Эмуляция электронных схем. Qucs — open-source сапр для моделирования электронных схем. Функциональные возможности программы

02.05.2024

Начнем с того, что термин электрическая (принципиальная) схема используется в электронике радиолюбителями. Эта статья будет полезна студентам, инженерам и любителям.

Но что делать когда нет ресурсов и времени? На помощь приходят разнообразные онлайн сервисы . Оказывается нарисовать схему онлайн просто. Такие сервисы для рисования схем, так называемые редакторы схем, созданы специально для «упрощения жизни» разработчика и конечно различаются как удобством работы при создании схемы, так и функциональностью. Такие же функции рисования схем существуют во многих системах автоматического проектирования электронных схем.

Как разобраться в таком многообразии и выбрать сервис соответствующий вашим требованиям? Что делать когда вы сидите за чужим компьютером и на нем нет тех необходимых САПР программ? Главное иметь подключение к интернету.

Так вот, в интернете есть достаточно сервисов для рисования тех самых схем и даже симуляция работы схем. Действительно хороших, имеющих полный список радиоэлементов всего три, 123D Circuits и . Сразу сообщу, что в них нет русского языка, только английский, возможно вам поможет Переводчик Google .

123D Circuits — проект компании Autodesk Inc , та которая сделала всем известный AutoCAD . В 123D Circuits тесно интегрирован Arduino (Ардуино - это небольшая плата с собственным процессором и памятью). Зарегистрировавшись вы получаете полноценный САПР редактор в который входят такие инструменты как:

онлайн симулятор проекта ()

онлайн редактор принципиальной схемы ()

онлайн редактор монтажной платы ()

еще интересной особенностью этого проекта в том, что симуляция схем включает в себя редактор кода прошивки c отладчиком ()

Так же в 123D Circuits присутствует целая база (Libraries ) радиоэлементов и их УГО. Все действия и результаты работы в данном онлайн редакторе сохраняются в вашем аккаунте на облаке, есть и экспорт в программу Gerber . В целом компания представила неплохой продукт пользователям.

— бесплатный инструмент для рисования схем. Очень большой список возможностей этого сервиса, начиная с простого рисования и заканчивая экспортом схемы в.png и.pdf, расшариванием в социалки и прямой печати. Имея аккаунт в SchemeIt можно сохранять недорисованную схему и закончить её в любое время.

Сам редактор выглядит таким образом:

Итог таков, довольно хороший инструмент для того чтобы быстро нарисовать схему и сохранить ее в графический формат, но не хватает нескольких УГО радиоэлементов.

— сборка и тестирование схем прямо в браузере. Этот сервис больше нацелен на тестирование собранной схемы, т.к. элементов там явно не хватает, однако в тех что есть — можно указать различные параметры, такие как напряжение и ток, сопротивление и емкость и др. для точности при тестировании. Конечно и здесь есть экспорт в графические форматы, а также сохранение схемы если есть аккаунт в CircuitLab.

«Лаборатория» выглядит так:

Подытожив скажу, многого что есть в обычных САПР программах в этом сервисе нету, хотя в принципе показать график зависимости он сможет, но все зависит от конкретной схемы. УГО элементов хватает, однако в SchemeIt их больше.

Вот мы и попробовали нарисовать схему онлайн:

Рассмотрели три основных сервиса для рисования схем онлайн, все остальные прогугленные мной сервисы просто используют их базу и API.

Если вы нашли что-то подобное в сети, прошу сообщить нам — статья будет дописана с указанием на ваш ник. Ждем комментариев и до встречи!

Для проектирования и тестирования простых схем достаточно взять макетную плату и начать размещать на ней интересующие компоненты с возможностью быстрой замены того или иного элемента. Макетные платы позволяют легко проверить цепь на наличие ошибок перед пайкой готового продукта. Но если у вас более сложная схема или если вам нужно выполнить довольно непростое моделирование прохождения сигналов по вашему проекту, прежде чем вы начнете собирать конечное устройство, вам понадобится программное обеспечение для моделирования схем или попросту симулятор.

Основными требованиями, предъявляемыми большинством людей (особенно новичками в электронике) к симуляторам электронных схем, являются простота в использовании и как можно меньшая цена, в идеале вообще за бесплатно. Также очень важна функциональность.

