج1 N005 N004 1 فائق التوهج
V2 رقم0040 شرط (0 10 مللي فولت 800) تيار متردد 10 مللي فولت
ج2 N003 N002 1 فائق التوهج
ص5 رقم0030 47 ألف
يتم تمثيل العقد في قائمة NETLIST هذه بدءًا من الحرف “N” متبوعًا برقم مكون من ثلاثة أرقام، وهي:
- N001: عقدة مصدر الطاقة 12 فولت
- N002: عقدة مجمع الترانزستور Q1
- N003: عقدة إخراج الإشارة المضخمة بعد شبكة فصل التيار المستمر، ممثلة بـ R5 وC2. فقط إشارة متناوبة تخرج منه
- N004: عقدة مولد الإشارة
- N005: العقدة الأساسية للترانزستور Q1 ومقسم الاستقطاب الخاص به (R3 وR4)
- N006: عقدة الاتصال بين الباعث Q1 والمقاومة R2
- العقدة 0 ضمنية وتمثل المرجع الأرضي (GND)
عادةً، يتم اختيار الترقيم بواسطة البرنامج بالترتيب التسلسلي لتحديد موضع العناصر المختلفة. لذلك، في هذه الدائرة، هناك 7 عقد إجمالاً، بما في ذلك العقدة 0. ومن المفيد التأكيد مرة أخرى على أن تعديل الدائرة الكهربائية سيعني ترقيمًا إضافيًا ومختلفًا لقائمة العقد، وهي عملية قد تكون مزعجة للغاية.
يعد تخصيص اسم العقدة مفيدًا دائمًا، مما يسمح للمصممين باستخلاص فوائد عديدة مثل:
- الدائرة بأكملها أكثر قابلية للفهم. على سبيل المثال، العقدة “OUT” أكثر قابلية للقراءة من العقدة “N002″، والعقدة “VCC” أكثر قابلية للقراءة من العقدة “N007”
- لم يعد يتم تعديل اسمه بواسطة البرنامج، لذا تظل جميع مراجع القياس سليمة
- إن مرجع العقد وتحديدها في نتائج الرسم البياني أكثر قابلية للفهم ومن المؤكد أن المطبوعات أو الصادرات ذات الصلة ستكون مفهومة عالميًا
- يتم تقليل أخطاء الاتصال، ويتم تحديد نقاط الدائرة بسهولة أكبر
- يتم الحفاظ على المخطط الكهربائي مرتبًا وجيد التنظيم، مما يسهل إدارة الدائرة وتعديلها
- إن استخدام أسماء العقد المباشرة والمتسقة يجعل التواصل مع المستخدم والتعاون أسهل
- وأخيرًا، يمكن استخدام أسماء العقد لإنشاء توثيق أكثر شفافية واكتمالًا للدوائر، مما يسهل فهم عملها.
كيفية تسمية العقدة
يعتبر إجراء تعيين اسم مخصص للعقدة مباشرًا للغاية. كما ترون في الشكل 2، تحتاج إلى النقر بزر الماوس الأيمن على العقدة أو السلك الكهربائي الذي تريد إعادة تسميته، ثم اختيار عنصر “Label Net” من القائمة المنبثقة واكتب الاسم الجديد للعقدة في مربع الحوار نافذة او شباك. وأخيرًا، انقر على “موافق” لتأكيد التغييرات.
من المؤكد أن الرسم التخطيطي الكهربائي بأسماء العقد المخصصة هو أكثر قابلية للقراءة، كما يمكن رؤيته في الرسم التخطيطي في الشكل 3. الرسم التخطيطي مكافئ للرسم السابق ولكنه مزود بأسماء العقد المخصصة بواسطة المستخدم. بهذه الطريقة، يتم عرض اسم العقدة بشكل واضح على المخطط الكهربائي، بما يتوافق مع موضعها. يتم تمثيل العقد الموجودة في NETLIST الجديدة بأسماء تم تعيينها مباشرة من قبل المستخدم، والتي تصف بوضوح الوظيفة التي يتم تنفيذها، وبالتالي تكون أكثر وضوحًا.
