Qucs как пользоваться пошаговая инструкция по применению

Введение

На современных предприятиях все чаще используется свободное программное обеспечение (СПО) с открытым исходным кодом (open-source software — OSS). В основном это серверные операционные системы (ОС), серверное программное обеспечение, системы управления базами данных (СУБД) и тому подобное программное обеспечение (ПО). По качеству и уровню техподдержки СПО не уступает проприетарным аналогам. Его применение способствует получению значительного экономического эффекта за счет сокращения расходов при закупке лицензий. Также достигается независимость от транснациональных корпораций, поскольку исходный код СПО контролируется пользователями, что особенно актуально в условиях санкций.

Но переход на СПО возможен не для всех классов ПО. Среди систем автоматизированного проектирования (САПР), как правило, доминируют проприетарные программные продукты. Однако в последние годы у них появились альтернативы. В статье рассматривается open-source-симулятор электронных схем Qucs [1, 2], его ключевые возможности и методика применения. Последнюю полнофункциональную версию Qucs-0.0.18 для всех поддерживаемых ОС можно бесплатно загрузить на сайте разработчика [1].

В настоящее время существует не так уж много САПР open-source. Обычно по функциональным характеристикам они уступают проприетарным аналогам, тем не менее среди САПР для электроники (EDA) есть весьма достойные продукты. К ним относится и симулятор электронных схем Qucs. Название данной САПР — это сокращение от Quite Universal Circuit Simulator (почти универсальный симулятор электронных схем). Как правило, для моделирования электронных схем используется такое проприетарное ПО, как MicroCAP, MultiSim, OrCAD и т. п. Это сложные программные комплексы, стоимость которых превышает несколько тысяч долларов, а Qucs является доступной альтернативой данным программным продуктам. К ее аналогам среди СПО относятся консольные симуляторы электронных схем Ngspice [3], Xyce [4] и Gnucap.

В 2004 году сотрудники Берлинского института высокочастотной техники Michael Margraf и Stefan Jahn [5] начали разработку Qucs. Сейчас к проекту, которым в настоящее время руководят Frans Schreuder и Guilherme Torri [2], подключилась интернациональная команда специалистов. Qucs написан на С++ с использованием фреймворка Qt4, и поэтому является кроссплатформенным и выпущен для ОС Linux, Windows и MacOS. Для достижения наилучших результатов рекомендуется использовать ОС Linux. Текущей версией проекта является 0.0.18. Ведется подготовка к релизу версии 0.0.19. Все желающие могут предложить изменения для исходного кода программы, сообщить об ошибках, запросить реализацию новой функции [2].

Qucs предназначен для моделирования цифровых и аналоговых схем во временной и частотной областях от постоянного тока до СВЧ-частот. В противоположность многим современным симуляторам схем, базирующимся на ядре моделирования SPICE, Qucs основан на ядре qucsator оригинальной разработки [5]. Недостатком этого ядра является то, что используется формат списка цепей (netlist), отличный от SPICE. Данный недостаток удается преодолеть при помощи встроенной утилиты конвертирования файлов списка цепей. Ну а преимущество в том, что предусмотрена встроенная возможность моделирования S-параметров и гармонического баланса.

Перечислим доступные виды моделирования:

1. Моделирование рабочей точки на постоянном токе (DC analysis).
2. Моделирование в частотной области на переменном токе (AC analysis) с возможностью расчета шумовых напряжений.
3. Моделирование переходного процесса во временной области (Transient analysis).
4. Моделирование S-, Z-, Y-, A-параметров (S-parameter analysis) и КСВ с возможностью расчета шумовых напряжений.
5. Моделирование цифровых схем — временные диаграммы и таблицы истинности.
6. Гармонический баланс.
7. Спектральный анализ.
8. Параметрический анализ (Parameter sweep).

Поддерживаются следующие классы электронных компонентов:

1. Пассивные RCL-компоненты.
2. Источники постоянного тока и напряжения, переменного синусоидального напряжения, импульсного напряжения, напряжения произвольной формы, шумового напряжения, управляемые источники напряжения и тока, модулированные источники.
3. Диоды, диоды Зенера, тиристоры, туннельные диоды.
4. Биполярные транзисторы.
5. Полевые транзисторы (JFET, MOSFET, MESFET и СВЧ-транзисторы).
6. Фотодиоды, фототранзисторы.
7. Идеальные ОУ.
8. СВЧ-компоненты: коаксиальные и микро-полосковые линии.
9. Библиотечные компоненты: транзисторы, диоды и аналоговые микросхемы.
10. Цифровые компоненты — логические элементы, триггеры, счетчики, регистры, сумматоры, шифраторы, дешифраторы, VHDL-компоненты.
11. Файловые компоненты: подсхемы, spice-подсхемы, компоненты Verilog, файлы S-параметров.
12. Виртуальные датчики тока и напряжения.
13. Математические уравнения. Рассмотрим интерфейс программы.

Главное окно программы показано на рис. 1. В качестве примера смоделирован резонансный усилитель радиочастоты на полевом транзисторе с p-n-переходом (JFET).

По щелчку правой кнопки мыши на любом компоненте открывается контекстное меню компонента. По двойному щелчку мыши открывается диалоговое окно свойств компонента, в котором можно задавать, например, сопротивление резисторов, емкость конденсаторов, параметры транзисторов и т. п. Параметры компонентов можно также изменить по щелчку левой кнопкой мыши на значении сопротивления, емкости и т. п. в рабочей области. При этом параметр подсвечивается и с клавиатуры можно напечатать новое значение параметра, а затем нажать клавишу Enter. Для видов моделирования задаются параметры моделирования, в частности отрезок времени для моделирования переходного процесса или диапазон частот при моделировании на переменном токе. Пример установки свойств для компонента и для моделирования показан на рис. 6 и 7.

Наименования параметров модели в программе Qucs совпадают с наименованиями параметров в моделях Spice, так как и Spice и Qucs используют одинаковые алгоритмы моделирования транзисторов (модель Гуммеля — Пуна).

Компоненты соединяются с помощью проводов, добавляемых на схему нажатием на кнопку (7), как показано на рис. 5. Схема не будет работать без заземления (GND). Заземление — это особый компонент, который добавляется на схему при помощи кнопки с пиктограммой заземления на панели инструментов.

Выбрав пункт меню «Инструменты ->Библиотека компонентов», можно открыть библиотеку компонентов (рис. 8).

Библиотека содержит готовые модели для различных электронных компонентов (диоды, транзисторы, операционные усилители), которые из окна библиотеки можно перетаскивать на схему.

Рассмотрим подробнее способ запуска моделирования схемы и визуализации результатов. В качестве примера возьмем моделирование сигналов на входе и на выходе транзисторного усилительного каскада. Будем использовать моделирование переходного процесса. Смоделируем отклик транзисторного однокаскадного усилителя низкой частоты, если на его вход подано синусоидальное напряжение амплитудой 200 мВ и частотой 10 кГц.

Сначала собираем схему усилителя (рис. 9). Особенностью этой схемы является то, что двум узлам, соответствующим входу и выходу усилителя, заданы имена in и out соответственно при помощи кнопки (6) на рис. 5. Кроме моделирования переходного процесса для схем, содержащих активные компоненты, нужно обязательно проводить расчет рабочей точки. Для этого поместим на схеме компонент моделирования на постоянном токе.

После того как все компоненты размещены на рабочем поле схемы и соединены между собой проводами и перед тем как запустить моделирование, нужно задать параметры моделирования переходного процесса: длительность моделирования и число точек для расчета. Для этого дважды щелкнем на виртуальном компоненте TR1 и в открывшемся окне введем параметры для моделирования переходного процесса (рис. 7). Начало моделирования 0 мс, конец моделирования 1 мс (1 ms) и шаг моделирования 1 мкс. Установка таких параметров обеспечивает моделирование схемы на отрезке времени от включения (0 мс) до 1 мс. Рассчитываются напряжения и токи в компонентах схемы через каждую 1 мкс. Все буквы в обозначениях единиц измерений на рис. 9 строго латинские. Русские буквы не допускаются.

Для того чтобы запомнить параметры моделирования, необходимо в диалоговом окне нажать ОК. После того как мы установили все параметры моделирования, запускаем моделирование нажатием на F2 на клавиатуре или кнопкой моделирования на панели инструментов. Происходит расчет, и после его окончания создается пустая вкладка страницы просмотра (рис. 10). Чтобы посмотреть полученные временные диаграммы напряжений на входе и на выходе усилителя, нужно на этой странице сначала разместить график, а потом установить его параметры.

Результаты моделирования переходного процесса в Qucs можно наблюдать в виде привычной диаграммы, если выбрать в группе «Диаграммы» декартовский вид отображения данных. Сигналы соответствуют тому, что вы увидели бы на экране осциллографа, если бы проверяли работу схемы на макетной плате.

После того как на странице просмотра размещен график, нужно отобразить на графике нужные кривые. После моделирования создается служебный файл, называемый «Набор данных», где содержатся результаты расчетов. Чтобы добавить на график кривую, следует в свойствах графика выбрать необходимый нам результат из набора данных. Если дважды щелкнуть мышью по графику, помещенному на странице просмотра, откроется окно установки свойств графика (рис. 11).

В результате на странице просмотра отобразятся осциллограммы напряжений на входе и на выходе усилителя (рис. 12). На графиках размещены маркеры. Маркеры вставляются на кривые на осциллограмме с помощью кнопки (9) в главном окне программы (рис. 5). Маркеры представляют собой аналог курсорных измерений в осциллографе. С их помощью можно узнать, например, напряжение в определенный момент времени.

Работа с уравнениями на схеме

Важной функцией в Qucs является работа с уравнениями. Применение уравнений позволяет проводить постобработку результатов моделирования встроенными средствами Qucs. В уравнениях можно использовать достаточно большой набор функций, полный список которых можно увидеть, просмотрев разделы встроенной справочной системы (ее вызывают нажатием клавиши F1). В частности, в Qucs встроены такие функции, как преобразования матрицы рассеивания многополюсника в матрицу A-, Y-, Z-параметров.

