באשכול זה נלמד איך לעשות סימולציה למעגל פשוט של מסנן RC, בעזרת Spice ותוכנות שבחבילת gEDA.
ההסבר הזה רלוונטי למי שעובד על לינוקס, אבל חלק מההסברים מתאימים גם למוצרי ווינדוס.

ביצוע סימולציה למעגל דורש שלוש שלבים:
1. יצירת הסכמה ב-gschem
קובץ זה מתאר מבחינה שירטוטית את החיבורים של הרכיבים, וכולל פירוט של התכונות של כל רכיב
2. יצירת קובץ netlist בעזרת gnetlist
קובץ זה מתאר מבחינה לוגית את החיבורים של הרכיבים בין צמתים (nodes), וכולל פירוט של התכונות של כל רכיב
3. יצירת הסימולציה עם ngspice

לפני שנתחיל, ניצור "תיקיית פרויקטים" שבה יהיה כל השירטוטים שלנו. תיקיה זו תכלול גם מודלים של רכיבים (טרנז', מעגלים משולבים\IC וכד').
לשם הדוגמא, אצור תיקייה זו בנתיב הבא:

/home/dor/Electronics_Projects

אח"כ ניצור תיקייה בשביל הפרויקט הנוכחי, שזה מסנן RC:

/home/dor/Electronics_Projects/RC_filter

נפתח את המסוף (terminal) בתיקיית הפרויקט שלנו, וניכנס ל-gschem כדי לשרטט את המעגל:

קוד:

$ cd /home/dor/Electronics_Projects/RC_filter
$ gschem

תיפתח תוכנת gschem.
התחילו לצייר את המעגל ע"י הוספת הרכיבים ויצירת קצר ביניהם, כפי שמשורטט בתמונה הבאה:



אחרי יצירת השרטוט, יש לערוך את התכונות (Attributes) של הרכיבים, כדי שנדע איך להתייחס\לפנות אליהם, מה הערך שלהם וכד'. בחלונות הבאים תוכלו לראות את התכונות\מאפיינים של כל אחד מהרכיבים:

ספק הכוח:



נגד R1:



קבל C1:



שימו לב שחלק מהשדות של התכונות לא יהיו קיימים ותצטרכו להוסיף אותן.

עכשיו שמרו את הסכמה לתוך תיקיית הפרויקט שלנו לתוך קובץ בשם "RC_filter.sch".

אמורים לערוך את התכונות של הרכיבים בעזרת gattrib אבל gschem גם מאפשר זאת.
במידה ותרצו לערוך עם gattrib, כל מה שצריך לעשות זה להריץ אותו במסוף כשקובץ הקלט זה הסכמה שלנו:

קוד:

$ gattrib ./RC_filter.sch

ואז הערכים הסופיים של כל רכיב בתוכנה gattrib אמורים להיראות כך:



עד עכשיו עשינו את השרטוט של המעגל, הגדרנו את השמות של כל אחד מהרכיבים, והגדרנו להם את הערכים הרצויים.

עכשיו צריך ליצור קובץ netlist שיתאר את החיבורים הלוגיים בין כל רכיב:

קוד:

$ gnetlist -g spice-sdb ./RC_filter.sch

הדגל g מקבל את הערך "spice-sdb", שזה בעצם אומר ל-gnetlist את הפורמט הרצוי של קובץ ה-netlist שלנו.

בעקבות פעולה זו, נוצר בתיקייה הנוכחית קובץ ה-netlist ששמו "output.net".
אם נפתח אותו עם עורך טקסט, נראה את התוכן הבא:

קוד:

* gnetlist -g spice-sdb ./RC_filter.sch
**************************************************  *******
* Spice file generated by gnetlist                      *
* spice-sdb version 4.28.2007 by SDB --                 *
* provides advanced spice netlisting capability.        *
* Documentation at http://www.brorson.com/gEDA/SPICE/   *
**************************************************  *******
*==============  Begin SPICE netlist of main design ============
R1 2 1 1MEG  
V1 2 0 DC 5V
C1 1 0 1uF  
.end

אפשר לראות את שלושת הרכיבים שלנו.
מייד אחרי השם של הרכיב, מגיעים שני מספרים, וכל מספר זה צומת (node) שאליה הרכיב מתחבר. לרכיב עם יותר רגליים - יהיו יותר צמתים כמובן.
לדוגמא, נגד R1 מתחבר לצמתים 2 ו-1. וקבל C1 מתחבר לצמתים 1 ו-0. זה הגיוני כי בשרטוט שלנו עשינו קצר בין הנגד לקבל, לכן לשניהם חייבת להיות אותה הצומת.