Хотя легко получить пробную версию чего-то вроде OrCAD PSpice, это программное обеспечение не имеет всех доступных функций, если вы не хотите, конечно, раскошелиться с целью их приобретения. К счастью, есть абсолютно бесплатное полнофункциональное программное обеспечение для моделирования электронных схем, называемое Qucs (Quite Universal Circuit Simulator), выпущенное под лицензией GPL. Qucs предлагает достойную альтернативу другим платным симуляторам схем. Qucs запускает собственное программное обеспечение отдельно от SPICE, поскольку SPICE не лицензируется для повторного использования.

Qucs имеет большинство компонентов, которые вам понадобятся для моделирования на уровне близком профессиональному, а также это программное обеспечение имеет огромное количество различных моделей транзисторов. Саму программу можно найти на http://qucs.sourceforge.net/. Для более подробной информации на странице Qucs Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Quite_Universal_Circuit_Simulator) перечислены все доступные функции, также имеется страница часто задаваемых вопросов.

По заверениям разработчиков Qucs еще не закончен полностью, и, скорее всего, функции будут добавляться время от времени, поэтому окончательной версии может и не быть, тем не менее, сегодня Qucs уже представляет собой очень функциональный инструмент для моделирования электронных схем. Графический интерфейс пользователя Qucs хорошо развит и позволяет настраивать схемы и представлять результаты моделирования в различных типах диаграмм. Скриншоты, представленные ниже, подтверждают это.

Qucs, также известный как Quite Universal Circuit Simulator, был разработан как доступный симулятор электронных цепей и контуров, имеющий графический интерфейс и основанный на открытом исходном коде. Программа поддерживает все виды моделирования схем, например DC, AC, S-параметры, гармонический анализ баланса, анализ шума и так далее. Результаты моделирования можно посмотреть на странице презентации или окне программы.

Qucsator, серверная часть программы, - это симулятор командной строки, который управляет списком сетей определенного формата ввода-вывода набора данных Qucs. По умолчанию он был создан для работы с проектом Qucs, но может быть использован и с другими приложениями. В программе есть поддержка экспорта изображений символов с файлами Verilog-A в код на языке C++, поддержка прямой связи с символами Verilog-HDL и подцепями VHDL. Последние версии Qucs обладают интерфейсом GNU/Octave.

Ключевые особенности и функции

поддержка синтаксиса Verilog-HDL и Verilog-A в текстовых документах;
поддержка экспорта кода на языке С++;
поддержка уравнений для подцепей Verilog-HDL и VHDL;
заранее скомпилированные VHDL модули и библиотеки;
поддержка всех современных компонентов;
открытый исходный код дает возможность разрабатывать расширения;
настраиваемый и расширяемый интерфейс;
встроенный файловый конвертер;
возможность загрузки дополнительных языков интерфейса.

Симулятор с дружелюбным интерфейсом для разработки и расчета электронных цепей и контуров.

Программное обеспечение Quite Universal Circuit Simulator является редактором с графическим интерфейсом с комплексом технических возможностей для конструирования схем. Для управления сложными схемами включена возможность разворачивания подсхем и формирования блоков. Софт включает встроенный текстовый редактор, приложения для расчета фильтров и согласованных цепей, калькуляторы линий и синтеза аттенюаторов. Чертеж можно оформить с обрамлением рамки и стандартного штампа.

Qucs включает широкую базу современных компонентов, разделенных на категории: дискретные (резисторы, конденсаторы и др), нелинейные (транзисторы и диоды), цифровые (базовые цифровые устройства и логические вентили) и другие (источники, измерители). Особый интерес представляют рисунки и диаграммы.

Qucs может настраиваться на множество языков, включая русский.

Программа функционирует на Mac OS, Linux и Windows XP, Vista, 7 и 8.

Бесплатно.

Симулятор “Начала электроники”

Существует очень интересная программа, которая представляет собой несложный симулятор для демонстрации работы электрических схем и работы измерительных приборов. Удобство его не только в наглядности, но и в том, что интерфейс на русском языке. Она позволяет смоделировать на макетнице очень простые принципиальные схемы. Называется программа “Начала электроники”. Ссылка на нее внизу страницы, видео канала Михаила Майорова.