Рассмотрим использование уравнений на примере моделирования АЧХ усилительного транзисторного каскада. Чтобы промоделировать АЧХ, модифицируем схему, как показано на рис. 13. Добавляем компонент «Моделирование на переменном токе» (AC) и компонент «Уравнение».

Для того чтобы получить зависимость коэффициента усиления от частоты для нашего усилителя, нужно задать уравнение, по которому он будет рассчитываться. Для этого дважды щелкаем мышью по компоненту «Уравнение» и входим в окно редактирования уравнений (рис. 14). Мы пометили узел, являющийся входом схемы, как in, а являющийся выходом схемы, как out. Частотному образу (зависимости напряжения от частоты) напряжения на выходе будет соответствовать выражение out.v, а на входе in.v.

Снова заполняем поля ввода, чтобы задать уравнение для ФЧХ. В поле ввода 1 вводим Ph, а в поле ввода 2 — выражение phase(out.v/in.v). Функция phase() вычисляет аргумент (фазу) комплексного числа в градусах.

После того как уравнения и параметры моделирования заданы, запускаем моделирование нажатием на клавишу F2. Несколько секунд происходит моделирование, и по его окончании можно посмотреть результаты расчета АЧХ и ФЧХ усилителя (рис. 13). Чтобы разместить на диаграмме АЧХ или ФЧХ, нужно выбрать их в диалоге свойств диаграммы (рис. 11).

Использование Qucs в учебном и исследовательском процессе

Qucs успешно применяется в учебном процессе на кафедре «Радиоэлектроника и телекоммуникации» в НИУ «Высшая школа экономики» (бывший МИЭМ) и на кафедре «Конструирование и производство электронной аппаратуры» Калужского филиала МГТУ им. Н. Э. Баумана при проведении лабораторных работ для изучения схемотехники аналоговых устройств и в курсовом и дипломном проектировании. Курс лабораторных работ включает моделирование высокочастотных резонансных и широкополосных усилительных каскадов, моделирование схем смесителей и демодуляторов, моделирование S- и Z-параметров активных и пассивных схем, моделирование автогенераторов, моделирование КЧХ (комплексная частотная характеристика) усилительных схем с положительной обратной связью (ПОС).

Возможности Qucs достаточны не только для использования в учебном процессе, но и для проведения научных исследований [7], связанных с моделированием электронных схем. В работе [7] было проведено исследование воздействия ЭСР с печатной платой (Charged board model — CBM ЭСР) на МДП-транзисторы. Весь процесс моделирования выполнен при помощи свободного ПО. Была разработана методика, позволяющая определять порог отказа МДП-транзисторов при воздействии СВМ ЭСР.

В работе [8] было произведено моделирование частотной зависимости полного сопротивления керамических конденсаторов. Для этого использована функция моделирования Z-параметров. Результаты работы позволяют оптимизировать схемотехнику цепей питания цифровых микросхем с учетом частотных параметров развязывающих керамических конденсаторов.

Со списком прочих научных исследований, проведенных при помощи Qucs за рубежом, можно ознакомиться на сайте [1].

Перспективные направления в разработке Qucs

В настоящее время автором совместно с коллективом разработчиков проводится работа над возможностью предоставления пользователю выбора движка для моделирования схемы. Можно будет использовать встроенный движок Qucs, Ngspice (spice-совместимый консольный симулятор с открытым кодом) или Xyce (моделировщик с поддержкой параллельных вычислений через OpenMPI). Данная возможность отсутствует в популярном проприетарном ПО для моделирования электронных схем.

В заключение рассмотрим перечень нововведений в недавнем релизе Qucs 0.0.18 и перспективные направления в разработке Qucs:

1. Реализован экспорт графиков, схем в растровые и векторные форматы: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Эта функция полезна при использовании программы в учебном процессе вузов и при подготовке статей и отчетов, содержащих результаты моделирования.
2. Добавлена возможность открытия документа схемы из будущей версии программы.
3. Добавлен встроенный справочник цветовых кодировок резисторов.
4. Улучшена русская локализация.
5. Закрыты отчеты об ошибках.
6. Ведется разработка системы синтеза активных фильтров для Qucs (подготовлена стабильная версия, ожидается в релизе 0.0.19).
7. Ведется разработка сопряжения с прочими open-source консольными симуляторами электронных схем (Ngspice [3], Xyce [4], Gnucap). В последующих версиях будет добавлена возможность выбора вычислительного ядра для моделирования схемы.

Особое внимание в настоящее время уделяется вопросам реализации сопряжения со Spice-совместимыми ядрами моделирования. Реализация данного направления разработки позволит использовать возможности Ngspice и Xyce для моделирования силовой электроники, схем с импульсной формой напряжений и токов, поскольку Ngspice и Xyce имеют оптимизацию для моделирования таких схем, а встроенное ядро моделирования Qucsator имеет низкую производительность при расчете схем с импульсными воздействиями. Текущий статус разработки можно отследить здесь: https://github.com/Qucs/qucs/issues/77.

Заключение

Из вышесказанного видно, что Qucs представляет собой бурно развивающееся программное средство для моделирования электронных схем, позволяющее получать результаты, сопоставимые с коммерческим ПО. Для ряда применений Qucs способен заменить коммерческие симуляторы электронных схем. Можно рекомендовать Qucs учебным заведениям, радиолюбителям, индивидуальным разработчикам РЭА. Важным преимуществом является то, что Qucs распространяется бесплатно. Открытый исходный код, открытая спецификация файлов схем и библиотек и легкая расширяемость делают Qucs наиболее подходящим решением для применения в академических и исследовательских целях. Наличие функции моделирования S-параметров, комплексных входных и выходных сопротивлений и проводимостей, компонентов с распределенными параметрами позволяет использовать Qucs для моделирования устройств ВЧ- и СВЧ-электроники.

Qucs (произносится: kju:ks) — симулятор цепей с графическим пользовательским интерфейсом. Он способен выполнять различные виды моделирования (например, на постоянном токе, S-параметров и т.д.). Этот документ дает краткое описание того, как пользоваться Qucs.

При первом запуске Qucs создает папку ”.qucs” в Вашей домашней папке. Каждый файл сохраняется в этой папке или в одной из ее подпапок. После загрузки Qucs показывается главное окно, которое выглядит примерно как на рис.1. С правой стороны расположена рабочая область (6), в которой содержатся схемы, документы показа данных и т.д.. С помощью вкладок (5) над этой областью можно быстро переключиться на любой документ, открытый в данный момент. С левой стороны главного окна Qucs находится еще одна область (1), содержание которой зависит от состояния вкладок, расположенных над ней: “Проекты” (2), “Содержание” (3) и “Компоненты” (4). После запуска Qucs активируется вкладка “Проекты” (2). Так как Вы запустили программу в первый раз, эта область пустая, поскольку у Вас еще нет ни одного проекта. Нажмите кнопку “Создать” прямо над областью (1) и откроется диалоговое окно. Введите имя для Вашего первого проекта, например, “firstProject” и нажмите кнопку “Создать”. Qucs создает папку проекта в папке ~/.qucs, для этого примера “firstProject_prj”. Каждый файл, принадлежащий этому новому проекту, будет сохранен в этой папке. Новый проект немедленно открывается (это можно прочитать в заголовке окна) и вкладки переключаются на “Содержание” (3), где показывается содержание открытого в данный момент проекта. У Вас еще нет ни одного документа, поэтому нажмите кнопку сохранения на панели инструментов (или используйте главное меню: Файл->Сохранить) чтобы сохранить документ без названия, который заполняет рабочую область (6). После этого появится диалоговое окно для ввода имени нового документа. Введите “firstSchematic” и нажмите кнопку “Сохранить”.

Рис. 1 — Главное окно Qucs

Теперь нам нужно сделать простое моделирование на постоянном токе, то есть мы хотим проанализировать схему на рис. 1. Выберите вкладку “Компоненты” ( (4) на рис. 1). Там Вы увидите выпадающий список, в котором можно выбрать группу компонентов и, ниже, компоненты выбранной группы. Выберите “дискретные компоненты” и нажмите на первый символ: “Резистор”. Перемещая курсор мыши в рабочую область (6), Вы переносите рисунок обозначения резистора. Нажатие правой кнопки мыши вращает обозначение, нажатие левой кнопки мыши помещает компонент на схему. Повторите этот процесс для всех компонентов, показанных на рис. 1. Источник напряжения может быть найден в классе компонентов “источники”, обозначение заземления может быть взято из класса “дискретные компоненты” или с панели инструментов, требуемое моделирование определяется с помощью больших блоков моделирования, находящихся в классе компонентов “виды моделирования”. Чтобы изменить параметры второго резистора, сделайте двойное нажатие левой кнопки мыши на нем. Откроется диалоговое окно, где можно изменить сопротивление. Введите “100 Ohm” в поле редактирования справа и нажмите Enter.

Чтобы соединить компоненты, нажмите кнопку с проводником на панели инструментов (или воспользуйтесь главным меню: Вставка->Проводник). Переместите курсор на незанятый вывод (помеченный маленьким красным кружком). Нажатие кнопки мыши на нем начинает проводник. Теперь передвиньте курсор к конечной точке и снова нажите кнопку мыши. Теперь компоненты соединены. Если Вы хотите изменить направление изгиба проводника, нажмите правую кнопку мыши, прежде чем делать конечную точку. Вы можете также закончить проводник, не нажимая ни на свободный вывод, ни на проводник: просто сделайте двойное нажатие левой кнопки мыши.

Наконец, очень важно пометить узел, в котором Вы хотите, чтобы Qucs рассчитал напряжение. Нажмите на панели инструментов кнопку для метки проводника (или воспользуйтесь меню: Вставка->Метка проводника). Теперь нажмите кнопку мыши на выбранном проводнике. Откроется диалоговое окно и можно ввести имя узла. Напишите “divide” и нажмите кнопку “Ok”. Теперь схема должна выглядеть как на рис. 1.

