أخبار التكنولوجيا

محاكي QSPICE للدوائر الإلكترونية


كجزء من عمليات المحاكاة الإلكترونية، يقدم QSPICE خيارات متنوعة لنمذجة واختبار مصادر الطاقة المختلفة. سوف تستكشف هذه المقالة الأنواع المختلفة لمصادر الطاقة المتاحة وكيف يمكن استخدامها في تحليل الدوائر. على الرغم من أن مولدات الطاقة في المحاكيات مثالية ومثالية، إلا أنه من الممكن إضافة بعض السلوكيات الحقيقية بأنواعها المختلفة يدويًا.

QSPICE عبارة عن مجموعة غير محدودة من الأدوات الموزعة مجانًا والمدعومة باستمرار والمطورة والتي يمكن استخدامها لجميع المشاريع التناظرية. من الضروري، بطبيعة الحال، تضمين مولد طاقة واحد أو أكثر على الأقل في مخطط الأسلاك لمتابعة المحاكاة الصحيحة. في لغة سبايس، توفر مولدات الجهد والتيار إشارات الجهد أو التيار داخل دائرة محاكاة. تُستخدم هذه المولدات على نطاق واسع لنمذجة مصادر طاقة الدائرة أو إشارات الإدخال الأخرى. بحكم طبيعة البرمجيات، فهي مثالية، أي خالية من التأثيرات والأخطاء الطفيلية، ولكن مع بعض الحيل، يمكن أن يكون عملها مشابهًا جدًا للواقع.

كما هو موضح في الشكل 1، يوفر QSPICE العديد من مصادر الطاقة للمصممين. بعض من أهمها مذكورة أدناه:

  • مصدر الجهد السلوكي.
  • المصدر السلوكي الحالي.
  • مصدر الجهد المعتمد على الجهد.
  • المصدر الحالي المعتمد الحالي.
  • مصدر الجهد المعتمد الحالي.
  • المصدر الحالي.
  • مصدر جهد مستقل.
  • مصدر جهد مستقل، يُعرف بالنبض.
  • مصدر جهد مستقل، يُعرف باسم Sinewave.
  • مصدر جهد مستقل، يُسمى بالخطي الجزئي.
  • مصدر الجهد المستقل المرسوم على أنه الأسي.

هناك العديد من الطرق الأخرى لتوليد الطاقة داخل جهاز المحاكاة. ومع ذلك، فمن المهم أن نلاحظ أن المكونات المذكورة سابقا لها أهمية خاصة. في بقية المقالة، سيتم عرض بعض هذه المولدات باستخدام مخططات تطبيقية بسيطة ورسوم بيانية للجهد أو التيار. ستساعد هذه الأمثلة في توضيح تشغيل وخصائص هذه المولدات بشكل واضح وموجز في سياق محاكاة الدوائر.


31.08.2023

نظرة على الموصلات واعتباراتها الهندسية لتطبيقات النقل

28.08.2023

Nuclei، أول مورد IP لوحدة المعالجة المركزية RISC-V في العالم يحصل على شهادة المنتج ISO 26262 ASIL-D

28.08.2023

الشكل 1: مولدات الجهد والتيار المتوفرة في QSPICE.
الشكل 1: مولدات الجهد والتيار المتوفرة في QSPICE

مصادر الجهد المستقلة

تبدأ مناقشة مولدات الطاقة في هذه الدورة بأبسط “مصادر الجهد المستقلة”. وكما تشير الكلمة، فهي مكونات تولد جهدًا ثابتًا أو متغيرًا داخل الدائرة. لا تعتمد مصادر الجهد هذه على الكميات الأخرى في الدائرة ولكنها مستقلة تمامًا. إن المصمم هو الذي يقرر السلوكيات الثابتة والديناميكية النسبية. في المحاكاة الإلكترونية، يستطيع المصممون استخدام مصادر الجهد والتيار العالية جدًا دون أي خطر على حياتهم أو خطر إتلاف أي مكون إلكتروني. يمكنهم، على سبيل المثال، تنفيذ بطاريات بقدرة كهربائية تبلغ آلاف الفولتات أو مولدات كهربائية توفر ملايين الأمبيرات دون أي مشكلة. تتيح لهم هذه الميزة استكشاف السيناريوهات والظروف المتطرفة لتقييم سلوك الدائرة في المواقف التي تقع في حدود الخيال. توفر المحاكاة بيئة خاضعة للرقابة حيث يمكن اختبار استجابة المكونات، ويمكن تحليل أداء الدائرة عند الفولتية والتيارات العالية دون القلق بشأن المخاطر الحقيقية المرتبطة بمستويات الجهد هذه. وهذا يوفر للمصممين فرصة قيمة لتحسين التصميم، وضمان أقصى قدر من الموثوقية والسلامة للنظام الإلكتروني في ظل ظروف التشغيل الحقيقية.

