Amaç

​

Devre simülasyonları , "işinizi kontrol etmenin" kolay ve güçlü bir yoludur. Ayrıca, devre çalışması üzerinde ne gibi etkileri olduğunu görmek için bileşenlerin farklı değerlerini deneyerek “ne olursa olsun” görmenin en kolay yoludur. Tabi ki bunu yaparken; devreler hakkındaki bilginize dayanarak devre davranışının ne olacağını tahmin etmeye çalışmanız gerekecektir.

​

Tahmin edebileceğiniz gibi, ücretsiz simülasyon programları, simülatörü sağlayan şirketin ürettiği ve mutlaka diğer üreticilerin parçalarına gerek duymayan entegre devrelere sahiptir. Bununla birlikte; yeni başlıyorsanız, bu genellikle ciddi bir sınırlama değildir. Çünkü çoğu üreticinin geniş bir opamp ve diğer temel yapı taşı parçaları yelpazesi olacaktır.

​

Bir devrenin davranışını fiilen inşa etmeden önce simüle etmek, hatalı tasarımlar olarak bilinen tasarımlar yaparak ve elektronik devre tasarımlarının davranışı hakkında fikir vererek tasarım verimliliğini büyük ölçüde artırabilir.

 

Bir devre tasarımı simülasyonunun amacı, bir devre boyunca akımı ve gerilimi incelemek olduğundan, devrenin farklı yerlerine “problar” yerleştirmeniz gerekecektir. Bu problar, osiloskop veya multimetre gibi bir ölçüm cihazı için yer tutuculardır. Bu, devredeki farklı noktalarda voltaj ve akımın hızlı bir şekilde ölçülmesini sağlayacaktır. 

​

Giriş

​

Elektronik devre simülasyonu , gerçek bir elektronik cihaz veya devrenin davranışını kopyalamak için matematiksel modeller kullanır. Simülasyon yazılımı, devre çalışmasının modellenmesine izin verir ve paha biçilmez bir analiz aracıdır. 

 

Son derece hassas modelleme yeteneği nedeniyle, birçok kolej ve üniversite bu tür yazılımları elektronik teknisyeni ve elektronik mühendisliği programlarının öğretimi için kullanır . 

 

Elektronik simülasyon yazılımı, kullanıcılarını öğrenme deneyimine entegre ederek onların ilgisini çeker. Bu tür etkileşimler, öğrenenleri içeriği analiz etmeye, sentezlemeye , organize etmeye ve değerlendirmeye aktif olarak dahil eder ve öğrencilerin kendi bilgilerini oluşturmalarıyla sonuçlanır.

​

Bazı elektronik simülatörler , bir şematik düzenleyiciyi , bir simülasyon motorunu ve ekrandaki dalga biçimi görüntüsünü entegre ederek tasarımcıların simüle edilmiş bir devreyi hızla değiştirmesine ve değişikliklerin çıktı üzerinde ne gibi etkileri olduğunu görmesine olanak tanır. Ayrıca genellikle kapsamlı model ve cihaz kitaplıkları içerirler.

​

Bilgisayar devre simülasyonu , yeni devre fikirlerini inceleyebildiği ve sonuçlardan öğrenebildiği için harika bir öğrenme aracıdır. Bilgisayar simülasyonu, devre tasarlamada büyük bir yardımcıdır ancak devreyi sizin için tasarlamayacaktır.

​

Kullandığınız simülasyon paketi, simülasyonunuz tamamlandıktan sonra voltajı veya akımı (veya her ikisini) bir grafikte göstermelidir. 

 

Bazı simülasyon paketleri, probları devre modeline kendiniz yerleştirmenizi gerektirirken, diğerleri bir listeden devre elemanlarını veya diğer node ları seçmenize izin verir.

​

SPICE modellerini simülasyonunuzun bir parçası olarak dahil ettiğinizde, model içindeki voltajı ve akımı inceleyemezsiniz, ancak modele sinyal girişinin ve çıkışının nasıl davrandığını kolayca inceleyebilirsiniz. Bu sinyallerin karşılaştırılması, genel devrenize dahil edilecek uygun modeli veya bileşeni seçmek için yardımcı olabilir.

​

Devre Simülasyonu Nedir?

​

Devre simülasyonu, devrenin davranışını ve performansını tahmin eden ve doğrulayan çeşitli yazılım algoritmaları kullanılarak bir elektronik devre modelinin oluşturulduğu ve analiz edildiği bir süreçtir. 

 

Elektronik devrelerin, özellikle entegre devrelerin (IC'ler) imalatı pahalı ve zaman alıcı olduğundan, imalattan önce bir devre simülatörü kullanarak devrenin davranışını ve performansını doğrulamak daha hızlı ve daha uygun maliyetlidir.  

