آموزش نرم افزار HSpice ( طراحی و شبیه سازی مدارهای آنالوگ )

میلاد جهاندیده آموزش نرم افزارهای الکترونیک

مقدمه ای بر معرفی نرم افزار HSpice

نرم افزار Hspice یکی از قدرتمندترین ابزارها برای تحليل و شبيه سازي مدارهاي آنالوگ در فركانس هاي پايين و بالا است.

این آموزش کاربردی می تواند در بسیاری از دروس الکترونیک مخصوصاً در دوره ارشد و سطوح بالاتر مفید باشد و بسیاری از پروژه های دروس الکترونیک آنالوگ را می توان با آن بررسی و ارزیابی کرد.

در این آموزش نرم افزار HSpice تلاش شده است كه دانشجویان رشته ی مهندسی برق با تحليل مدارهاي آنالوگ، اعم از ساده و فركانس پايين تا پيشرفته و فركانس بالا، و شبيه سازي اين مدارات آشنا شوند.با این نرم افزار می توان مدارهای آنالوگ را به طور کامل بررسی کرد.

HSpice چیست؟

اسپایس برنامه ای است که مدارهای الکتریکی را بر روی کامپیوتر خانگی شبیه سازی می کند.

شما می توانید هر گونه ولتاژ با شکل موج جریان مربوط به مدار را مشاهده کنید. اسپایس این ولتاژها و جریان ها را در برابر زمان(آنالیز زود گذر)یا در برابر فرکانس(آنالیز Dc)محاسبه می نماید.

بسیاری از برنامه های اسپایس هم چنین دیگر آنالیز ها را مانند زیر را نیز انجام میدهند.

تحلیل حساسیت
تحلیل اعوجاج
تحلیل نویز
تحلیل AC

اسپایس مخفف عبارت شبیه سازی برنامه همراه با تاکید بر مدارهای مجتمع می باشد. محققان دانشگاه برکلی کالیفرنیا این برنامه کامپیوتری را در میانه های دهه 70 میلادی توسعه دادند.

چه چیزی باعث این توسعه و پیشرفت شد؟

ظهور مدارهای مجتمع روشی را برای امتحان طرح مدار قبل از فرایند گران قیمت ساخت را می طلبید.و لازم بود نرم افزاری نوشته شود که بتواند فرایند طراحی و شبیه سازی مدار را آسان تر کنید و مهندسان مدارمجتمع بتوانند طرح های خودشان را در محیط کامپیوتری شبیه سازی و عیب یابی کنند.

مطلب پیشنهادی: دانلود کتاب راهنمای کاربردی Simulink

امروزه اسپایس ، ابزارهای اشکال نموداری(شکل موج) و پردازشگرهای گرافیکی برای رسم نمودار ها و شکل موج ها و…. را در دسترس قرار می دهد.

شبیه سازها و کاربردهای اسپایس ، به مدارهای آنالوگ و دیجیتال و ابزارهای میکرو ویو و سیستم های الکترومکانیکی بسط داده می شود.

مطلب مرتبط :دانلود کتاب مبانی الکترونیک

چرا از نرم افزار HSpice استفاده می کنیم؟

اسپایس یک ابزار بزرگ برای آموزش الکترونیک است. همانطور که با برنامه ها کار و عملیات انجام می دهید.آزمایش کنید! و مدار را اصلاح کنید و ببنید که چه اتفاقی می افتد!این عمل چگونه اتفاق می افتد؟مقدار مقاومت را تغییر دهید و اثر ان را بر روی مدار در چند ثانیه مشاهده کنید.شما می توانید درک و فهم خود را نسبت به مدارها افزایش دهید.

به طور ایده آل ما باید در حقیقت مدار ها را ساخته وامتحان کنیم تا تمام رفتارهای آن مدار را درک کنیم.بعضی مدارات را میتوانید روی برد برد تست کنید ولی تست بعضی مدارات روی برد برد امکان پذیر نیست ولی مدار های بزرگ و حقیقی هم چنین به تجهیزات گرانی مانند منبع تغذیه ، سیگنال ژنراتور ، اسیلوسکوپ ، نتورک و… نیاز دارند.

