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Schaltungssimulation
Aus Kefk.
Die Schaltungssimulation mit Computern ist heute bei der Entwicklung elektronischer Geräte, aber auch bei der Ausbildung des beruflichen Nachwuchses, weit verbreitet. Die Funktionsweise einfacher und komplexer, analoger und digitaler Schaltungen kann mit den entsprechenden Programmen ziemlich genau simuliert werden, ohne das man die gewünschte Schaltung tatsächlich herstellen muss. Das spart zum einen Zeit und Kosten für die Entwicklung elektronischer Schaltungen und hilft zum anderen Auszubildenden und Studenten die Elektronik und deren Probleme besser zu verstehen.
Zur Schaltungssimulation werden in den Programmen die verschiedenen elektronischen Bauteile (z.B. Widerstände, Kondensatoren, Halbleiter, logische und arithmetische Schaltkreise, etc.) als mathematische Modelle zusammengestellt. Indem Werte für die Knotenpunkte (Nodes) der Schaltung mittels Netzwerkgleichungen berechnet werden, entsteht eine umfassende Datenmatrix zur simulierten Schaltung. Grundlage des Gleichungssystems sind die Kirchhoffsche Regeln.
Die Auswertung dieser Daten kann während der Simulation mittels virtueller Mess- und Anzeigeinstrumente angezeigt werden.
Neben der reinen Prüfung auf Funktionalität können die simulierten Schaltungen ebenso unter folgenden Aspekten analysiert werden:
- DC-Analyse (z.B. Ausgangsspannung als Funktion der Eingangsspannung)
- AC-Analyse (z.B. Ausgangsspannung als Funktion der Frequenz)
- Transientenanlyse (z.B. Verhalten der Schaltung bei kurzen Spannungsspitzen)
- Fourieranalyse (z.B. Frequenzspektrum)
- Sensivitätanalyse (Verhalten der Schaltung bei Variation der Bauteilparameter)
- Monte-Carlo Analyse
Etwa seit 1970 wurde an der ersten Schaltungssimulation an der University of California in Berkeley intensiv gearbeitet. 1972 wird dann die erste Version von SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) veröffentlicht. Das Programm ist in FORTRAN geschrieben und läuft auf Großrechnern. Für Industrie und Hochschulen wird SPICE zum Standard in der Schaltungssimulation. In den folgenden Jahren wird SPICE stetig weiterentwickelt und die Hersteller von Bauteilen und Komponenten stellen eigene mathematische Modelle ihrer Produkte zur Verfügung. Einige Softwarehersteller erwerben Lizenzen am Quellcode von SPICE und entwickeln daraus eigene Programme zur Schaltungssimulation. Als Konsequenz daraus erscheint 1980 PSpice als erstes Simulationsprogramm für PCs auf dem Markt. Es folgen weitere Programme wie MULTISIM von Electronics Workbench, MICROCAP, LTSPICE und viele andere. Ab 1985 werden neue Versionen von SPICE in C programmiert. Viele der Programme zur Schaltungssimulation können heute als freie Software (GPL), Shareware oder kostenlose Studentenversion aus dem Internet heruntergeladen werden. Allen ist jedoch gemeinsam, dass im Hintergrund eine mehr oder weniger aktuelle Version von SPICE arbeitet.
Weblinks
Deutsch:
- Online-Schaltungssimulation mit WSPICE
- Informationen über PSpice in deutsch
- Umfangreiche Liste von Simulationsprogrammen
Englisch:
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