​

Doğruluk-performans/kapasite yelpazesinde çeşitli ihtiyaçları karşılayan farklı devre simülatörleri vardır. Spektrumun bir ucunda elektronik devrelerin doğru temsillerini çözen analog simülatörler bulunur. 

 

Yüksek doğruluk sunarlar ve genellikle küçük devreleri simüle etmek için kullanılırlar. Spektrumun diğer ucunda, tipik olarak donanım tanımlama dilleri (HDL) kullanılarak tanımlanan elektronik devrelerin işlevsel temsillerini kullanan dijital simülatörler bulunur. Bunlar en yüksek performans ve kapasiteyi sunar, ancak nispeten daha düşük doğruluk seviyelerindedir. Dijital simülatörler, çok büyük devreleri simüle etmek için yaygın olarak kullanılır.

​

Kısacası, bir devre tasarımının simülasyonu size bir sistemin çeşitli giriş sinyalleri için elektriksel davranışını söyleyecektir. Amaç, devrenin çeşitli yerlerindeki voltajı ve akımı belirlemektir. 

 

Simülasyonunuzu kesinlikle elle çalıştırabilirsiniz, yani Kirchoff yasalarını ve Ohm yasasını kullanarak devre boyunca voltajı ve akımı elle hesaplayabilirsiniz . Bununla birlikte, devre tasarımları daha karmaşık hale geldikçe, hesaplamaları elle yazmak en yetenekli mühendisler için bile zor olabilir. Bu noktada simülasyon paketi kullanarak kendinize önemli miktarda zaman kazandırabilirsiniz.

​

Tasarımınız diyot gibi aktif veya doğrusal olmayan cihazları içermeye başladığında, sistem daha da karmaşık hale gelir ve simülasyon bir seçenekten çok bir zorunluluk haline gelir. 

 

Bir simülasyon paketi size önemli miktarda hesaplama süresi kazandırsa ve analizi hızlandırsa da, doğru analiz stratejisi olmadan simülasyonunuzdan gerçek bilgiler elde etmek zor olabilir.

​

Bazı devreler, her bloğun girdi aldığı ve genel devrenin diğer bölümleri için çıktı ürettiği çoklu fonksiyonel bloklarla tasarlanmıştır. Yeni bir cihazın devresi bütün bir sistem olarak simüle edilebilir veya devre ayrı bloklar halinde simüle edilebilir. 

 

Devrenizi fonksiyonel bloklara bölerek tasarladıysanız, her blok için ayrı ayrı simülasyonlar çalıştırabilirsiniz. Bu, devrenin farklı bölümlerinin nasıl çalıştığına ve her bölümün bir giriş sinyalini nasıl dönüştürdüğüne dair önemli bir fikir verir.

​

Doğru simülasyon tipini seçmek (analog ve dijital, zaman alanı ve frekans taraması) gerçekten devrenin işlevselliğine bağlıdır. 

 

Devre ne tür bir giriş sinyali alacak? 

Analog girişler ve dijital veriler arasında dönüştürme yapıyor musunuz? 

Çıktının frekansa bağlı olması mı amaçlanıyor? 

Devrenin herhangi bir bölümünde geri bildirim var mı? 

 

Bu soruların cevapları ve daha fazlası, zaman alanında mı yoksa frekans alanında mı çalışmanız gerektiğini belirlemenize yardımcı olacaktır.

​

Simülasyon türleri

​

Kesinlikle analog elektronik devre simülatörleri olsa da, popüler simülatörler genellikle hem analog hem de olaya dayalı dijital simülasyon yeteneklerini içerir ve karışık mod simülatörleri olarak bilinir. Bu, herhangi bir simülasyonun analog, olaya dayalı (dijital veya örneklenmiş veri) veya her ikisinin bir kombinasyonu olan bileşenleri içerebileceği anlamına gelir. 

 

Bütün bir karışık sinyal analizi , tek bir entegre şemadan yürütülebilir. Karma modlu simülatörlerdeki tüm dijital modeller, yayılma süresi ve yükselme/düşme süresi gecikmelerinin doğru bir şekilde belirlenmesini sağlar.

​

Karma modlu simülatörler tarafından sağlanan olaya dayalı algoritma genel amaçlıdır ve dijital olmayan veri türlerini destekler. 

 

Örneğin, öğeler DSP işlevlerini veya örneklenmiş veri filtrelerini simüle etmek için gerçek veya tamsayı değerleri kullanabilir.

​

Gerçek devre yapımından önce simülasyon yapmak neden önemlidir?

​

Yeterince karmaşık devreler için bir simülasyonu bir araya getirmek, bir prototip oluşturmaktan çok daha hızlı ve daha ucuzdur. Fikirlerinizi doğrulayarak, istenen sonucu elde etmek için bileşen değerlerini değiştirerek kendinize zaman kazandırırsınız. 