Для запуска моделирования нажмите кнопку моделирования на панели инструментов (или используйте меню: Моделирование->Моделировать). Откроется окно и покажет продвижение процесса. После успешного завершения моделирования открывается документ показа данных. Обычно все это происходит так быстро, что Вы увидите лишь быстрое мелькание. Теперь Вам нужно поместить диаграмму, чтобы увидеть результаты моделирования. Слева находится класс компонентов “диаграммы”, который выбирается автоматически. Нажмите на “Табличная”, перейдите в рабочую область и поместите ее, нажав левую кнопку мыши. Открывается диалоговое окно, где можно выбрать, что следует показать в новой диаграмме. В левой области видно имя узла, которое Вы задали: “divide”. Сделайте двойное нажатие кнопки мыши на нем, и оно будет перенесено в правую область. Выйдите из диалога нажатием кнопки “Ok”. Теперь виден результат моделирования: 0.666667 вольт. Замечательно, похлопайте себя по плечу!

back to the top

Qucs — open-source САПР для моделирования электронных схем / Хабр

В настоящее время существует не так уж и много open-source САПР. Тем не менее, среди САПР для электроники (EDA) есть весьма достойные продукты. Этот пост будет посвящён моделировщику электронных схем с открытым исходным кодом Qucs. Qucs написан на С++ с использованием фреймворка Qt4. Qucs является кроссплатформенным и выпущен для ОС Linux, Windows и MacOS.

Как видно, интерфейс интуитивно понятен. Центральную часть окна занимает собственно моделируемая схема. Компоненты размещаются на схеме методом перетаскивания из левой части окна. Виды моделирования и уравнения также являются особыми компонентами. Более подробно принципы редактирования схем описаны в документации к программе.

Формат схемного файла Qucs основан на XML и к нему поставляется документация. Поэтому схема Qucs может быть легко сгенерирована сторонними программами. Это позволяет создавать ПО для синтеза схем, которое является расширением Qucs. Проприетарное ПО как правило использует бинарные форматы.

Перечислим основные компоненты, имеющиеся в Qucs:

1. Пассивные RCL-компоненты
2. Диоды
3. Биполярные транзисторы
4. Полевые транзисторы (JFET, MOSFET, MESFET и СВЧ-транзисторы)
5. Идеальные ОУ
6. Коаксиальные и микрополосковые линии
7. Библиотечные компоненты: транзисторы, диоды и микросхемы
8. Файловые компоненты: подсхемы, spice-подсхемы, компоненты Verilog

Библиотека компонентов использует собственный формат, основанный на XML.

Но можно импортировать существующие библиотеки компонентов, основанные на Spice (приводятся в даташитах на электронные компоненты).

Поддерживаются следующие виды моделирования:

1. Моделирование рабочей точки на постоянном токе
2. Моделирование в частотной области на переменном токе
3. Моделирование переходного процесса во временной области
4. Моделирование S-параметров
5. Параметрический анализ

Результаты моделирования можно экспортировать в Octave/Matlab и выполнить там постобработку данных.

Qucs основан на вновь разработанном движке схемотехнического моделирования. Отличительной особенностью этого движка является встроенная возможность моделирования S-параметров и КСВ, что важно для анализа ВЧ-схем. Qucs может пересчитывать S-параметры в Y- и Z-параметры.

На скриншотах показан пример моделирования S-параметров широкополосного усилителя высокой частоты.

Итак, отличительной особенностью Qucs является возможность анализа комплексных частотных характеристик (КЧХ), построение графиков на комплексной плоскости и диаграмм Смита, анализ комплексных сопротивлений и S-параметров. Эти возможности отсутствуют в проприетарных системах MicroCAP и MultiSim, и здесь Qucs даже превосходит коммерческое ПО и позволяет получить недостижимые для симуляторов электронных схем, основанных на Spice результаты.

Недостатком Qucs является малое количество библиотечных компонентов. Но этот недостаток не является препятствием к использованию, так как Qucs совместим с форматом Spice в котором приводятся модели электронных компонентов в даташитах. Также моделировщик работает медленнее, чем аналогичные Spice-совместимые моделировщики (например MicroCAP (проприетарный) или Ngspice (open-source)).

В настоящее время мы работаем над возможностью предоставления пользователю выбора движка для моделирования схемы. Можно будет использовать встроенный движок Qucs, Ngspice (spice-совместимый консольный моделировщик, похожий на PSpice) или Xyce (моделировщик с поддержкой параллельных вычислений через OpenMPI )

Теперь рассмотрим перечень нововведений в недавнем релизе Qucs 0. 0.18 перспективных направлений в разработке Qucs:

1. Улучшена совместимость с Verilog
2. Продолжается портирование интерфейса на Qt4
3. Реализован список недавних открытых документов в главном меню.
4. Реализован экспорт графиков, схем в растровые и векторные форматы: PNG, JPEG, PDF, EPS, SVG, PDF+LaTeX. Эта функция полезна при подготовке статей и отчётов, содержащих результаты моделирования
5. Возможность открытия документа схемы из будущей версии программы.
6. Исправлены баги, связанные с зависанием моделировщика при определённых условиях.
7. Ведётся разработка системы синтеза активных фильтров для Qucs (ожидается в версии 0.0.19)
8. Ведётся разработка сопряжения с прочими open-source движками для моделирования электронных схем (Ngspice, Xyce, Gnucap). В последующих версиях будет добавлена возможность выбора движка для моделирования схемы.

Можно заключить, что несмотря на свои недостатки Qucs представляет собой весьма достойную альтернативу проприетарным САПР для моделирования электронных схем.

Ресурсы по Qucs:

Сайт проекта: qucs.sourceforge.net
Репозиторий на Github: github.com/Qucs/qucs
Библиотека отечественных компонентов для Qucs: github.com/ra3xdh/qucs-rus-complib

Electronics/qucs — ALT Linux Wiki

Журнал ALT-review

Title::Радиокружок в школе: Qucs — симулятор схем с графическим интерфейсом

[[Annotation::Практические вопросы сборки устройства на макетной плате можно решать в школе под присмотром опытного руководителя. А вопросам изучения собираемого устройства вполне можно посвятить время дома за компьютером с помощью программы Qucs]]

---

Автор: Author::Владимир Гололобов   Раздел: Section::хобби   Выпуск: Issue::01   Тег: Tag::электроника

Когда-то для школьников были дворцы, были кружки в школе. Сегодня ситуация поменялась, но хорошо ли это?

Как говорят, для создания радиокружка в школе следует на основе методичек составить план занятий, которому и следовать. Возможно. Но ничто не мешает внести в занятия и свой вклад. С моей точки зрения, этому не помешает использование программ моделирования. Так, практические вопросы сборки устройства на макетной плате можно решать в школе под присмотром опытного руководителя. А вопросам изучения собираемого устройства вполне можно посвятить время дома за компьютером. В этом отношении удобно использовать программу Qucs.

Эта программа работает на разных операционных системах. Сейчас на моём компьютере Windows 8. Программа вполне работает с этой операционной системой.

Рис. 1. Программа Qucs в Windows 8

Многие школы едва выкраивают деньги на самое необходимое. Поэтому компьютеры в школе отнюдь не самые новые, а тратить деньги на операционную систему для радиокружка? Не лучше ли использовать в качестве операционной системы ALT Linux в версии, специально разработанной для школы? В ALT Linux программа Qucs есть и работает в полную силу.

Рис. 2. Программа Qucs в ALT Linux

Преимущество использования программы Qucs состоит в том, что она одинаково выглядит и работает как в ALT Linux, так и в Windows. Примеры, используемые в школе на компьютере с ОС ALT Linux, и дома, где у школьников, возможно, ОС Windows 8, остаются теми же, готовыми к использованию.

Конечно, программа Qucs не имеет богатого набора готовых микросхем, выпускаемых промышленностью, которые можно было бы использовать для моделирования. Но и те программы, которые имеют богатые библиотеки, как правило, не имеют в них всех элементов, что могут заинтересовать любителей. Да и принципы, суть, заложенные в ту или иную схему, редко зависят от конкретной микросхемы или конкретного транзистора. Опыты с конкретными деталями можно выполнить в кружке на макетной плате, когда суть и все детали процессов поняты, ясны и не вызывают вопросов.

Я не уверен, что любой радиокружок в школе оснащён всеми необходимыми приборами. В этом смысле даже такой рядовой, но существенный вопрос, как сдвиг фаз в усилителе, который хорошо виден на двухлучевом осциллографе, не так легко показать школьникам. Вместе с тем, сделать это с помощью программы Qucs гораздо легче.

Рис. 3. Сдвиг фаз между напряжением и током

Многие процессы протекают так быстро, что трудно придумать демонстрационную схему, например, используя обычный осциллограф. И вновь программа Qucs может показать этот процесс, а исследовать его на макетной плате можно по косвенным признакам.

Рис. 4. Заряд конденсатора в программе Qucs

Много интересных цифровых схем можно проверить, используя Qucs. Я хочу привести пример, когда совместно с цифровыми элементами в программе присутствуют аналоговые компоненты. В следующей схеме генераторы — это аналоговые генераторы.

Рис. 5. SR-триггер на вентилях 2И-НЕ

Следующим примером мне хотелось бы показать, как работает эта схема при цифровом моделировании. Но возникла проблема… Много раз я рассказывал о программе Qucs, долгие годы программа исправно работала. Но в этот раз при попытке получить таблицу истинности программа выдала ошибку. Проблема возникла при трансляции схемы через vhdl. Я вспомнил, что сталкивался с этой ошибкой раньше, но не мог вспомнить, как её устранить. Спасибо Стефану Бекеру, советом которого я воспользовался. Оказалось, что достаточно в скрытой папке .qucs, которую программа создаёт в домашней директории при первом запуске, создать пустую папку с именем vhdl. Всё заработало. Вот таблица истинности предыдущей схемы.

Рис. 6. Таблица истинности SR-триггера на вентилях 2И-НЕ

Кроме таблицы истинности цифровое моделирование даёт и временные диаграммы. Достаточно изменить вывод результата в свойствах цифрового моделирования.

Рис. 7. Диалоговое окно свойств моделирования

Для динамических процессов очень важно видеть временные диаграммы. Обычный осциллограф потребует приставки для наблюдения за несколькими цифровыми сигналами.

Рис. 8. Временные диаграммы цифровой схемы

Моё любопытство заставляет меня менять операционную систему с появлением новой версии. Но это не всегда разумно. Я хочу рассказать ещё об одной полезной, как мне кажется, для радиокружка программе, но это уже в следующий раз.