في برنامج QSPICE، تتضمن فئة مولدات الطاقة المكونات التالية:

  • مصدر جهد مستقل.
  • مصدر جهد مستقل يُعرف باسم Pulse.
  • مصدر جهد مستقل يعرف باسم Sinewave.
  • يتم رسم مصدر الجهد المستقل على أنه خطي متعدد الجوانب.
  • مصدر الجهد المستقل المرسوم على أنه الأسي.

تظهر مخططات توصيلات التطبيقات البسيطة في الشكل 2، وتفتح مصادر الطاقة هذه إمكانيات لا حصر لها للتشغيل والحلول. يحتوي مخطط الأسلاك على خمسة أنظمة مختلفة تعمل على تشغيل حمل مقاوم قدره 470 أوم.

توجيهات SPICE لعملياتها الرسومية في المجال الزمني هي كما يلي:

  • .تران 2: يوجه هذا التوجيه المحاكي لإجراء محاكاة عابرة للدائرة لمدة وحدتين (على سبيل المثال، ثواني). خلال هذه المحاكاة، سيقوم جهاز المحاكاة بحساب سلوك الدائرة مع مرور الوقت، مع الأخذ في الاعتبار التغيرات في الفولتية والتيارات.
  • .مؤامرة ضد (out1): يوجه هذا التوجيه المحاكي إلى إنشاء رسم بياني للجهد عند نقطة خرج “out1” للدائرة أثناء المحاكاة العابرة. سوف تظهر المؤامرة كيف يتغير الجهد لتلك النقطة المحددة مع مرور الوقت.
  • .مؤامرة ضد (خارج 2): يوجه هذا التوجيه المحاكي إلى إنشاء رسم بياني للجهد عند نقطة خرج “out2” للدائرة أثناء المحاكاة العابرة. سوف تظهر المؤامرة كيف يتغير الجهد لتلك النقطة المحددة مع مرور الوقت.
  • .مؤامرة ضد (خارج 3): يوجه هذا التوجيه المحاكي إلى إنشاء رسم بياني للجهد عند نقطة خرج “out3” للدائرة أثناء المحاكاة العابرة. سوف تظهر المؤامرة كيف يتغير الجهد لتلك النقطة المحددة مع مرور الوقت.
  • .مؤامرة ضد (خارج 4): يوجه هذا التوجيه المحاكي إلى إنشاء رسم بياني للجهد عند نقطة خرج “out4” للدائرة أثناء المحاكاة العابرة. سوف تظهر المؤامرة كيف يتغير الجهد لتلك النقطة المحددة مع مرور الوقت.
  • .مؤامرة ضد (out5): يوجه هذا التوجيه المحاكي إلى إنشاء رسم بياني للجهد عند نقطة خرج “out5” للدائرة أثناء المحاكاة العابرة. سوف تظهر المؤامرة كيف يتغير الجهد لتلك النقطة المحددة مع مرور الوقت.

يمكن الحصول على خمسة مخططات ذبذبات مستقلة باستخدام توجيهات “مؤامرة” مختلفة في صفوف مختلفة. من خلال تنفيذ التوجيه التراكمي التالي، والمماثل للتوجيه السابق، يقوم البرنامج بإنشاء خمسة مخططات ذبذبات، جميعها في نفس المخطط:

.plot v(out1)، v(out2)، v(out3)، v(out4)، v(out5)

الشكل 2: مصادر الجهد المستقلة.
الشكل 2: مصادر الجهد المستقلة

كما يمكن أن نرى، يتم تغذية الحمل المقاوم بواسطة مصادر جهد مختلفة، مما يؤدي إلى ظهور مخططات الذبذبات في الشكل 3. دعونا نفحص، بالتفصيل، الأنواع المختلفة من الإمدادات.

يحتوي القسم الأول من مخطط الدائرة على مولد تيار مستمر بقدرة 12 فولت (V1)، والذي ينشئ التوجيه التالي في NETLIST:

V1 مخرج1 0 12 فولت

إنه يحدد مصدر جهد مستمر يسمى “V1″، متصل بين العقدة “out1” والعقدة المرجعية “0”. قيمة جهد المصدر 12 فولت. يمثل الرقم “0” العقدة المرجعية أو أرض الدائرة، بينما يمثل “out1” عقدة أخرى في الدائرة التي يتصل بها مصدر الجهد. يتم قياس الإشارة المرئية على مخطط الذبذبات عند العقدة “out1”.

يحتوي القسم الثاني من مخطط الدائرة على مولد نبض يقوم بإنشاء التوجيه التالي في NETLIST، والذي يتوافق مع إشارة PWM بنسبة 25%:

V2 out2 0 نبض 0 5 1 0 0 25 مللي ثانية 100 مللي ثانية

إنه يحدد مصدر الجهد النبضي “V2″، المتصل بين العقدة “out2” والعقدة المرجعية “0”. معلماتها هي كما يلي:

  • يمثل “0” القيمة الأولية لجهد المصدر.
  • يمثل الرقم “5” الحد الأقصى لقيمة جهد المصدر.
  • يمثل “1” وقت التأخير قبل أن تأخذ الإشارة القيمة القصوى (5V).
  • “0” هو “وقت الصعود”.
  • “0” هو “وقت السقوط”.
  • “25mS” هو الوقت المناسب لبقاء الإشارة قيد التشغيل.
  • يمثل “100mS” الفترة الإجمالية لشكل الموجة.