Для радиолюбителей и самодельщиков есть всё в этом китайском магазине .

Программа работает, начиная от Windows 98 и заканчивая Windows 7. Интерфейс выглядит следующим образом.

Внизу располагается чертеж печатной платы, но для нас наибольший интерес представляет панелька с макетной платой. Наверху кнопки управления: загрузить схему из файла, сохранить схему, очистка макетной платы, получить мультиметр, получить осциллограф, показать параметры деталей, состояние деталей, справочник, (кратко изложены понятия об электричестве), небольшой список лабораторных работ для самостоятельного их проведения, инструкция по пользованию симулятором, информация об авторах, выход из программы.

На видео о том, как работает симулятор цепи.

Что можно собрать на симуляторе схем?

На этом простом симуляторе можно собрать довольно много интересных вещей. Для начала давайте смоделируем обычный фонарик. Для этого нам потребуется лампочка, две батарейки и, естественно, все это надо будет соединить перемычками. Ну и какой же фонарик без выключателя и лампочки?

Двойным щелчком вызываем окно параметров батарейки. На появившейся вкладке видим напряжение, внутреннее сопротивление, показывающее ее мощность, миниполярность. В данном случае батарейка вечная.

Когда схема собрана, нажимаем два раза выключатель и лампочка почему то сгорает. Почему? Суммарное напряжение последовательно соединенных батареек 3 вольта. Лампочка по умолчанию была на 2,5 вольта, поэтому и сгорела. Ставим 3-вольтовую лампочку и снова включаем. Лампочка благополучно светится.

Теперь берем вольтметр. Вот у него загораются “ладошки”. Это измерительные щупы. Давайте перенесем щупы к лампочке и поставим измерение постоянного напряжения с пределом 20 Вольт. На мониторе показывает 2,97 вольта. Теперь попробуем измерить силу тока. Для этого берем второй мультиметр. Прибор, подсоединенный в схему, показал почти 50 миллиампер.

Практически как на настоящем мультиметре, можно измерить множество параметров. Есть также в симуляторе осциллограф, у которого даже регулируется яркость луча. Кроме того, есть реостат, можно двигать движок. Есть переменный конденсатор, шунты, нагревательная печка, резисторы, предохранители и другое. К сожалению, в данном симуляторе нет транзисторов.

Времена применения кульманов давно миновали, их заменили графические редакторы, это специальные программы для черчения электрических схем. Среди них есть как платные приложения, так и бесплатные (виды лицензий мы рассмотрим ниже). Уверены, что созданный нами краткий обзор поможет из разнообразия программных продуктов выбрать ПО, наиболее оптимальное для поставленной задачи. Начнем с бесплатных версий.

Бесплатные

Прежде, чем перейти к описанию программ кратко расскажем о бесплатных лицензиях, наиболее распространены из них следующие:

Freeware – приложение не ограничено по функциональности и может использоваться в личных целях без коммерческой составляющей.
Open Source – продукт с «открытым кодом», в который допускается вносить изменения подстраивая ПО под собственные задачи. Возможны ограничения на коммерческое использование и платное распространение внесенных модификаций.
GNU GPL – лицензия практически не накладывающая на пользователя никаких ограничений.
Public domain – практически идентична с предыдущим вариантом, на данный тип лицензии закон защиты авторских прав не распространяется.
Ad-supported – приложение полностью функционально, содержит в себе рекламу других продуктов разработчика или других компаний.
Donationware – продукт распространяется бесплатно, но разработчик предлагает внести пожертвования на добровольной основе для дальнейшего развития проекта.

Получив представление о бесплатных лицензиях можно переходить к ПО, распространяемому на таких условиях.

Microsoft Visio

Это простой в управлении, но в то же время весьма удобный редактор векторной графики, обладающий богатым функциональным набором. Несмотря на то, что основная социализация программы визуализация информации с приложений MS Office, ее вполне можно использовать для просмотра и распечатки радиосхем.