__SHOWFACTBOX__

Журнал ALT-review

Журнал ALT-review/01 • Simply game/2 • ALT: Мифы и реальность • Beremiz • GearRepo • Handbrake • Maxima graph • Журнал ALT-review/pilot • Electronics/qucs • Review ALT 2012-2017 • Simply game • Electronics/tina ti • Tips • Журнал ALT-review • Кентавр 7: что нового? • Журнал ALT-review/предложения • Улучшения

Начало работы с Qucs Analogue Circuit Simulation — Qucs Help 0.0.19 Документация

Qucs — это пакет научно-технического программного обеспечения для моделирования аналоговых и цифровых схем, включая линейный и нелинейный анализ постоянного тока, анализ цепей с S-параметрами малых сигналов, анализ во временной области. анализ переходных процессов и моделирование цифровых схем VHDL/Verilog. Этот раздел документа Qucs-Help знакомит читателей с основными этапами моделирования аналоговых схем Qucs. Когда Qucs запускается в первый раз, он создает каталог с именем 9.0003 .qucs в домашнем каталоге пользователя. Все файлы, участвующие в моделировании Qucs, сохраняются в каталоге .qucs или в одном из его подкаталогов. После запуска Qucs программное обеспечение отображает окно графического пользовательского интерфейса (GUI), похожее или такое же, как показано на рисунке 1. настройки приложения программы. Делается это из файла Настройки приложения меню. Нажатие на Настройки приложения приводит к отображению окна EditQucsProperties , см. рис. 2. Заполните, с соответствующими записями для вашей установки Qucs, меню Настройки , Редактор исходного кода , Типы файлов и Расположение .

Рис. 2. Окно QucsEditProperties

При запуске Qucs в центре графического интерфейса появляется рабочая область с пометкой (6). Это окно используется для отображения схем, числовых и алгебраических моделей и данных проектирования схем, числовых выходных данных, а также форм сигналов и числовых данных, визуализированных в виде графиков, см. рис. панель таблицы с меткой (5) позволяет пользователям быстро переключаться между открытыми в данный момент документами. В левой части главного окна Qucs находится третья область, помеченная (1), содержимое которой зависит от состояния Проекты (2), Контент (3), Компоненты (4) или Библиотеки . После запуска Qucs активируется вкладка Projects . Однако обратите внимание, что при первом запуске Qucs список Projects пуст.

Рисунок 3. Главное окно Qucs с рабочими областями, помеченными

Чтобы войти в новый проект, щелкните левой кнопкой мыши на кнопке New , расположенной справа над окном (1). Это действие приводит к открытию диалогового окна Qucs GUI. Введите имя проекта Qucs в соответствующем поле, например введите QucsHelpFig и нажмите кнопку OK . Затем Qucs создает каталог проекта в каталоге ~/.qucs . В примере, показанном на рисунке 3, это называется QucsHelpFig_prj . Каждый файл, принадлежащий этому новому проекту, сохраняется в каталоге QucsHelpFig_prj . При создании новый проект немедленно открывается, и его имя отображается в строке заголовка окна Qucs. Затем левая панель таблиц переключается на Content и отображается содержимое текущего открытого проекта. Чтобы сохранить открытый документ, нажмите кнопку кнопка сохранения (или используйте главное меню: Файл Сохранить ). Этот шаг инициирует последовательность, которая сохраняет документ, отображаемый в области (6). Для завершения последовательности сохранения программа запросит имя вашего нового документа. Введите firstSchematic или другое подходящее имя и нажмите кнопку OK , чтобы завершить последовательность сохранения.

В качестве первого примера, который поможет вам начать работу с Qucs, введите и запустите простую цепь постоянного тока, показанную на рис. 3. Изображенная схема представляет собой сеть делителя напряжения с двумя резисторами, подключенную к источнику постоянного напряжения с фиксированным значением. Начните с нажатия на Компоненты вкладка. Это действие приводит к отображению поля со списком, из которого можно выбрать группу компонентов и необходимые компоненты. Выберите группу компонентов , сосредоточенные компоненты и нажмите на первый символ: Резистор . Затем переместите курсор мыши в область (6). Нажатие правой кнопки мыши вращает символ Резистор . Точно так же нажатие левой кнопки мыши помещает компонент на схему в то место, на которое указывает курсор мыши. Повторите этот процесс для всех компонентов, показанных на рис. 3. Независимый источник постоянного напряжения расположен в источники группа. Символ земли можно найти в группе сосредоточенных компонентов или выбрать на панели инструментов Qucs. Значок, запрашивающий симуляцию постоянного тока, указан в группе симуляций . Чтобы отредактировать параметры второго резистора, дважды щелкните по нему. Откроется диалоговое окно, позволяющее изменить значение резистора; введите 100 Ом в поле редактирования справа и нажмите Enter.

Для соединения компонентов схемы, показанных на рис. 3, нажмите на кнопку панели инструментов провода (или используйте главное меню: Вставка Провод ). Наведите курсор на открытый порт компонента (обозначается маленьким красным кружком на конце синего провода). Нажатие на нее запускает последовательность рисования проводов. Теперь переместите курсор рисования в конечную точку провода (обычно это второй красный круг, прикрепленный к размещенному компоненту) и щелкните еще раз. Теперь два компонента соединены. Повторите последовательность рисования столько раз, сколько потребуется, чтобы подключить пример схемы. Если вы хотите изменить направление угла провода, щелкните правой кнопкой мыши, прежде чем перейти к конечной точке. Вы также можете завершить провод, не нажимая на открытый порт или на провод; просто дважды щелкните левой кнопкой мыши.

В качестве последнего шага перед моделированием постоянного тока пометьте узел или узлы, для которых требуется постоянное напряжение, например, провода, соединяющие резисторы R1 и R2 . Нажмите кнопку панели инструментов метки (или воспользуйтесь меню: Вставить Метка провода ). Теперь нажмите на выбранный провод. Откроется диалоговое окно, позволяющее ввести имя узла. Введите , разделите и нажмите кнопку OK . Если вы правильно нарисовали тестовую схему, введенная схема должна выглядеть так же или быть похожей на схему, показанную на рисунке 3.

Чтобы начать моделирование постоянного тока, нажмите кнопку Simulate на панели инструментов (или используйте меню: Simulation Simulate ). Откроется окно симуляции, и скользящая полоса сообщает о ходе симуляции. Обычно все это происходит так быстро, что вы видите только короткое мерцание на дисплее ПК (это зависит от скорости вашего ПК). После успешного завершения моделирования Qucs открывает окно отображения данных. Это заменяет окно ввода схемы, помеченное (6) на рис. 3. Далее Компоненты диаграммы панель инструментов открыта. Это позволяет отображать результаты моделирования. Щелкните по элементу Tabular и переместите его в рабочую область дисплея, разместив щелчком левой кнопки мыши. Откроется диалоговое окно, позволяющее выбрать именованные сигналы, которые вы хотите перечислить, см. рисунок 4. В левой части диалогового окна Tabular (называемого Edit Diagram Properties) указано имя узла: Division.V . Дважды щелкните по нему, и он будет перенесен в правую часть диалога. Выйдите из диалога, нажав на ОК кнопка. Данные моделирования напряжения постоянного тока для узла , делящего , теперь должны быть перечислены в поле в окне отображения данных со значением 0,666667 вольт.

Рис. 4. Окно отображения данных Qucs с диалоговым окном Tabular

В этой статье мы рассмотрим возможности и функции Quite Universal Circuit Simulator (Qucs) и проведем пошаговый анализ. Qucs доступен для Windows, Mac и Ubuntu (с открытым исходным кодом).

Abhishek A. Mutha

---

Программное обеспечение для моделирования электронных схем с открытым исходным кодом, выпущенное под лицензией GPL, Quite Universal Circuit Simulator (Qucs) предоставляет пользователю возможность настроить схему с помощью графического пользовательского интерфейса. Он может моделировать поведение схемы и поддерживает чисто цифровое моделирование с использованием языков VHDL и/или Verilog.

Qucs намного проще в использовании и управлении, чем другие симуляторы схем, такие как gEDA или PSpice. Он также поддерживает растущий список аналоговых и цифровых компонентов, а также подсхем Spice, что упрощает работу с ним.

Что такое Qucs все о
Qucs — это симулятор интегральной схемы, который позволяет настроить схему с помощью интуитивно понятного графического пользовательского интерфейса (GUI) и моделировать поведение схемы при слабом сигнале, сильном сигнале и шуме. После моделирования вы можете просмотреть результаты моделирования на странице или в окне презентации.

Qucsator и графический интерфейс

Графический интерфейс основан на Qt от Digia. Программное обеспечение предназначено для поддержки большинства видов моделирования цепей, таких как постоянный ток, переменный ток, S-параметры, анализ баланса гармоник и анализ шума, и это лишь некоторые из них. Графический интерфейс Qucs хорошо развит и позволяет настраивать схемы и представлять результаты моделирования в различных типах диаграмм. Помимо представления в виде постоянного тока, переменного тока, S-параметров, шума и анализа переходных процессов, также доступны математические уравнения и использование иерархии подсхем (с параметризованными подцепями). Qucs также может импортировать существующие модели Spice для использования в ваших симуляциях.

Qucsator, серверная часть моделирования, представляет собой симулятор схем из командной строки. Он принимает список сетей в определенном формате в качестве входных данных и выводит набор данных Qucs. Он был запрограммирован для использования в проекте Qucs, но может использоваться и другими приложениями.

Рис. 1: Комбинированная схема и визуализация данныхРис. 2: Отображение данных с трехмерной диаграммойРис. 3: Отображение данных с различными видами представления данных (диаграммами) и маркерами данныхРис. 4: Запуск Qucs

Qucs поставляется с огромным набором компонентов и моделей, включая HICUM, BSIM2, BSIM3 и BSIM6, и это лишь некоторые из них. Он также предоставляет полупроводниковые компоненты и модели, такие как PMOSFET, MOSFET, операционные усилители, диоды и многие другие.

Несмотря на то, что в эту историю включены некоторые примеры, демонстрирующие некоторые способности Qucs.

Компоненты и их функции

Рис. 5: Диалоговое окно настроек приложения

Qucs состоит из нескольких автономных программ, взаимодействующих друг с другом через графический интерфейс, например:

Графический интерфейс. Используется для создания схем, настройки моделирования, отображения результатов моделирования и написания кода VHDL.