غالبًا ما يحاكي هذا النوع من مصدر الجهد الإشارات المندفعة للدائرة أو الأشكال الموجية النابضة. يتم قياس الإشارة المرئية على مخطط الذبذبات عند العقدة “out2”.

يحتوي القسم الثالث من مخطط الدائرة على مولد جيبي يقوم بإنشاء التوجيه التالي في NETLIST:

V3 out3 0 سين 0 7 12

وهو يحدد مصدر جهد جيبي يسمى “V3″، متصل بين العقدة “out3” والعقدة المرجعية “0”. معلماتها هي كما يلي:

  • يمثل “0” إزاحة الجهد الجيبي، أي المكون المستمر لشكل الموجة.
  • يمثل الرقم “7” سعة الجهد الجيبي (قمم صفر).
  • “12” يمثل تردد الجهد الجيبي بالهرتز (هرتز)، والذي يشير إلى عدد الدورات التي أكملها شكل الموجة في ثانية واحدة.

من الناحية العملية، فإنه يخلق مصدر جهد جيبي بإزاحة 0V، وسعة 7V، وتردد 12 هرتز. غالبًا ما يحاكي هذا النوع من مصدر الجهد الإشارات المتناوبة الجيبية في الدائرة، مثل الموجات الصوتية أو إشارات شبكة الطاقة 230 فولت أو 110 فولت. يتم قياس الإشارة المرئية على مخطط الذبذبات عند العقدة “out3”.

يحتوي القسم الرابع من مخطط الدائرة على مولد مخصص يقوم بإنشاء التوجيه التالي في NETLIST:

V4 مخرج 4 0 PWL 0.4 5 0.9 4 1.5 7

وصيغتها العامة هي كما يلي:

Vnnn N+ N- PWL(t1 v1 t2 v2 t3 v3…)

تحدد معلمات التوجيه “PWL” سلسلة من أزواج قيمة الجهد الزمني التي تحدد شكل موجة مصدر الجهد. غالبًا ما يستخدم هذا النوع من الجهد أو مصدر التيار لتمثيل الأشكال الموجية غير الخطية أو الإشارات المعقدة التي تتطلب وصف قيم الجهد المختلفة في فترات زمنية محددة داخل محاكاة الدائرة.

أخيرًا، يحتوي القسم الخامس من مخطط الدائرة على مولد مخصص يقوم بإنشاء التوجيه التالي في NETLIST:

V5 out5 0 EXP 5 8 100 م 1 50 م 1

وهي تحدد مولد جهد من النوع “EXP” (موجة نبضية أسية) متصل بين العقدة “out5” والعقدة المرجعية “0” (الأرضية). معلماتها هي كما يلي:

  • فينيتيال[V]: قيمة الجهد المنخفض المستوى.
  • نبضي[V]: الحد الأقصى لقيمة المستوى العالي.
  • تأخير الارتفاع[V]: تأخير الوقت حتى يرتفع الموجي.
  • ارتفاع تاو[s]: ارتفاع ثابت الوقت للشكل الموجي.
  • تأخير السقوط[s]: تأخير الوقت حتى يسقط الموجي.
  • سقوط تاو[s]: ثابت وقت السقوط للشكل الموجي.
الشكل 3: تختلف مخططات الذبذبات على جهد الحمل باختلاف نوع الجهد المطبق.
الشكل 3: تختلف مخططات الذبذبات على جهد الحمل باختلاف نوع الجهد المطبق

خاتمة

تقدم QSPICE مجموعة واسعة من الخيارات لنمذجة وتحليل أنواع مختلفة من مصادر الطاقة في سياق تحليل الدوائر الإلكترونية. من مصادر التيار المستمر البسيطة إلى المصادر الجيبية أو النبضية أو الضوضاء، يتيح QSPICE للمهندسين الإلكترونيين تقييم سلوك الدائرة في ظل ظروف وسيناريوهات مختلفة. ومن خلال تسخير قوة جهاز محاكاة SPICE، يمكن دراسة التفاعل بين مصادر الطاقة ومكونات الدائرة، بما في ذلك التأثيرات العابرة واستجابات التردد. يعد الاختيار والتكوين المناسبان لمصادر الطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتصميم الدوائر الإلكترونية وتحسينها، وقد أثبت QSPICE أنه أداة لا تقدر بثمن في هذه العملية. تعمل مولدات الجهد بنفس فلسفة المولدات الحالية. في الدفعة القادمة، سيتم تحليل أنواع أخرى من مولدات الطاقة ذات الميزات المهمة والمفيدة للغاية.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *