DC simulering – WebKiCAD

1. Opret et nyt projekt

Når KiCAD startes, vises hovedvinduet, hvorfra man kan oprette nye projekter og åbne eksisterende projekter, enten PCB-editoren eller schematic-editoren. I denne vejledning simulerer vi et DC-kredsløb, så det er schematic-editoren (filtype _sch), vi skal bruge, men først opretter vi et nyt projekt: top-menu Fil -> Nyt projekt.

Første vindue i KiCAD ved oprettelse af nyt projekt — Første vindue som kommer op. Herfra åbnes pcb- eller schematic-editoren.

Vælg Default KiCAD project template – den tomme skabelon og tryk på OK.

Valg af projektskabelon — Vælg den tomme standardskabelon (default).

Vælg og opret derefter en folder til dine KiCAD-projekter, ved hjælp af File Explorer (win) eller Finder (mac), f.eks. i dit skydrev: C:\Users\ditusername\SkyDrev\kicad\. Erstat ditusername med dit brugernavn og SkyDrev med dit skydrev (OneDrive, Google Drev, Dropbox el.lign.).

Vigtigt: Filnavnet du angiver her er også projektets navn. Brug f.eks. fysikSim1 – så oprettes en underfolder C:\Users\ditusername\SkyDrev\kicad\fysikSim1 med både en _pcb-del (printlayout) og en _sch-del (diagram/schematic).

Vælg folder og filnavn til projektet — Vælg folder og angiv filnavn (= projektnavn).

Projektnavn indtastet, eksempel fysikSim1 — Eksempel: projektnavnet `fysikSim1` er indtastet.

Projektet oprettes nu med både PCB- og schematic-fil. Dobbeltklik på _sch-filen for at åbne schematic-editoren.

Projekt med pcb- og sch-fil, dobbeltklik på sch — Projektet indeholder både `_pcb` og `_sch`. Dobbeltklik på `_sch`.

2. Placer forsyning (spændingskilde)

Først ønsker vi at placere en spændingskilde i kredsløbsdiagrammet. Vi kan enten vælge menuen Placere → Placer Symboler, eller trykke på genvejstasten A for at begynde at placere symboler.

Tryk A for at tilføje komponent — Genvej: tast A.

Menuvej til at placere symboler — Menuvejen: Placere → Placer Symboler.

Vi starter med at placere forsyningen/batteriet: skriv vdc i søgefeltet.

Vigtigt: Vælg symbolet fra biblioteket Simulation_SPICE – ikke det tilsvarende symbol fra power-biblioteket. Placer det øverst til venstre på kredsløbsdiagrammet ved at venstreklikke hvor du ønsker det.

Placer VDC-symbol fra Simulation_SPICE — Søg efter `vdc` og vælg symbolet fra Simulation_SPICE.

Dobbeltklik på forsyningssymbolet for at åbne Symbolegenskaber, og ret værdi-feltet fra 1 til f.eks. 12 (underforstået 12 volt).

Dobbeltklik på forsyning åbner symbolegenskaber — Dobbeltklik åbner Symbolegenskaber.

Sæt værdi til 12 volt — Værdi ændres fra 1 til 12 (volt).

3. Placer modstand (R)

Luk Symbolegenskaber og placer et R-symbol fra Device-biblioteket. Sæt værdien til f.eks. 220 (underforstået ohm).

Placer R-symbol fra Device-biblioteket — Placer et R-symbol fra Device-biblioteket.

Sæt modstandsværdi til 220 ohm — Sæt værdien til 220 (ohm).

4. Tegn forbindelser

Herunder er vist hvordan kredsløbsdiagrammet cirka skal se ud, med med spændingskilde og modstand placeret. En tynd blå linje til højre i schematic-editoren gør det muligt at tegne "tråde" – også kaldet forbindelser, på engelsk wire.

Man kan også tegne forbindelser med genvejstasten W, eller blot ved at flytte musen hen over symbolets porte, markeret med ikke fyldte cirkler.

Forsyning og modstand er placeret; klar til at tegne forbindelser.

Placer forbindelser som vist herunder, og tegn en lille stub nederst til venstre – til et fælles referencepunkt, som kræves ved simuleringer. Dette punkt kaldes ofte jord (engelsk: ground, forkortet gnd), selvom det ikke behøver have forbindelse til en fysisk jordforbindelse (som jordspyd ved lysnetsinstallationer). Dobbelt-venstreklik afslutter stubben.

Placer ledning med stub til GND — Ledninger tegnet, med en stub til det kommende GND-punkt.

5. Tilføj GND

Menuvejen til GND er Placere → Placer Strømsymboler, med genvejstasten P (for "power").

Placer strømsymboler, genvej P — Placere → Placer Strømsymboler (genvej P).

I søgefeltet til strømsymboler skrives gnd, hvorefter GND vælges.

Søg efter gnd og vælg GND — Søg efter `gnd` og vælg GND-symbolet.