Базовый аналоговый симулятор. Аналоговый симулятор — это программа командной строки, которая запускается графическим интерфейсом для имитации схемы, которую вы предварительно настроили. Он берет список соединений, проверяет его на наличие ошибок, выполняет необходимые действия моделирования и, наконец, создает набор данных.

Рис. 6: Диалоговое окно «Новый проект»

Простой текстовый редактор. Используется для отображения списков соединений и информации журнала моделирования, а также для редактирования файлов, включенных в определенные компоненты (например, списки соединений Spice или файлы Touchstone).

Приложение синтеза фильтров. Программа может быть использована для проектирования различных типов фильтров.

Калькулятор линии электропередачи. Может использоваться для проектирования и анализа различных типов линий передачи (например, микрополоски, коаксиальные кабели).

Библиотека компонентов. Диспетчер библиотек компонентов содержит модели реальных устройств, таких как транзисторы, диоды, мосты и операционные усилители. Пользователь может расширить его с помощью дополнительных компонентов.

Применение синтеза аттенюатора. Программа может быть использована для проектирования различных типов пассивных аттенюаторов.

Рис. 7: Создан новый пустой проектРис. 8: Вкладка «Компоненты»

Программа преобразования командной строки. Инструмент преобразования используется графическим интерфейсом для импорта и экспорта наборов данных, списков соединений и схем из и в другое программное обеспечение CAD/EDA. Поддерживаемые форматы файлов, а также информацию об использовании можно найти на домашней странице Qucs.

Кроме того, графический интерфейс управляет другими инструментами EDA. Для цифрового моделирования (через VHDL) используется программа FreeHDL (см. http://www.freehdl.seul.org). А для оптимизации схемы ASCO (см. http://asco.sourceforge.net) настроена и запущена.

Начало работы
После успешной установки программного обеспечения в вашей системе вы можете запустить его, введя команду # qucs или щелкнув соответствующий значок в меню «Пуск» или на рабочем столе. Qucs — многоязычная программа. Поэтому, в зависимости от языковых настроек вашей системы, графический интерфейс Qucs отображается на разных языках.

С левой стороны вы найдете открытую папку «Проекты», как показано на рис. 1. Обычно папка проектов будет пустой, если вы используете Qucs в первый раз. Большая область с правой стороны является областью схемы. Прямо над ним вы можете найти строку меню и панели инструментов. Перейдите в меню «Файл» → «Настройки приложения», чтобы настроить язык и внешний вид Qucs.

Предыдущая статьяLTSpice IV: идеально подходит для моделирования SMPS

Следующая статьяЭффективный драйвер реле 5 В

Топ-10 пользователей в таблице лидеров ElectronicsForU

№	Имя	Очки опыта
1	Саадаван	88
2	МилтонN	88
3	Рубенотеро	83
4	ЕМакс	82
5	Сахил2019	79
6	1027378720Hy	79
7	Самуэль Нзвили	78
8	Ясвантский баран ТАЛЛАМ	77
9	Фонефлай	77
10	оди1427	76

Проверить таблицу лидеров

Что нового на Electronicsforu.

com

Самые популярные самоделки

Electronics Components

Truly Innovative Tech

Моделирование модели мемристора Knowm M-MSS с использованием Qucs-S с Xyce – Knowm.org

Версия Verilog-A модели Knowm MSS в рамках стандартных коммерческих инструментов EDA. Сегодня я буду обсуждать Knowm Open-Source EDA Stack , который включает в себя предоставленные Knowm расширения популярных инструментов EDA с открытым исходным кодом, которые будут использоваться для проектирования, компоновки и моделирования мемристорных устройств и нейромемристивных схем. Этот пост будет посвящен установке и использованию Средства захвата схемы и имитации цепей . Я предоставлю краткое руководство по Qucs — довольно универсальному симулятору цепей, который представляет собой симулятор схем с открытым исходным кодом, разработанный командой разработчиков Qucs — междисциплинарной группой талантливых инженеров, ученых и математиков. Это программное обеспечение доступно на Sourceforge или Github для загрузки по Стандартной общественной лицензии GNU (GPL) v2+. Команда Qucs разработала специальную ветвь проекта с открытым исходным кодом Qucs-S 9.0003 Spice4qucs для поддержки нескольких популярных симуляторов, совместимых с SPICE. Эта ветвь используется для разработки расширений Knowm, позволяющих использовать электронный симулятор Xyce , разработанный командой Xyce Team в Sandia National Labs. Новая модель поведенческих мемристоров, Knowm M-MSS ( Mean Metastable Switch Memristor Model ), была недавно добавлена ​​в Xyce Тимом Молтером и Алексом Ньюджентом. Модель Knowm M-MSS включена в библиотеку Xyce OpenModels , а модель и версия Knowm Xyce-6.6 доступны по лицензии с открытым исходным кодом GPL v3. См. подробности реализации модели в недавнем посте под названием «Модель мемристора среднего метастабильного переключателя в Xyce». Выбор этой модели включен из новых Библиотека Xyce Memristor Technology в Qucs-S вместе с известным предложенным новым мемристорным символом в библиотеке нелинейных компонентов Qucs-S.

Символ Knowm Memristor

Предварительные условия

Текущий кандидат на выпуск Knowm OSS EDA Stack доступен для macOS Sierra 10.12 и Ubuntu 16.04 LTS (Xenial Xerus) . В этом посте рассматривается установка на MacOS и Linux, но использование только на платформе macOS. Процесс установки отличается, но использование программного обеспечения более или менее одинаково. В настоящее время поддерживается Моделирование Xyce (серийный). Включенные версии Qucs-S (0.0.19S) и Xyce 6.6 включают библиотеки для 64-разрядных архитектур amd64 (intel). Поддержка других архитектур и операционных систем находится в стадии разработки и будет выпущена по мере доступности.

Установка программного обеспечения

Сначала загрузите готовые пакеты для Qucs-S и Xyce для вашей операционной системы. Эти бинарные пакеты доступны здесь:

• MacOS Sierra 10.12 QUC
• MacOS Sierra 10.12 Xyce
• QUC для Linux
• Linux Xyce

MacOS Sierra

Установить пакет Qucs-0.

0.19S

1. Дважды щелкните пакет qucs_knowm_oss_eda-0.0.19s-rc1.dmg , чтобы смонтировать пакет.

2. Скопируйте или перетащите папку qucs в папку /Applications .

3. Откройте папку qucs , которую вы только что скопировали, и откройте папку ./bin .

4. Перетащите Qucs.app на панель запуска.

5. Щелкните правой кнопкой мыши пакет Qucs-S и выберите Извлечь Qucs-S из контекстного меню.

Установка пакета Xyce-6.6-Open_Source

1. Дважды щелкните пакет xyce_knowm_oss_eda-6.6-rc1.dmg , чтобы смонтировать пакет.

2. Скопируйте или перетащите папку xyce в папку /Applications .

3. Щелкните правой кнопкой мыши пакет Xyce-6.6 и выберите Eject Xyce-6.6 в контекстном меню.

Linux

ПРИМЕЧАНИЕ. Пакеты Debian-кандидаты на выпуск в настоящее время устанавливаются в каталоге /usr/local в своих собственных каталогах пакетов, что позволяет проводить параллельное сравнение кандидатов на выпуск. Окончательные версии релиза будут предоставлены менеджером пакетов и будут использовать стандартные каталоги /usr .

Установить Qucs-0.0.19Пакет S .deb

1. Загрузите пакет qucs-knowm-oss-eda-0.0.19s-rc1.deb в каталог $HOME/Downloads .

2. Установите с помощью dpkg следующую команду $ sudo dpkg -i qucs-knowm-oss-eda-0.0.19s-rc1.deb

3. Установить переменную PATH export PATH=/usr/local/qucs/bin:$PATH

4. Протестируйте установку, введя qucs --version .

5. Выполнение должно вернуть Qucs 0.0.19 (7526999) .

Установка пакета Xyce-6.6-Open_Source

1. Загрузите пакет xyce-knowm-oss-eda-6. 6-rc1.deb в каталог $HOME/Downloads .

2. Установите с помощью dpkg следующую команду $ sudo dpkg -i xyce-knowm-oss-eda-6.6-rc1.deb

3. Установить переменную LD_LIBRARY_PATH export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/xyce-6.6/serial/lib

4. Установить переменную PATH export PATH=/usr/local/xyce-6.6/serial/bin:$PATH

5. Протестируйте установку, введя runxyce -v .

Запуск Qucs-S

1. Щелкните значок приложения Qucs на панели запуска.

   ПРИМЕЧАНИЕ: при первом запуске Qucs сообщит вам, что симулятор по умолчанию не выбран.

2. Нажмите Хорошо и выберите Xyce (серийный) по умолчанию.

3. Нажмите кнопку Select справа от поля редактирования Xyce исполняемого файла .

4. Выберите runxyce в файловом браузере и нажмите Открыть

   Настройки симулятора по умолчанию

5. Щелкните Применить изменения

   Выбор симулятора по умолчанию

Настройки приложения Qucs

Файл настроек Qucs qucs. conf хранится в вашем каталоге $HOME в каталоге .config . Если у вас возникли проблемы с сохранением ваших настроек в этом разделе, вы можете вручную отредактировать этот файл с помощью совместимого редактора.

1. Выберите Файл -> Настройки приложения... из меню.

2. Перейдите на вкладку Locations .

   настройки приложения qucs

ПРИМЕЧАНИЕ: Qucs Home создаст папку с именем .qucs в вашем домашнем каталоге. Здесь будут храниться все проекты для вашей установки. Каждый проект будет храниться в отдельном подкаталоге с суффиксом _prj , добавленным к указанному вами имени. Также будут созданы другие каталоги, такие как каталог spice4qucs , в котором будут храниться данные и информация о списках соединений для ваших симуляций Xyce.

ADMS – автоматический синтезатор моделей устройств

ADMS — это генератор кода, который преобразует модели электрических компактных устройств, указанные на языке описания высокого уровня, в готовый к компиляции код C для API симуляторов SPICE. На основе преобразований, заданных на языке XML, ADMS преобразует код Verilog-AMS в другие целевые языки.