شما می توانید ساعت ها وقت بگذارید تا یک مدار حقیقی را بسازید و فقط یک مفهوم ساده از آن درک کنید با در نظر گرفتن اینکه اسپایس در چند دقیقه یک بینش و مفهوم کلی را برای شما مهیا می کند. اسپایس می تواند برد برد واقعی شما باشد حتی اگر شما زمان کمی برای تلف کردن داشته باشید شما می توانید قوانین وکاربردهای چندین مدار را پوشش دهید.

مطلب پیشنهادی: دانلود کتاب تحلیل مدار و الکترونیک با متلب

برخی از ویژگی های نرم افزار HSpice

شبیه‌سازی، تست و آنالیز مدارهای الکترونیکی
ارائه ابزارهای استاندارد برای شبیه‌سازی دقیق مدارهای الکترونیکی
قدرت بسیار بالا در شبیه‌سازی و تست قطعات
شبیه‌سازی و آنالیز قطعات Metallic Oxide Semiconductor
شبیه‌سازی و پردازش واقع‌گرایانه مدارها و قطعات مختلف
شبیه‌سازی آماری کارآمد تاثیرات عدم تطابق پارامترهای محلی
شبیه‌سازی چند منظوره و سریع‌تر از روش مونت کارلو
شبیه‌سازی مدارهای RF برای برنامه‌های PLL و VCO
تجزیه و تحلیل روند کار دستگاه‌ها در فرآیند گذشت زمان و استهلاک
تحلیل همه جانبه قطعات، بردها و پارتهای طراحی شده
سرعت بسیار بالا در انجام آنالیزهای چندگانه
ارائه داده‌های خروجی بسیار دقیق از نتایج تست و آنالیز مدارها
راهکاری بسیار مناسب برای طراحی تقویت کننده‌ها و تعدیل کنندهای صدا
برخورداری از حجم گسترده‌ای از مدلهای شبیه‌سازی شده اختصاصی و صنعتی
دارای مکانیزم قدرتمند و موثر برای تعریف اثر تغییرات روند
و …

اسپایس چگونه کار می کند؟

اساسا اسپایس اینگونه عمل می کند:

مدار را در یک فایل متنی CIR که توصیف می کند اضافه می شود . که نت لیست نامیده میشود. یا مدار را با استفاده از علائم گرافیکی بر روی صفحه نموداری تصویری طراحی می کنید.
شبیه ساز را فعال کنید اسپایس نت لیست را می خواند و سپس آنالیزهای در خواستی مانند AC و DC یا پاسخ های نا پایدار را اجرا می کند نتیجه در یک فایل خروجی OUT متنی اضافه میشود.
میتوانید نتیجه شبیه سازی را در فایل متنی خروجی( OUT) مشاهده کنید. بسیاری از برنامه های اسپایس یک نمایشگر گرافیکی را مهیا می کند تا شکل موج هایی که در فایل های داده های باینری ذخیره شده است را نمایش می دهد.

مطلب پیشنهادی: مقاله آموزش طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ با نرم افزار PI Expert

مراحل شبیه سازی مدار در نرم افزار HSpice

مدار را رسم کنید و هر گره را نامگذاری کنید.
به هر یک از اجزا برچسب زده و مقداری به آن نسبت دهید.
یک فایل متنی را ایجاد کنید(نت لیست) تمامی اجزا و ارتباط های گره ها را در یک لیست وارد کنید.
در مورد نمونه آنالیزی که شما می خواهید انجام دهید تصمیم گیری کنید.( AC ، DC ، نویز نا پایدار و غیره.) و شرح درخور و مناسبی برای مدار بنویسید
شبیه سازی را اجرا کنید و نتیجه را مشاهده نمایید.