MS выпускает три платных версии, отличающихся функциональным набором и бесплатную (Viewer), которая интегрируется в браузер IE и позволяет с его помощью осуществлять просмотр файлов, созданных в редакторе. К сожалению, для редакции и создания новых схем потребуется приобрести полнофункциональный продукт. Заметим, что даже в платных версиях среди базовых шаблонов нет набора для полноценного создания радиосхем, но его несложно найти и установить.

Недостатки бесплатной версии:

Недоступны функции редактирования и создания схем, что существенно снижает интерес к этому продукту.
Программа работает только с браузером IE, что также создает массу неудобств.

Компас-Электрик

Данная ПО является приложением к САПР российского разработчика «АСКОН». Для ее работы требуется установка среды КОМПАС-3D. Поскольку это отечественный продукт, в нем полностью реализована поддержка принятых России ГОСТов, и, соответственно, нет проблем с локализацией.

Приложение предназначено для проектирования любых видов электрооборудования и создания к ним комплектов конструкторской документации.

Это платное ПО, но разработчик дает 60 дней на ознакомление с системой, в течение этого времени ограничения по функциональности отсутствуют. На официальном сайте и в сети можно найти множество видео материалов, позволяющих детально ознакомиться с программным продуктом.

В отзывах многие пользователи отмечают, что в системе имеется масса недоработок, которые разработчик не спешит устранять.

Eagle

Данное ПО представляет собой комплексную среду, в которой можно создать как принципиальную схему, так и макет печатной платы к ней. То есть, расположить на плате все необходимые элементы и выполнить трассировку. При этом, она может быть выполнена как в автоматическом, так и ручном режиме или путем комбинации этих двух способов.

В базовом наборе элементов отсутствуют модели отечественных радиокомпонентов, но их шаблоны могут быть скачены в сети. Язык приложения – Английский, но локализаторы, позволяющие установить русский язык.

Приложение является платным, но возможность его бесплатного использования со следующими функциональными ограничениями:

Размер монтажной платы не может превышать размера 10,0х8,0 см.
При разводке можно манипулировать только двумя слоями.
В редакторе допускается работа только с одним листом.

Dip Trace

Это не отдельное приложение, а целый программный комплекс, включающий в себя:

Многофункциональный редактор для разработки принципиальных схем.
Приложение для создания монтажных плат.
3D модуль, позволяющий проектировать корпуса для созданных в системе приборов.
Программу для создания и редактирования компонентов.

В бесплатной версии программного комплекса, для некоммерческого использования, предусмотрены небольшие ограничения:

Монтажная плата не более 4-х слоев.
Не более одной тысячи выводов с компонентов.

В программе не предусмотрена русская локализация, но ее, а также описание всех функций программного продукта можно найти в сети. С базой компонентов также нет проблем, в изначально их около 100 тыс. На тематических форумах можно найти созданные пользователями базы компонентов, в том числе и под российские ГОСТы.

1-2-3 схема

Это полностью бесплатное приложение, позволяющее укомплектовать электрощиты Хагер (Hager) одноименным оборудованием.

Функциональные возможности программы:

Выбор корпуса для электрощита, отвечающего нормам по степени защиты. Выборка производится из модельного ряда Hager.
Комплектация защитным и коммутационным модульным оборудованием того же производителя. Заметим, что в элементной базе присутствуют только сертифицированные в России модели.
Формирование конструкторской документации (однолинейной схемы, спецификации, отвечающей нормам ЕСКД, отрисовка внешнего вида).
Создание маркеров для коммутирующих устройств электрощита.

Программа полностью локализована под русский язык, единственный ее недостаток, что в элементной базе присутствует только электрооборудование компании-разработчика.

Autocad Electrical

Приложение на базе известной САПР Autocad, созданное для проектирования электросхем и создания для них технической документации в соответствии с нормами ЕСКД.

Изначально база данных включает в себя свыше двух тысяч компонентов, при этом, их условно графические обозначения отвечают действующим российским и европейским стандартам.

Данное приложение платное, но имеется возможность в течение 30-ти дней ознакомиться с полным функционалом базовой рабочей версии.

Эльф

Данное ПО позиционируется в качестве автоматизированного рабочего места (АРМ) для проектировщиков-электриков. Приложение позволяет быстро и корректно разработать, практически, любой чертеж для электротехнических проектов с привязкой к плану помещений.