1. Проверка AdmsXml Путь: — это /Applications/qucs/adms/bin . Если нет, установите его.

ASCO – оптимизатор цепей SPICE

Проект ASCO направлен на внедрение возможностей оптимизации схем в существующие симуляторы SPICE с использованием высокопроизводительного алгоритма оптимизации параллельного дифференциального развития (DE). В настоящее время существует готовая поддержка Eldo (TM), HSPICE (R), LTspice (TM), Spectre (R), Qucs и Ngspice.

1. Проверка Путь ASCO: с по /Applications/qucs/asco/bin . Если нет, установите его.

GNU Octave — научный язык программирования

Мощный математический синтаксис со встроенными средствами построения графиков и визуализации. Синтаксис Octave в значительной степени совместим с Matlab. Интерпретатор Octave можно запустить в режиме графического интерфейса пользователя, как консоль или вызвать как часть сценария оболочки. Доступ к нему можно получить в Qucs, выбрав View -> Octave Window 9.0004 .

1. Установить Путь октавы: - /Applications/qucs/octave/bin . Если нет, установите его.

ПРИМЕЧАНИЕ. Octave в настоящее время не поставляется с этой версией. Вы можете установить Octave 4.2.0 из Homebrew, нажав homebrew/science

Сохранить настройки приложения

1. Нажмите Применить , чтобы сохранить настройки.

2. Нажмите OK , чтобы закрыть диалоговое окно настроек.

Создать файл проекта

1. Выберите вкладку Projects слева от основной панели.

2. Нажмите New , чтобы создать новый проект.

3. Введите Ymemristor в качестве имени проекта.

4. Нажмите кнопку Create , чтобы создать проект.

   Диалог нового проекта Qucs

   ПРИМЕЧАНИЕ. Проект Ymemristor_prj отображается на вкладке Project .

5. Дважды щелкните Ymemristor_prj , чтобы автоматически открыть вкладку Content .

   Список проектов Qucs

   Содержание проекта Qucs

Создание принципиальной схемы

1. Выберите вкладку Components в главном доке.

2. Откройте источников из выпадающего списка.

3. Выберите источник напряжения переменного тока , а затем щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы разместить символ.

4. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

   Источники компонентов Qucs

   Источник напряжения переменного тока

5. Откройте нелинейные компоненты из выпадающего списка.

6. Выберите MR Memristor и щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы разместить символ.

7. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

   Выбор нелинейных компонентов

   Компоненты MR1 Мемристор

8. Откройте зондов из выпадающего списка.

9. Выберите датчик тока , а затем щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы разместить символ.

10. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

    Датчик тока компонента

    Источник напряжения переменного тока, мемристор MR1 и датчик тока

    ПРЕДЛОЖЕНИЕ: попробуйте разместить узлы каждого компонента на сетке. Вы можете вручную расположить компонент с помощью мыши или щелкнуть правой кнопкой мыши на символе компонента и выбрать Установить на сетке .

11. Выберите символ Gnd на панели инструментов, затем щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы разместить символ.

    Кнопка заземления на панели инструментов

12. Щелкните минусовую клемму источника переменного напряжения , чтобы разместить на схеме еще один символ Gnd .

13. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

    Источник напряжения переменного тока, мемристор MR1, датчик тока и заземление

Установка свойств источника переменного напряжения

1. Дважды щелкните символ Источник напряжения переменного тока , чтобы открыть параметры источника.

2. Выберите строку U в таблице свойств.

3. Изменить напряжение с 1 В на 500 мВ .

4. Щелкните . Примените , чтобы установить значение напряжения.

   Настройки источника переменного напряжения

5. Выберите строку f в таблице свойств.

6. Измените частоту с 1 ГГц на 10 Гц .

7. Установите флажок отображения на схеме .

   Настройка частоты источника переменного напряжения

8. Щелкните Применить , чтобы установить значение частоты.

9. Щелкните OK , чтобы закрыть диалоговое окно свойств.

   Установка напряжения и частоты источника переменного тока

Подключение компонентов схемы

1. Нажмите кнопку инструмента Wire на панели инструментов.

   Кнопка проводной панели инструментов

2. Выберите свободный узел Gnd , а затем щелкните левой кнопкой мыши отрицательный узел символа мемристора.

3. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

4. Выберите положительный узел Источник напряжения переменного тока , а затем щелкните левой кнопкой мыши входной узел Current Probe .

5. Выберите выходной узел Current Probe и перетащите его к положительному узлу MR Memristor .

   Проводные компоненты

Добавление именованного узла (Vmr) к положительному порту компонента MR1

1. Нажмите кнопку Имя на панели инструментов.

   Кнопка панели инструментов именованного узла

2. Щелкните левой кнопкой мыши на положительном узле символа MR1 Memristor .

3. Введите Vmr для метки.

   ВМР Именованный узел

4. Нажмите OK , чтобы сохранить изменения.

5. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

6. Щелкните метку Vmr и перетащите ее в положение под символом мемристора.

7. Щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы выйти из режима перемещения .

   Именованный узел VMR

Очистка компонента и установка параметров мемристора MR

1. Щелкните правой кнопкой мыши символ MR Memristor и выберите Move Component Text в контекстном меню.

2. Щелкните левой кнопкой мыши на ярлыке MR1 MEMERISTOR и перетащите его в положение под символом мемристора.

3. Щелкните левой кнопкой мыши в любом месте схемы, чтобы выйти из режима перемещения .

   Переместить текст компонента для мемристора MR1

Настройка моделирования переходных процессов модели мемристора MR1

1. Выберите вкладку Components на главной панели.

2. Откройте моделирования из выпадающего списка.

3. Щелкните и перетащите Transient Simulation , поместите его на схему и щелкните левой кнопкой мыши, чтобы разместить символ.

4. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

   Выбор симуляторов компонентов

   Моделирование переходных процессов

5. Дважды щелкните символ имитации переходного процесса , чтобы открыть диалоговое окно параметров настройки.

6. Введите 500 мс в поле параметров стоп .

7. Введите 101 в поле числового значения, чтобы установить размер шага 10 мс.

   Настройки моделирования переходных процессов

8. Нажмите Применить , чтобы сохранить изменения.

9. Щелкните OK , чтобы закрыть диалоговое окно свойств.

   Моделирование переходного процесса

Выберите директиву .Model для компонента MR Memristor

Модель MR Memristor сопровождается несколькими директивами модели, которые могут быть независимо применены к каждому экземпляру символа мемристора на схематическом представлении. Они выбраны из
Библиотеки табл. Компонент MR Memristor используется для определения нескольких моделей в Xyce. Эти
выбираются параметром уровня модели. Следующие уровни доступны для модели
MR Memristor в Xyce.

Наборы параметров хранятся в формате карты .Model для симуляторов, совместимых со SPICE.

level=2: мемристор TEAM, модель
level=3: мемристор Yakopcic, модель
level=4: мемристор Joglekar, модель
level=5 : Известная модель мемристора M-MSS

Xyce Memristor Technology Lib

ПРИМЕЧАНИЕ. Каждый из них соответствует указанным выше наборам параметров модели, которые можно выбрать из доступных моделей в Xyce Memristor Technology Library. Выбор .Model и назначение мемристорного компонента MR1 на схеме определяет моделируемую модель.

1. Выберите вкладку Libraries на главной панели.

2. Щелкните левой кнопкой мыши на Xyce_Memristor_Technology , чтобы расширить список.

   Примечание: в Xyce существует 4 различных уровня модели мемристора. Каждый из них соответствует набору параметров модели выше.

3. Выберите соответствующий файл MRM(X) для модели, которую вы хотите использовать. В данном случае MRM5

   Xyce Memristor Knowm MSS Model (MRM5)

   Knowm Memristor . Model Directive

4. Щелкните левой кнопкой мыши, чтобы поместить директиву .Model на схему.

5. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

   Мемристор Knowm MSS, модель

Выберите модель компонента мемеристора MR1

1. Дважды щелкните символ MR1 , чтобы открыть диалоговое окно параметров настройки.

2. Выберите строку MEMRISTOR 1.

3. Введите MRM5 в список параметров и поле спецификации модели.

   Настройки мемристора MR1

4. Нажмите Применить , чтобы сохранить изменения.

5. Щелкните OK , чтобы закрыть диалоговое окно свойств.

   Мемристор MR1 определяется как MRM5

Настройка Rinit .PARAM для модели MR Memristor

1. Выберите вкладку Components на главной панели.

2. Откройте специальные разделы SPICE из раскрывающегося списка.

3. Нажмите и перетащите .PARAM Раздел и поместите его на схему и щелкните левой кнопкой мыши, чтобы разместить символ.

4. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

   Компоненты, специфичные для SPICE

   Компонент SPICE .Param

5. Дважды щелкните символ .PARAM , чтобы открыть диалоговое окно параметров настройки.

6. Введите Rinit в поле параметров.

7. Введите 500 в поле значения, чтобы установить Rinit=500 Ом.

   .PARAM Настройки Rinit

8. Нажмите Применить , чтобы сохранить изменения.

9. Щелкните OK , чтобы закрыть диалоговое окно свойств.

   RInit .PARAM Директива

Настройка параметров документа (необязательно)

Для схем меньшего размера часто желательно добавить таблицы данных и графики на схему
. По умолчанию данные отображаются на отдельной вкладке после окончания моделирования.0160 завершено. Это поведение можно изменить, изменив настройки схематического представления.

1. Щелкните правой кнопкой мыши схему и выберите Настройки документа...

2. Выберите вкладку Моделирование .

3. Снимите флажок открыть отображение данных после симуляции в диалоговом окне.

   Текущие настройки документа

4. Нажмите Применить , чтобы сохранить изменения.

5. Нажмите OK , чтобы выйти из диалогового окна свойств.

Сохранение файла схемы

1. Нажмите кнопку Сохранить на панели инструментов.

   Кнопка панели инструментов «Сохранить»

2. Введите имя файла knowm_mr_test для схемы.

3. Нажмите Сохранить , чтобы сохранить схему в файл . sch .

Настройка параметров клавиатуры (дополнительно)

1. Откройте Системные настройки и выберите Клавиатура .