Forbind GND-symbolet til den stub, der blev tegnet tidligere.

6. Kør DC-simulering (driftspunkt)

Start simulator-dialogen via top-menuen: Inspicere → Simulator.

Opret en ny analysetab – det betyder, at vi opsætter en bestemt type simulering.

Vælg OP – for DC-driftspunkt, dvs. DC-værdier (DC = konstant spændingskilde).

Gem projektmappen – det vil sige, gem arbejdsmappen (engelsk: workbook, forkortet wbk) med samme filnavn som projektet, men med filtypen .wbk.

Gemmer arbejdsmappefil med extension wbk — Samme filnavn som projektet, med extension `.wbk`.

Kør simuleringen, og se resultaterne i vinduet nedenfor:

Simuleringsresultater

Størrelse	Værdi
I(v1)	-54.5455 mA
I(r1)	54.5455 mA
P(r1)	654.545 mW
V(net-_r1-pad1_)	12 V
P(v1)	-654.545 mW

Fortolkning: Simulatoren gemmer I = strømme, P = effekt (power), og V = spændingsforskelle.

I(v1) er strømmen der løber ind i V1-komponenten.
I(r1) er strømmen der løber ind i R1-komponenten.
V(net-_r1-pad1_) er spændingsforskellen fra det nævnte knudepunkt til GND.

KiCAD har automatisk navngivet knudepunktet mellem V og R med navnet net-_r1_pad1_. Det retter vi op på i næste afsnit.

Kredsløb med simuleringsresultater påsat — Schematic hvor KiCAD har sat simuleringsresultaterne på.

Bemærk konventionen: strømværdien for en komponent er positiv, hvis strømmen løber ind i komponentens første knudepunkt.

7. Navngiv knudepunkter med net-etiketter

Nu navngives knudepunkter med lidt mere læsevenlige navne end de auto-genererede. Det gøres ved at placere en net-etiket, enten fra menuen Placere → Placer Netetiketter, eller med genvejstasten L.

Placer netetiketter, genvej L — Placere → Placer Netetiketter (genvej L).

Skriv det ønskede navn i feltet Etikette og tryk derefter OK. Følg navngivningsreglerne herunder:

Navn på engelsk
Uden mellemrum
Gerne med camelCase eller korte standardnavne
Brug kun bogstaver og tal samt evt. underscore (_)
Begynd gerne med et bogstav

Eksempler på gode navne: bat, in, source, src, out, in1, in2, out1, out2, osv.

Skriv navnet in i feltet Etikette — Skriv navnet i feltet Etikette – her `in`.

Placer symbolet i kredsløbet ved at flytte det hen over forbindelsen og venstreklikke.

Placer etiket i kredsløbet — Flyt etiketten hen over forbindelsen og venstreklik.

Navnet in er nu placeret — Navnet `in` er nu placeret.

Prøv at køre simuleringen igen, og se at output nu anvender det nye navn for knudepunktet mellem V og R:

Størrelse	Værdi
I(v1)	-54.5455 mA
I(r1)	54.5455 mA
P(r1)	654.545 mW
V(/in)	12 V
P(v1)	-654.545 mW

/in betyder knudepunktet med etiketten "in".

Bilag 1 (avanceret): SPICE-netlister

En netliste er en tekstfil med instrukser til simulatoren, blandt andet om hvordan kredsløbet er opbygget, men også om hvad der skal simuleres og gemmes. KiCAD genererer den automatisk ud fra schematic'et.

Netlisten kan åbnes fra Simulatoren ved at klikke på symbolet med teksten NET, i top-menuen, i højre side.

Netliste før navngivning af knudepunkt

.title KiCad schematic
.save all
.probe alli
.probe p(V1)
.probe p(R1)
V1 Net-_R1-Pad1_ GND DC 12
R1 Net-_R1-Pad1_ GND 220
.end

Selve kredsløbet er beskrevet af disse to linjer:

V1 Net-_R1-Pad1_ GND DC 12
R1 Net-_R1-Pad1_ GND 220

Syntaks

Spændingskilde:

V<løbenr> <knudepunkt1> <knudepunkt2> DC <værdi>

V er en spændingskilde. Den forbindes fra <knudepunkt1> til <knudepunkt2>. Den er DC (direct current), dvs. har konstant værdi – i modsætning til AC (alternating current), som typisk er sinusformet. I eksemplet har spændingskilden værdien 12 V.

Modstand (Resistor):

R<løbenr> <knudepunkt1> <knudepunkt2> <værdi>

R1 forbindes fra <knudepunkt1> til <knudepunkt2> og gives værdien <værdi>. I eksemplet har modstanden R1 værdien 220 ohm.

Netliste efter navngivning af knudepunkt

.title KiCad schematic
.save all
.probe alli
.probe p(V1)
.probe p(R1)
.op
V1 /in GND DC 12
R1 /in GND 220
.end

DC simulering i KiCAD