Функционал приложения включает в себя:

Расстановку УГО при проектировании электросетей, проложенных открыто, в трубах или специальных конструкциях.
Автоматический (с плана) или руной расчет силовой схемы.
Составление спецификации в соответствии с действующими нормами.
Возможность расширения базы элементов (УГО).

В бесплатной демонстрационной версии отсутствует возможность создания и редактирование проектов, их можно только просмотреть или распечатать.

Kicad

Это полностью бесплатный программный комплекс с открытым кодом (Open Source). Данное ПО позиционируется в качестве системы сквозного проектирования. То есть, можно разработать принципиальную схему, по ней создать монтажную плату и подготовить документацию, необходимую для производства.

Характерные особенности системы:

Для разводки платы допускается применение внешних трассировщиков.
В программу встроен калькулятор печатной платы, размещение на ней элементов можно выполнить автоматически или вручную.
По завершению трассировки система генерирует несколько технологических файлов (например, для фотоплоттера, сверлильного станка и т.д.). При желании можно добавить логотип компании на печатную плату.
Система может создать послойную распечатку в нескольких популярных форматах, а также сгенерировать список используемых в разработке компонентов для формирования заказа.
Имеется возможность экспорт чертежей и других документов в форматы pdf и dxf.

Заметим, что многие пользователи отмечают непродуманность интерфейса системы, а также тот факт, что для освоения ПО требуется хорошо изучить документацию к программе.

TinyCAD

Еще одно бесплатное приложение с открытым кодом, позволяющее создавать чертежи принципиальных схем и имеющее функции простого редактора векторной графики. В базовом наборе содержится сорок различных библиотек компонентов.

TinyCAD – простой редактор для принципиальных схем

В программе не предусмотрена трассировка печатных плат, но имеется возможность экспортировать список соединений в стороннее приложение. Экспорт производится с поддержкой распространенных расширений.

Приложение поддерживает только английский язык, но благодаря интуитивному меню проблем с освоением не возникнет.

Fritzing

Бесплатная среда разработки проектов на базе Arduino. Имеется возможность создания печатных плат (разводку необходимо делать вручную, поскольку функция автотрассировки откровенно слабая).

Следует заметить, что приложение «заточено» для быстрого создания набросков, позволяющих объяснить принцип работы проектируемого прибора. Для серьезной работы у приложения слишком мала база элементов и сильно упрощенное составление схемы.

123D Circuits

Это веб-приложение для разработки Arduino-проектов, с возможностью программирования устройства, симуляции и анализа его работы. В типовом наборе элементов присутствуют только основные радио-компоненты и модули Arduino. При необходимости пользователь может создать новые компоненты и добавить их в базу. Примечательно, что разработанную печатную плату можно заказать, непосредственно, в онлайн-сервисе.

В бесплатной версии сервиса нельзя создавать свои проекты, но можно просматривать чужие разработки, находящиеся в открытом доступе. Для полноценного доступа ко всем возможностям необходимо оформить подписку ($12 или $24 в месяц).

Заметим, что из-за бедного функционала виртуальная среда разработки вызывает интерес только у начинающих. Многие из тех, кто пользовался сервисом, обратили внимание на тот факт, что результаты симуляции расходятся с реальными показателями.

XCircuit

Бесплатное мультиплатформенное приложение (лицензия GNU GPL) для быстрого создания принципиальных схем. Функциональный набор минимальный.

Язык приложения – английский, программа не воспринимает русские символы. Также следует обратить внимание на нетипичное меню, к которому необходимо привыкнуть. Помимо этого контекстные подсказки выводятся на панель состояния. В базовый набор элементов входят УГО только основных радиодеталей (пользователь может создать свои элементы и добавить их).

CADSTAR Express

Это демонстрационная версия одноименной САПР. Функциональные ограничения коснулись лишь числа элементов, используемых в схеме разработки (до 50 шт) и количеств контактов (не более 300), что вполне достаточно для небольших радиолюбительских проектов.

Программа состоит из центрального модуля, в которых входит несколько приложений позволяющих разработать схему, создать для нее плату и подготовить пакет технической документации.