2. Затем установите флажок F1 , F2 , и т. д. в качестве стандартных функциональных клавиш.

   Изменить настройки клавиатуры для выбора F1, F2

   ПРИМЕЧАНИЕ. Вы можете изменить сопоставление клавиатуры для других клавиш в macOS, выбрав вкладку Shortcuts , а затем определить новые сопоставления клавиш в группе Keyboard .

Запустить моделирование

1. Нажмите F2 или выберите Simulate в меню Simulation или кнопку Run на панели инструментов.

   Кнопка панели инструментов запуска моделирования

2. Проверить моделирование на наличие ошибок или предупреждений . См. строку состояния в нижней части окна Qucs в правом нижнем углу .

   Окно внешнего моделирования

3. Нажмите Кнопка Exit , чтобы закрыть окно Simulation .

4. Вы можете просмотреть и сообщения, написанные симулятором, нажав клавишу F5 или выбрав Показать последние сообщения в меню Симуляторы.

   Сообщения моделирования Xyce

5. Текущий список соединений можно сохранить, нажав кнопку Сохранить список соединений в окне имитации.

   ПРИМЕЧАНИЕ. Клавиша F6 или Показать последний список соединений из меню Simulations в настоящее время отображает только последний список соединений для последней симуляции Qucsator . Если вы сохраните список соединений с помощью кнопки в окне моделирования, вы сможете открыть файл .cir в списке Others в дереве проекта.

   Qucs сгенерировал список соединений Xyce

6. Файл необработанных данных knowm_mr_test_tran. txt , созданный в результате моделирования переходного процесса, будет автоматически создан в папке $HOME/.qucs/qus4spice/ 9каталог 0004.

   





Проверка табличных результатов

1. Выберите вкладку Components на главной панели.

2. Откройте диаграммы из выпадающего списка.

   Диаграмма компонентов Табличные данные

3. Выберите Tabular и щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы разместить таблицу.

   Настройки табличных данных диаграммы

4. Двойной щелчок на тран.I(PR1) строка для добавления на график.

5. Дважды щелкните строку trans.V(VMR) , чтобы добавить ее на график.

6. Нажмите Применить , чтобы установить значение.

7. Нажмите OK , чтобы сохранить изменения.

   Отображение табличных данных

8. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

Создание графика зависимости тока и напряжения мемристора от времени

1. Выберите вкладку Components на главной панели.

2. Откройте диаграммы из выпадающего списка.

3. Выберите Cartesian , а затем щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы разместить символ.

   Диаграмма компонентов Декартова диаграмма

4. Выберите строку тран.V(VMR) , чтобы добавить ее на график.

   Диаграмма декартовых настроек VMR

5. Двойной щелчок на тран.I(PR1) строка для добавления на график.

   Диаграмма Декартовой настройки тока Pr1

6. Выберите транз.I(PR1) в окне Graph.

7. Выберите правую ось в раскрывающемся списке Ось Y: .

   Декартов I, V в зависимости от настроек графика времени

8. Нажмите Применить , чтобы сохранить изменения.

9. Щелкните OK , чтобы закрыть диалоговое окно свойств.

10. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

11. Щелкните левой кнопкой мыши в любом месте окна графика и используйте угловые маркеры захвата, чтобы изменить размер графика.

    Декартовский график зависимости I, V от времени

Создание графика гистерезиса

1. Выберите вкладку Components на главной панели.

2. Откройте диаграммы из выпадающего списка.

3. Выберите Cartesian , а затем щелкните левой кнопкой мыши на схеме, чтобы разместить символ.

   Диаграмма компонентов Декартова диаграмма

4. Дважды щелкните строку транз.I(PR1) , чтобы добавить ее на график.

   Декартова установка тока Pr1

5. Выберите транз.I(PR1) в окне Graph.

6. Выберите транз. V(VMR) в Plot Vs. выпадающий список.

   Обратите внимание, что Графический ввод изменяется на xyce/tran.I(PR1)@tran.V(VMR)

   Декартовы настройки графика I и V

7. Нажмите Применить , чтобы сохранить изменения.

8. Щелкните OK , чтобы закрыть диалоговое окно свойств.

9. Нажмите клавишу Esc , чтобы выйти из режима места.

10. Щелкните левой кнопкой мыши в любом месте окна графика и используйте угловые маркеры захвата, чтобы изменить размер графика.

    Декартовский I против V График гистерезиса

Это завершает базовое обучение.

Результаты моделирования переходных процессов

Вам также следует ознакомиться с документацией и другими примерами, перечисленными в документации Qucs 0.0.19 и Qucs-S 0.0.19, доступной в Интернете по следующим URL-адресам.

• Qucs 0.0.19 Справка: https://qucs-help. readthedocs.io/en/0.0.19/subcircuit.html
• Qucs-S 0.0.19 Справка: https://qucs-help.readthedocs.io/en/spice4qucs/SPICEComp.html
• Qucs-S Багтрекер: https://github.com/ra3xdh/qucs/issues

Домашняя веб-страница подпроекта

• Qucs-S: https://ra3xdh.github.io/

Другие ссылки

• Что такое Qucs?
• Что вообще можно установить из Sourceforge?
• Веб-сайт Qucs: http://qucs.sourceforge.net/

Основной репозиторий

• : https://sourceforge,net/p/qucs/git/ci/master/tree/

Зеркальный репозиторий

• : https://github.com/Qucs/qucs
• Списки рассылки: http://sourceforge.net/p/qucs/mailman/
• Форум: http://sourceforge.net/p/qucs/discussion/
• Трекеры ошибок:
  • http://sourceforge.net/p/qucs/_list/tickets
  • http://github.com/Qucs/qucs/issues
• Документация по исходному коду:
  • http://qucs.github.io/qucs-doxygen/qucs/index.html
  • http://qucs.

Время на прочтение
7 мин

Количество просмотров 2.4K

Qucs-S является программой с открытым исходным кодом для моделирования электронных схем. Qucs-S кроссплатформенный (поддерживаются Linux и Windows) и написан на С++ с использованием набора библиотек Qt. О базовых принципах работы с Qucs-S рассказывает моя предыдущая статья. Для работы Qucs рекомендуется использовать также открытый движок моделирования Ngspice. Актуальным релизом Qucs-S на текущий момент является версия 1.0.2.

В Ngspice начиная с версии 37 добавлена возможность моделирования матрицы рассеяния (иначе называемое моделирование S-параметров). Qucs-S также поддерживает данные вид моделирования начиная с версии 0.0.24. Моделирование S-параметров и анализ ВЧ схем всегда было ключевой возможностью симулятора Qucs, наследником которого является Qucs-S. Но для Qucs-S, имеются некоторые отличия, о которых будет рассказано далее. На КДПВ приведён пример моделирования полосового фильтра на диапазон 40 метров для любительского КВ трансивера.

Что такое S-параметры и для чего они нужны?

Кратко рассмотрим, что такое S-параметры четырёхполюсника. Четырёхполюсником является любая электронная схема, имеющая один вход и один выход. Если вход четырёхполюсника подключен к источнику переменного тока (генератору колебаний) с некоторым выходным сопротивлением Z1 , то часть энергии от источника передаётся на вход, а часть — отражается от входа. Такое же рассуждение справедливо и для выхода четырёхполюсника, к которому подключена нагрузка с сопротивлением Z2. Нормированные амплитуды падающей и отражённых волн можно связать через матрицу S-параметров.

Физический смысл S-параметров следующий:

• S11 — коэффициент отражения Γ1 от входа четырёхполюсника. Показывает степень согласования между источником входного сигнала (генератором колебаний) и входными цепями четырёхполюсника. Если S11 = 0, то вся энергия от источника входного сигнала проходит на вход четырёхполюсника без отражения.

• S12 — коэффициент обратной передачи. Показывает степень передачи энергии с выхода четырёхполюсника на вход.

• S21 — коэффициент передачи. Равен коэффициенту усиления по мощности четырёхполюсника.

• S22 — коэффициент отражения Γ2 от нагрузки. Показывает степень передачи энергии с выхода в нагрузку. Если S22 = 0, то вся энергия с выхода четырёхполюсника поглощается нагрузкой без отражения.

Матрицу S-параметров можно преобразовать в матрицы Y и Z-параметров. При этом Y-параметры представляют собой входную, выходную и проходную проводимость четырёхполюсника, а Z-параметры — сопротивления.

Объект моделирования

Прежде всего нужно убедиться, что Ngspice, используемый Qucs-S, имеет версию 37 или выше. Иначе моделирование S-параметров работать не будет.

Мы будем далее моделировать широкополосный усилитель высокой частоты (УВЧ) на биполярном транзисторе из книги Э. Реда «Высокочастотная схемотехника». Данный усилитель часто используется в схемах приёмников и трансиверов на любительские КВ диапазоны. Оригинальная схема из книги показана на рисунке.

Коэффициент усиления данной схемы примерно равен:

С тем, чтобы собрать данную схему в Qucs-S проблем возникнуть не должно. Размещаем все необходимые компоненты на поле схемы и соединяем проводами. В качестве транзистора будем использовать 2N5109, который часто применяется в подобных схемах. Модель данного транзистора находится в библиотеке «BJT extended», где её можно найти при помощи функции поиска. Итоговая схема показана на следующем рисунке. Ко входу и выходу усилителя подключены 50-омные порты. Про них будет пояснение далее.

ВЧ трансформатор в цепи коллектора транзистора состоит из двух индуктивно связанных катушек L1 и L2. Связь между катушками задаётся через специальный компонент называемый «К coupling». Его параметрами являются обозначения на схеме двух катушек и коэффициент связи между ними.

Задание моделирования

После того, как схема собрана, нужно задать виды моделирования. Так же, как и было в Qucs, для Qucs-S предусмотрен специальный вид моделирования «S-parameter simulation», который задаёт параметры расчёта матрицы рассеяния многопортовой схемы. Найти данный вид моделирования можно в левой части окна в группе «Simulations». В качестве параметров моделирования требуется задать начальную (Start) и конечную частоты (Stop), а также количество точек расчёта (Points). Поддерживается линейная и логарифмическая развёртка частоты.