 

Bir breadboard üzerinde inşa etmeye ancak, işinizin işe yarayacağından makul ölçüde emin olduktan sonra başlarsınız. O zaman bile şaşırabilirsiniz, çünkü dedikleri gibi teori ve pratik arasındaki fark sizi bazen şaırtabilir.

 

Tüm simülasyonlar basitlik için varsayımlarda bulunur. Hızlı hareket etmenizi ve karmaşık devreleri hızlı bir şekilde bir araya getirmenizi sağlarlar, ancak dikkat etmezseniz sizi ısırabilirler.

​

Ve elbette, bir breadboard üzerinde fiziksel olarak bir şey inşa edemediğiniz durumlar vardır. Örneğin, bir IC tasarlıyorsanız, her bir fiziksel test çalıştırması size büyük miktarda $$$' a mal olacaktır.

​

Bir düşünce, projenin çalışacağına inandığımız yol ve diğeri gerçek şeyler, sistemler başıboş kapasitanslar nedeniyle yüksek frekansta salınım eğilimindedir ve sonuçlar bileşenler açısından oldukça pahalı olabilir, bir simülasyon bu beklenmedik davranışları maliyetsiz olarak gösterir.

​

Prototip ve nihai proje arasında, ayarlamak için birkaç versiyon geliştirebiliriz, yazılım simülatörleri aradaki boşluğu azaltmak için oldukça faydalıdır.

​

Simülasyon, işlerin nasıl tepki verdiğini görmenin basit bir yoludur. Biraz zaman alır ve hızlı bir kontroldür çünkü neyin yanlış gittiğini bilmediğiniz bir devrede hata ayıklamak çok daha uzun sürebilir. Bir devrede hata ayıklarken kontrol etmeniz için size bir temel sağlar.

​

Tabiki şunu da belirtmekte fayda var; 

 

Her zaman "prototip montajı ve prototipin çalıştırılmasından önce simülasyon yapmak önemli değildir. Edison, Tesla, Marconi ve bu kalabalığın geri kalanı öncü işlerini nasıl yaptılar? 

 

Evet, bu günlerde, önerilen bir tasarımı simülasyon yoluyla çok verimli bir şekilde ince ayar yapabileceğiniz veya başka bir şekilde kontrol edebileceğiniz doğrudur. Ancak bazen, zaman ve maliyet kısıtlaması varsa ve özellikle devre hakkındaki genel anlayışınız veya hissiniz çalışacağı yönündeyse bu şekilde ilerleme de yapabilirsiniz. Son olarak şunu da söyleyebilirim;  elbette, simülasyonlar kusursuz değildir.

​

Bir Devre Simülatörü Herhangi Bir Devreyi Anlamanıza Nasıl Yardımcı Olur?

​

Devre Davranışının Simüle Edilmesi

 

Devre simülatörü, bir elektronik cihaz oluşturmadan önce devre davranışını simüle etmek için kullanılabildiğinden, verimli devre tasarımının anahtarlarından biri haline gelmiştir. Bu süreç, pahalı malzemelerde maliyetlerin düşürülmesine ve pratik olmayan bileşenlerin daha iyi performans gösteren alternatiflerle değiştirilmesine yol açabilir. 

 

Tasarımcı, önerilen bir devreyi oluşturmadan önce bir yazılım programında görüntüleyerek verimliliği artıran değişiklikler yapabilir.

​

Devre Simülatörlerinin Faydaları

​

• Her devre hattı için voltaj ve akım analizi

• Voltaj girişlerine devreleri çizin ve reaksiyonları test edin

• Bileşenlerin işlevlerini anlamak

• LTSPice gibi bazı devre simülatörleri ücretsizdir

​

Herhangi Bir Devre Nasıl Daha İyi Anlaşılır?

 

Herhangi bir devreyi anlamanın anahtarlarından biri giriş ve çıkışlara odaklanmaktır. Bir analog devre için, işlendiğinde bir sinyale ne olduğunu ve bir giriş değerinin değiştirilmesinin çıkışı nasıl etkilediğini anlamak önemlidir. Bu analiz devrenin işlevini ortaya çıkaracaktır. 

 

Analog işlevlerin birden çok yeteneği vardır. Örneğin:

​

• Dönüştürmek (Convert)

• Röle anahtarını tetiklemek

• Zamanlama

• Filtreleme frekansları

• Amplifikasyon

​

Devre işlevlerini daha net anlamanın yararlı bir yolu, Giriş/Çıkış etkinliğini analiz ederken süreci aşamalara ayırmaktır. Giriş voltajını ayarlarken devrenin farklı kısımlarını inceleyerek, farklı parametrelerin ve bileşenlerin çıkışı nasıl etkilediğini değerlendirebilirsiniz.

