Jste zde

Online simulátor elektronických obvodů

Vít Olmr, 14. Červenec 2005 - 22:37

Na internetu lze nalézt celou řadu volně šiřitelných aplikací pro elektroniku. V nedávné době se objevil též odkaz na jednoduchý online simulátor elektronických obvodů v podobě Java appletu od Paula Falstada.

Java applet představuje jednoduchý simulátor elektronických obvodů, který na základě několika základních elektronických vzorců simuluje chování jednotlivých součástek i komplexních elektronických obvodů. Čím si však applet nepochybně získá své stoupence, je vedle skutečnosti, že jeho použití je zdarma, především jednoduchost a elegance obsluhy. Po spuštění appletu můžete vidět jednoduchý RLC obvod. Zelená barva signalizuje kladné napětí, šedá barva zemnění a červená záporné napětí. Pohybující se žluté tečky představují proud.

První spuštění simulátoru

Pro zapnutí či vypnutí spínače stačí kliknout. Když najedete myší na kteroukoliv součástku, zobrazí se vám stručný popis a její současný stav v okně vpravo dole. Chcete-li změnit hodnotu součástky (např. odpor některého rezistoru), najeďte na ni myší a klikněte pravým tlačítkem a zvolte "Edit".

Theveninův teorém

Ve spodní části okna jsou 3 grafy, které se chovají jako osciloskopy, každý zobrazuje napětí a proud probíhající jednotlivými součástkami. Napětí je zobrazeno zeleně, proud žlutě. Proud nemusí být viditelný, pokud se na něm nalézá graf napětí. Vrcholová hodnota napětí v okně osciloskopu (scope window) je též zobrazena. Když najedete myší na některý náhled/vzhled/pohled osciloskopu (scope view), zvýrazní se komponenta, kterou znázorňuje. Chcete-li osciloskop upravit nebo odstranit, klikněte na něj pravým tlačítkem myši. Pro zobrazení součástky v osciloskopu, klikněte pravým tlačítkem myši na součástku a zvolte "View in Scope".

Pokud je simulace příliš pomalá, nebo naopak rychlá, lze rychlost změnit posuvníkem "Simulation Speed".

Simulátor obsahuje širokou paletu předpřipravených elektronických obvodů:

Basics – základní obvody s pasivními součástkami - odporové a kapacitní děliče napětí, sérioparalelní řazení součástek apod.
A/C Circuits – střídavé obvody a přechodové jevy, sériové a paralelní rezonanční obvody.
Passive Filters – pasivní kmitočtové filtry a propusti s RL, a RC členy.
Other Passive Circuits – různá zapojení s pasivními součástkami ve střídavých obvodech.
Transistors – různá zapojení s tranzistory od jejich využití jako spínačů přes zesilovače, oscilátory, monostabilní či bistabilní klopné obvody až po zapojení zdrojů proudu.
JFETs – zapojení proudových zdrojů, regulátorů hlasitosti a pod. s tranzistory JFET.
MOSFETs – široká paleta zapojení s tranzistory MOSFET, jako jsou invertory, spínače, zesilovače a oscilátory.
Op-Amps – zapojení s OZ v podobě invertujících, neinvertujících či rozdílových zesilovačů, oscilátorů, integračních a derivačních obvodů atd.
555 Timer Chip – všechna obvyklá zapojení s časovačem 555.
Active Filters – aktivní filtry typu horní a dolní propust dle Butterwortha atd.
Logic Families – standardní zapojení logických členů RTL, DTL, TTL, NMOS, CMOS a ECL.
Combinational Logic – složitější logické obvody, jako jsou hradla OR a XOR, dekodéry 1 z x, multiplexery či 7segmentové dekodéry.
Sequential Logic – klopné obvody, čítače, časovače budiče LED atd.
Analog/Digital – zapojení s A/D a D/A převodníky.
Phase-Locked Loops – zapojení s fázovým závěsem, jako jsou komparátory a násobiče frekvence nebo detektory XOR.

Pro přidání nové součástky do obvodu klikněte pravým tlačítkem do nepoužitého prostoru okna. Toto pak zobrazí menu, kde můžete zvolit požadovanou součást. Poté klikněte na místo, kde chcete první terminál součástky, a přetáhněte ji tam, kde chcete jiný terminál.

Touto nabídkou můžete vytvořit:

Vodiče.
Rezistory; odpor můžete změnit poté, co vytvoříte rezistor, a to pravým kliknutím a volbou "Edit".
Kondenzátory; kapacitu můžete upravit pomocí volby “Edit”.
Indukčnosti, spínače, tranzistory atd.
Zdroje napětí , ve variantě s jedním nebo dvěma terminály. Varianta s jedním terminálem používá uzemnění jako další terminál. Kliknutím pravého tlačítka a volbou "Edit" můžete upravit napětí a tvar křivky zdroje napětí, měnit na DC, AC (sinusovka), obdélníkové, trojúhelníkové, pilovité nebo pulz. Pokud nejde o zdroj stejnosměrného proudu, můžete také změnit frekvenci a kompenzaci (offset).
Operační zesilovače , s předpokládanou limitací napětí –15 V a 15 V (není zobrazena). Limitaci lze upravit pomocí volby "Edit".
Textové popisky, které lze změnit pomocí dialogového okna "Edit".
Sondy osciloskopu (scope probes); nemají žádný vliv na obvod, ale pokud je zvolíte a kliknete pravým tlačítkem myši na "View in Scope", budete moci porovnat rozdíly napětí mezi terminály.

Také v podmenu "Other" se nalézají určité položky, umožňující přetahování částí obvodu. Uložte si práci, než se do toho pustíte!

Menu File umožňuje import nebo export popisných souborů obvodu. Zabezpečení Javy většinou zabrání appletu zápis souborů do počítače uživatele. Proto místo toho zvolte položku File->Export, po čemž applet vrátí okno obsahující popisný soubor obvodu, který můžete zkopírovat a vložit do jiné aplikace. Soubor můžete vložit zpět do okna později a kliknout na Import, čímž jej nahrajete.

Vedle klasických zapojení časovače 555 je k dispozici též simulace jeho interní činnosti

Tlačítko Reset nuluje obvod do výchozího stavu. Zaškrtávací políčko Stopped umožňuje zastavení simulace. Posuvník Simulation Speed pak umožňuje úpravu rychlosti simulace. Pokud simulace není závislá v čase (tedy v případě, že nejsou použity kondenzátory, induktory nebo časově závislé zdroje napětí), neprojeví se žádný efekt. Posuvníkem Current Speed můžete změnit rychlost teček, pokud je proud tak slabý (nebo silný), takže se tečky pohybují příliš pomalu (rychle).

Chcete-li změnit vzhled osciloskopu, klikněte něj pravým tlačítkem, kdy z menu pak můžete náhled (view) osciloskopu odstranit, změnit rychlost displeje, upravit měřítko, zvolit hodnotu, kterou chcete zobrazit atd.

Simulátor najde své uplatnění například i při návrhu kmitočtových filtrů

Závěr

Ačkoli se bezesporu jedná o velmi jednoduchou, až primitivní aplikaci ve srovnání s profesionálními simulátory typu EWB či PSPICE, ale kromě toho, že je zdarma, je nepoměrně jednodušší na ovládání. Navíc ji lze použít kdekoli, kde je přístup na internet, či po jejím stažení i v offline podobě. Jediné co potřebujete, je internetový prohlížeč (vyzkoušeno s IE6, FF1.04 i Operou 8) s nainstalovaným plug-in modulem pro spouštění Java appletů (nemáte-li ho již nainstalován, prohlížeč sám nabídne jeho stažení z internetu).