ДиЧтобы произвести моделирование S-параметров, необходимо к каждому из портов схемы подключить специальный источник, называемый Power source. Данный компонент находится в группе «Sources». С обычным источником переменного напряжения (AC voltage source) моделирование S-параметров функционировать не будет. В нашем примере такие источники подключены к узлам in и out.

В качестве параметров источника следует задать номер порта (Num), сопротивление порта (Z , должно быть действительным числом) в Ом, мощность синусоидального сигнала (P) в дБмВт и частоту (f) в Гц.

Теперь, когда схема собрана, можно запускать моделирование. Для этого в главном меню выбираем Simulation->Simulate или нажимаем клавишу F2. Перед моделированием можно также посмотреть рабочую точку схемы на постоянном токе, нажав клавишу F8.

Если в схеме не было ошибок, то Qucs-S известит нас о том, что моделирование прошло успешно. После этого можно будет построить графики частотной зависимости S-параметров, для чего размещаем на поле схемы декартовскую (Cartesian) диагрмму. Ngspice после моделирования создаёт набор переменных, которые представляют собой S, Y, Z параметры многополюсника. Применять функции преобразования подобные stoy(), которые использовались в Qucs больше не требуется. Окно задания свойств диаграммы, в котором виден перечень переменных показано на скриншоте. Из названия переменных понятно, что они представляют. Всего у нас доступно 12 переменных, по четыре для каждого типа параметров S, Y, Z. По сравнению с Qucs, синтаксис данных переменных поменялся. Теперь номера портов задаются следом за буквой через символ подчёркивания.

Мы построим два графика. На одном будут параметры S11 и S22 (коэффициенты отражения от входа и выхода соответственно), а на другом параметры S21 (прямой коэффициент передачи) и S12 (обратный коэффициент передачи). Схема с размещёнными на её поле графиками показана на следующем скриншоте.

Видно, что схема обеспечивает равномерное усиление в полосе частот от 1 МГц до 30 МГц, что перекрывает весь КВ диапазон.

Обработка результатов моделирования S-параметров

Раньше в Qucs cуществовали математические функции подобные rtoswr(), специально предназначенные для использования совместно с моделирование S-параметров. Для Qucs-S с движком Ngspice такие функции больше не действуют. Нужно писать свои уравнения. В качестве примера рассчитаем КСВ по входу и выходу схемы и переведём коэффициент усиления схемы S21 в децибелы.

Как известно, КСВ связан с коэффициентом отражения Г следующим соотношением:

Теперь нужно составить уравнения Nutmeg – постпроцессора Ngspice. Для этого нажимаем в главном меню Insert→Insert equation. На схеме появляется специальный компонент, в котором задаётся уравнение. В свойствах уравнения выставляем тип моделирования, к которому оно относится. Для нашего случая это SP – моделирование S-параметров. Там же вписываем собственно уравнения, которые переводят прямой коэффициент передачи в децибелы и рассчитывают КСВ. Мы рассчитываем КСВ по входу и по выходу, и поэтому в качестве коэффициента отражения берём S11 и S22.

На схеме данный компонент выглядит следующим образом:

Теперь если запустить моделирование, то к списку переменных добавляется три новых переменных K, VSWRin и VSWRout, которые можно вывести на графики. Получаем следующие графики. На скриншоте они построены на отдельной вкладке.

Также имеется возможность получить вывод в децибелах без добавления уравнений на схему. Для этого нужно в свойствах диаграммы установить параметр «logarithmic left Axis Grid» и выбрать единицу измерений из выпадающего списка. В этом же окне на той же вкладке можно выбрать «Engineering notation» в списке «Number notation» и видеть по оси X отсчёт в мегагерцах, как на скриншоте выше. В том же диалоговом окне можно задать подписи по осям (Axis label).

Также в Qucs-S имеется возможность построить графики частотных зависимостей S-параметров на комплексной плоскости (Locus curve) или в виде диаграммы Смита (Smith chart). Пример такого графика для диапазонного полосового фильтра показан на скриншоте. Если поставить маркер на диаграмме Смита, то программа автоматически для S-параметра будет показывать значения соотвествующего Z-параметра. Например параметру S11 соответствует параметр Z11, который является входным сопротивлением схемы. Из диаграммы Смита видно, что в полосе пропускания фильтра оно равно около 50 Ом.

Дополнительные возможности для моделирования ВЧ схем

Старый Qucs поддерживал большое количество компонентов, представляющих различные микрополосковые линии и прочие СВЧ устройства. К сожалению, в Qucs-S эти компоненты пока не работают с движком Ngspice и поэтому спрятаны. Но работа по их возвращению запланирована https://github.com/ra3xdh/qucs_s/issues/94

Тем не менее в релизе 1.0.2 были добавлены два компонента INDQ и CAPQ, которые позволяют задавать катушку и конденсатор с добротностью, что удобно для анализа различных фильтров и усилителей. На скриншоте можно видеть пример реверсивного резонансного усилителя на полевых транзисторах конструкции В. Артёменко UT5UDJ, где используются такие катушки. Производится параметрическое моделирование зависимости коэффициента усиления от добротности катушки.

Также начиная с версии 0.0.24 в библиотеке компонентов доступен специальный компонент для кварцевого резонатора. При этом данный компонент сделан таким образом, чтобы его параметры было удобно задавать для моделирования кварцевых фильтров, применяющихся в любительских конструкциях КВ техники. На скриншоте можно видеть пример моделирования кварцевого QER фильтра ПЧ на частоту 8 МГц. Параметры кварцев на схеме измерены на настоящих кварцах в корпусе HC-49/U при помощи известного прибора nanoVNA и программы AMCP https://github.com/Battosai42/amcp/

Ресурсы по Qucs-S

• Сайт проекта: https://ra3xdh.github.io/

• Сайт Ngspice: https://ngspice.sourceforge.io/

• Репозиторий исходных кодов: https://github.com/ra3xdh/qucs_s

• Актуальный релиз: https://github.com/ra3xdh/qucs_s/releases/tag/1.0.2

• Страница на Boosty, где можно поддержать проект финансово: https://boosty.to/qucs_s

Для хорошей работы нужен хороший инструмент. И об инструментах электронщика можно разговаривать очень долго. Мультиметр, паяльник и осциллограф — это капля в море. Но есть один инструмент, про который легко забыть, потому что он «сам собой подразумевается».

Компьютер. Обычный персональный компьютер, правда, заряженый специальным софтом. В основном это САПР для схем и плат, а также среда разработки для прошивок. Но прежде чем мы ломанемся увековечивать мысль в текстолите, нужно обрести некоторую уверенность в своей схеме. Добиться этого можно по-старинке, расчетами на бумаге и макетированием. Однако, можно сделать иначе — прибегнуть к компьютерному моделированию. Ну а что, формул в электротехнике много, а компьютер по сути есть большой калькулятор.

В этой заметке хочется рассказать про Qucs. Он не так известен как Протеус или LTSpice, но вполне себе хорош. Кроме того, он относится к свободному ПО, что также дает ему бонусные очки. Правда, работа в Qucs имеет свои нюансы, которые сподвигли меня сделать небольшой видео-туториал (также на RT). Если вам нужен быстрый старт и «куда там тыкать» — рекомендую к просмотру. Здесь же я сфокусируюсь на впечатлениях, на сравнении Qucs и LTSpice, ну и попутно дам пару подсказок из упомянутого видео.

В самом начале работа в программе выглядит довольно простой. Создал проект и погнали рисовать. Библиотеки организованы вполне удобно, инструменты мыши тоже понятные. Единственное, что напрягало — это переворот компонентов при установке. Почему-то комбинация Ctrl+R работает только на установленном компоненте, а «в курсоре» элемент надо вращать правой кнопкой мыши. Впрочем, редактировать схему в Qucs мне все равно понравилось больше, чем в LTSpice.

Сложности для нового пользователя наступают тогда, когда дело доходит до моделирования. В принципе, основная идея такая же, как в LTSpice — на схеме размещается объект «блок моделирования», через который мы приказываем программе «копать от забора до обеда». Однако подход к пользователю у программ разный. Qucs требует ручного управления и полного понимания ситуации — блок моделирования ставим руками, имена цепей задаем явно, отображение результата также организуем вручную, добавляя нужную величину в свойствах таблицы или графика. LTSpice автоматизирует все эти вещи. Имена цепям давать не обязательно, достаточно тыкать в них «щупом», и график сам вылезет.

Справка в Qucs скудновата на обьяснение основ, но кроме нее вместе с программой распространяется официальный «быстрый старт» на английском — документ с несколькими упражнениями, разжеванными по шагам. Более того, в первом упражнении делают пару отступлений и знакомят с записью чисел, поддерживаемыми единицами измерения и форматом записи величин. В общем, хотя бы первые 20 страниц просмотреть стоит.

Потом, все же, возникают вопросы. Во-первых, сложность примеров в руководстве скачет — сразу за делителем напряжения на постоянном токе почему-то идет пример с характеристиками транзистора, а элементарный пример с полосой пропускания RC-фильтра задвинут в конец документа. Во-вторых, при беглом просмотре тех 46 страниц я так и не увидел способа измерения тока в произвольной ветке.

Вопрос с измерением тока рассмотрим поближе. В руководстве сказано, что названия величин в программе состоят из двух частей. Напряжение в узле node будет называться node.V, а ток через компонент name будет называться name.I. Все вроде бы понятно, но прикол в том, что мы можем наблюдать только величины из автоматически сгенерированного списка. В первом примере (делитель напряжения) список будет содержать только напряжения в узлах, которым мы явно задали метки, и ток через источник постоянного напряжения. Там нет токов через резисторы! При этом авторы руководства тонко пошутили над нами — в примере с транзистором измеряется ток через коллектор, да, но коллектор подключен напрямую к источнику напряжения. То есть ток коллектора равен току через источник питания, который в списке появится по-любому.

Как решается этот вопрос? Ставим в разрыв компонент «измеритель тока», как на картинке. Не особо элегантно, конечно, но в целом приемлемое решение.

В целом же работа в Qucs мне пока что понравилась. Эдакий «электротехнический MathCAD» — упор на гибкость в оформлении документа. Несмотря на пугающий номер версии с двумя нулями впереди, все выглядит цивилизованно В общем, попробуйте сами.