אחרי הצמתים מופיע שדה הערך של הרכיב.
השדה יכול להיות ארוך\מורכב יותר ברכיבים מורכבים יותר (כמו טרנזיסטור או מגבר שרת), כי צריך להגדיר את כל התכונות של הרכיב.

במעגלים מורכבים יותר, ייתכן מצב ובו קובץ ה-netlist שייווצר יהיה תקול ונצטרך לתקן. אבל במעגל הפשוט הזה - זה לא אמור לקרות.

לפני שנתחיל לעשות את הסימולציה, נצטרך להגדיר את המצב הראשוני של המעגל, ובמקרה שלנו נגדיר שהמתח על הקבל C1 הוא אפס, ע"י הוספת השורות הבאות לפני פקודת ".end":

קוד:

* Set Initial conditions: Voltage on Capacitor C1 is being set to zero
.IC V(1)=0

עכשיו נייבא את קובץ ה-netlist אל ngspice כדי לעשות סימולציית של המתח על הקבל C1 כפונקציית הזמן:

קוד:

$ ngspice ./output.net

ngspice זו תוכנה אינטראקטיבית ונוכל להקליד אליה פקודות לביצוע הסימולציה שלנו.

כיוון שאנחנו רוצים לעשות פונקציית מתח בהתאם לזמן, נשתמש בפקודה tran (מלשון transient):

קוד:

$ tran 10m 5

בפקודה הנ"ל ngspice יבצע אנליזת זמן כל 10 מילי-שניות למשך סה"כ 5 שניות.

עכשיו נבקש לקבל גרף של המתח על הקבל C1, כלומר בצומת מספר 1:

קוד:

$ plot V(1)

מייד אחרי הפקודה הבאה יופיע גרף של טעינת הקבל C1, כפי שבתמונה:



כל הכבוד! הצלחתם לעשות את הסימולציה הראשונה שלכם...

אפשר לראות שהגרף שקיבלנו מתאים למציאות, כי קבוע הזמן של ה-RC הוא 1 שנייה, ותוך 5*RC המתח על הקבל אמור להיטען לפי הערך של מקור המתח, שזה 5V, וזה באמת מה שקורה לפי הגרף.

בסופו של דבר אפשר לאחד את כל הפקודות לתוך קובץ ה-netlist שלנו, ואז כשנריץ אותו עם ngspice אז מייד יופיע לנו הגרף שרצינו, כך שנוכל לחסוך הקלדות:

קוד:

* gnetlist -g spice-sdb ./RC_filter.sch
**************************************************  *******
* Spice file generated by gnetlist                      *
* spice-sdb version 4.28.2007 by SDB --                 *
* provides advanced spice netlisting capability.        *
* Documentation at http://www.brorson.com/gEDA/SPICE/   *
**************************************************  *******
*==============  Begin SPICE netlist of main design ============
R1 2 1 1MEG  
V1 2 0 DC 5V
C1 1 0 1uF  

* Set Initial conditions: Voltage on Capacitor C1 is being set to zero
.IC V(1)=0

.control
tran 10m 5
plot V(1)
.endc

.end

כמה מקורות מידע:
http://www-mdp.eng.cam.ac.uk/web/CD...b/appendix.html
http://www.seas.upenn.edu/~jan/spic...ew.html#MOSFETS
http://www-mdp.eng.cam.ac.uk/web/CD...db/netlist.html
http://wiki.geda-project.org/geda:csygas
http://www.ecircuitcenter.com/SPICEsummary.htm
http://bwrcs.eecs.berkeley.edu/Clas...nalyses_fr.html

איך הצליחו לסבך הכל בתוכנות ללינוקס... חבל על הזמן. אבל אוקיי, מה שמשתמש בלינוקס רגיל לחוסר אינטראקטיביות מהסגנון הזה.

תודה על ההסבר המפורט

..

בכיף

כמו שאני הסתבכתי עם זה, ככה כנראה הרבה אחרים מסתבכים, ואני מקווה שזה יעזור להם להכיר איך עובדים עם Spice בקלות יותר.
אני חושב שברשת אין מספיק מידע ברור לגבי ביצוע סימולציות.