في هذه الحالة، تتم كتابة أسماء العقد بالخط العريض ولكن يتم تنفيذ نفس العملية كما في المثال السابق:
V1 في سي سي 0 12 فولت
س1 ج يكون 0 ق547ب
ر1 في سي سي ج 2.2 ألف
R2 ه 0 100
ر3 في سي سي ب 12 ك
ر4 ب 0 1 ك
ج1 سلة مهملات 1 درجة فهرنهايت
V2 في 0 شرط (0 10 مللي فولت 800) تيار متردد 10 مللي فولت
ج2 خارج ج 1 درجة فهرنهايت
عندما لم يكن هناك محررون رسوميون للمخططات الكهربائية بعد، وكانوا يعملون فقط مع المستندات النصية التي تصف الدائرة الكهربائية، كان على المصممين كتابة NETLIST يدويًا، وبالتالي فإن استخدام اللواحق الدقيقة أعطاهم درجة أعلى من الوضوح. بعد إجراء التغييرات على الدائرة، تكون عقد المخطط الكهربائي كما يلي: “in”، “b”، “C”، “e”، “vcc”، “out”، “0”. إذا حاول المصمم تعيين الاسم “0” لعقدة، فسيظهر رمز GND تلقائيًا بالقرب من المؤشر، بنفس طريقة الموضع الطبيعي للرمز الأرضي الثلاثي، بواسطة مفتاح “G” على لوحة المفاتيح. وينطبق الشيء نفسه حتى إذا قام المستخدم بكتابة السلسلة “GND” كاسم العقدة.
يعد اسم العقدة المخصصة أمرًا ضروريًا عند جعل إخراج الرسم البياني أو التقرير أكثر دقة. إن التسمية المجهولة للتتبع التي تشير إلى إشارة تحمل اسم العقدة الافتراضية لن توفر التمييز الصحيح للمستخدمين. ويبين الشكل 4 رسمين بيانيين لنفس الإشارات: يستخدم الرسم العلوي أسماء العقد الافتراضية المعينة من قبل البرنامج، في حين يستخدم الرسم السفلي أسماء العقد المعينة من قبل المصمم. كما ترون، الرسم البياني أدناه هو أكثر توضيحية.
كما ذكر أعلاه، تتطلب كل عقدة في الدائرة اسمًا فريدًا. يمكن للمصممين تحديد اسم العقدة بحيث لا يقوم البرنامج بإنشاء واحدة تلقائيًا وبشكل متزايد. العقدة “0” هي الأرض العالمية للدائرة. عند تعيين اسم العقدة، من الممكن الإشارة إلى ما إذا كانت بوابة إدخال أو إخراج أو بوابة ثنائية الاتجاه. سيتم رسم هذه الأنواع من البوابات بشكل مختلف على الرسم التخطيطي ولكن ليس لها أي معنى في NETLIST. إن الإشارة إلى نوع البوابة هي عبارة عن رسم بياني بحت ولا تؤدي إلا إلى جعل الدائرة أكثر قابلية للقراءة، كما يمكن رؤيته في الرسم البياني في الشكل 5. الدائرة الكهربائية في المثال عبارة عن مقسم مقاوم في نظام متناوب يعمل ببساطة على خفض المدخلات إلى النصف جهد الإشارة.
كما هو موضح في الدفعة السابقة، من الممكن استخدام أسماء العقد المخصصة لتعيين قيمة جهد محددة لأحد مراسلاتها. بافتراض أننا أنشأنا مخططًا كهربائيًا باسم العقدة مضبوطًا على “cap”، فإن أفضل طريقة لتعيين جهد 6 فولت لها هي استخدام توجيه SPICE التالي:
.IC V (الغطاء) = 6 فولت
لمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع، المستخدمين مدعوون لقراءة الحلقة المتعلقة بالشروط الأولية وتوجيهات “.IC” بعناية.
خاتمة
تثبت القدرة على تعيين الأسماء يدويًا للعقد في LTspice أنها أداة لا تقدر بثمن لتحسين الوضوح وسهولة القراءة والكفاءة في تصميم وتحليل الدوائر الكهربائية والإلكترونية. كما أظهرنا، فإن استخدام الأسماء الوصفية وذات المغزى يبسط تفسير المخططات ونتائج المحاكاة وقوائم NETLIST للمصممين مع تقليل مخاطر الأخطاء. علاوة على ذلك، تساهم القدرة على تخصيص أسماء العقد في تنظيم المشاريع بشكل أفضل، وتسهيل التعاون بين المستخدمين وإنشاء وثائق أكثر وضوحًا واكتمالًا.
دليل محاكاة SPICE لتحليل وتصميم الدوائر – الحلقات
دليل محاكاة التوابل لتحليل وتصميم الدوائر – الجزء 12: تعيين تسميات للعقد ظهر لأول مرة على Power Electronics News.
[ad_2]