В базовый набор входит более 20 тыс. компонентов, дополнительно можно загрузить с сайта разработчика дополнительные библиотеки.

Существенным недостатком системы является отсутствие поддержки русского языка, соответственно, все техническая документация также представлена в сети на английском.

QElectroTech

Простое удобное и бесплатное (FreeWare) приложения для разработки электрических и электронных схем-чертежей. Программа является обычным редактором, никаких специальных функций в ней не реализовано.

Язык приложения – английский, но для него имеется русская локализация.

Платные приложения

В отличие от ПО, распространяемого по бесплатным лицензиям, коммерческие программы, как правило, обладают значительно большим функционалом, и поддерживаются разработчиками. В качестве примера мы приведем несколько таких приложений.

sPlan

Простая программа-редактор для черчения электросхем. Приложение комплектуется несколькими библиотеками компонентов, которые пользователь может расширять по мере необходимости. Допускается одновременная работа с несколькими проектами, путем их открытия в отдельных вкладках.

Чертежи, сделанные программой, хранятся в виде файлов векторной графики собственного формата с расширением «spl». Допускается конвертация в типовые растровые форматы изображения. Имеется возможность печати больших схем на обычном принтере А4-го формата.

Официально приложение не выпускается в русской локализации, но существуют программы, позволяющие русифицировать меню и контекстные подсказки.

Помимо платной версии предусмотрены две бесплатных реализации Demo и Viewer. В первой нет возможности сохранить и распечатать нарисованную схему. Во второй предусмотрена только функция просмотра и печати файлов формата «spl».

Eplan Electric

Многомодульная масштабируемая САПР для разработки электротехнических проектов различной сложности и автоматизации процесса подготовки конструкторской документации. Данный программный комплекс сейчас позиционируется в качестве корпоративного решения, поэтому для рядовых пользователей он будет не интересен, особенно если принять в учет стоимость ПО.

Target 3001

Мощный САПР комплекс, позволяющий разрабатывать электросхемы, трассировать печатные платы, моделировать работу электронных устройств. Онлайн библиотека компонентов насчитывает более 36 тыс. различных элементов. Данная CAD широко применяется в Европе для трассировки печатных плат.

По умолчанию устанавливается английский язык, имеется возможность установить меню на немецком или французском, официально русской локализации нет. Соответственно, вся документация представлена только на английском, французском или немецком языке.

Стоимость самой простой базовой версии около 70 евро. За эти деньги будет доступна трассировка двух слоев на 400 выводов. Стоимость нелимитированной версии в районе 3,6 тыс. евро.

Micro-Cap

Приложение для моделирования цифровых, аналоговых и смешанных схем, а также анализа их работы. Пользователь может создать в редакторе электрическую цепь и задать параметры для анализа. После это по одному клику мышки система автоматически чего произведет необходимые расчеты и выдаст результаты для изучения.

Программа позволяет установить зависимость параметров (номиналов) элементов от температурного режима, освещенности, частотных характеристик и т.д. Если в схеме присутствуют анимированные элементы, например, светодиодные индикаторы, то их состояние будут корректно отображаться, в зависимости от поступающих сигналов. Имеется возможность при моделировании «подключать» к схеме виртуальные измерительные приборы, а также отслеживать состояние различных узлов устройства.

Стоимость полнофункциональной версии около $4,5 тыс. Официальной русской локализации приложения не существует.

TurboCAD

Данная САПР платформа включает в себя множество инструментов, для проектирования различных электрических устройств. Набор специальных функций позволяет решать инженерно-конструкторские задачи любого уровня сложности.

Отличительные особенности – тонкая настройка интерфейса под пользователя. Множество справочной литературы, в том числе и на русском языке. Несмотря на отсутствие официальной поддержки русского языка, для платформы имеются русификаторы.

Для рядовых пользователей приобретение платной версии программы с целью разработки электросхем для любительских устройств, будет нерентабельно.

Designer Schematic

Приложение для создания электросхем с использованием радиоэлементов производства Digi-Key. Основная особенность данной системы заключается в том, что в редакторе для построения схем, может использовать механическое проектирование.