​

Devreleri simüle eden bir uygulama kullanmak, bir devrenin şematik diyagramındaki bileşenlerin işlevlerini ve bunların genel tasarım ve süreci nasıl etkilediğini anlamak için uzun kılavuzları okumaktan size zaman kazandıracaktır.

​

Sonuç olarak; yazılım tabanlı bir devre simülatörünün temel amacı, bir devrenin düzgün ve verimli çalışacağından emin olmak için inşa edilmeden önce test etmektir. Tasarımcının devre kartı basılmadan önce son değişiklikleri yapması için bir şans. Esasen bir devrenin dijital prototipini analiz etmeyi ve belirli koşullar altında nasıl davranacağını simüle etmeyi içerir.

​

Simülasyonda mevcut zorluklar nelerdir?

​

Simülasyon araçları son yıllarda büyük ilerlemeler kaydetti. Bununla birlikte, yeteneklerin daha da geliştirilmesi ve genişletilmesi memnuniyetle karşılandı.

 

Kullanılan Program tool' una bağlı olarak, aşağıdaki 'isteklerden' bazıları veya tamamı herhangi bir tool' da sağlanabilir:

​

A) Bir simülasyon aracının özü

​

– Sezgisel kullanım (çoğu mühendis kılavuzlardan hoşlanmaz)
– Doğru model ve eleman kitaplıkları (mümkün olduğunca basit)
– Hızlı modeller/yüksek simülasyon hızı
– Makrolar ve alt devre yetenekleri
– Bir simülasyonun tüm özelliklerine iyi erişim (simülasyon sonunda ve simülasyon sırasında)
– Tüm bir modelin genel kayıp hesaplaması.

​

B) Çevre

​

– Ek görevler için araç kutuları (analiz, güç elektroniği olmayan görevlerin simülasyonu, vb.)
– Diğer programlara açık (veri içe ve dışa aktarma)
– Diğer işlemcilerde uygulama için bir simülasyon bloklarının otomatik kod üretimi (örneğin, C'de bir DSP'de

   simüle edilmiş bir kontrolörün uygulanması)
– Genişletilmiş çevrimiçi yardım
– "Program Tool" üreticisi tarafından kullanıcı desteği
– Modellerin (aynı) simülasyon programının çeşitli sürümleri arasında aktarılabilirliği
- Daha düşük fiyatlar.

​

Simülasyon yapmanın avantajları ve dezavantajları

​

Avantajlar:

​

• Devreyi simülatörde kurmak gerçek hayatta olduğundan çok daha hızlıdır.

• İlk başta işe yaramazsa, zarar vermez. Ayarlanması ve iyileştirilmesi kolaydır.

• Farenin bir tıklamasıyla devredeki herhangi bir düğüme erişebilirsiniz, bu da hata ayıklamayı çok daha hızlı hale getirir.

• Fiziksel olarak sahip olmadığınız bileşenleri deneyebilirsiniz.

​

Yukarıdaki maddelere ek olarak aşağıdakiler de söylenebilir;

​

Simülatörlerin başlıca avantajlarından biri, gerçek dünya sistemlerini tasarlarken kullanıcılara pratik geri bildirim sağlayabilmeleridir. Bu, tasarımcının sistem fiilen inşa edilmeden önce bir tasarımın doğruluğunu ve verimliliğini belirlemesini sağlar. 

 

Sonuç olarak, kullanıcı, sistemleri fiilen fiziksel olarak inşa etmeden alternatif tasarımların yararlarını keşfedebilir. Sistemin inşa aşamasından ziyade tasarım aşamasında belirli tasarım kararlarının etkilerini araştırarak, sistemi inşa etmenin toplam maliyeti önemli ölçüde azalır. Örnek olarak, entegre devrelerin tasarımını ve üretimini düşünün. 

 

Tasarım aşamasında, tasarımcıya bileşenlerin yerleştirilmesi ve bağlantı hatlarının yönlendirilmesi gibi konularda sayısız karar verilir. 

 

Tüm potansiyel tasarımları, ilgili performanslarını değerlendirmenin bir aracı olarak fiilen imal etmek çok maliyetli olacaktır. Bununla birlikte, bir simülatörün kullanılması yoluyla, kullanıcı, devreleri fiilen üretmeden her tasarımın göreceli üstünlüğünü araştırabilir. 

 

Devre simülatörü, tasarımların davranışını taklit ederek, tasarımcıya alternatif tasarımların doğruluğu ve verimliliği ile ilgili bilgi sağlayabilir. Her tasarımın sonuçlarını dikkatlice tarttıktan sonra, en iyi devre üretilebilir. 

​

Simülatörlerin bir başka faydası da, sistem tasarımcılarının bir problemi birkaç farklı soyutlama seviyesinde incelemesine izin vermeleridir;

 

Tasarımcı, bir sisteme daha yüksek bir soyutlama düzeyinde yaklaşarak, sistem içindeki tüm üst düzey bileşenlerin davranışlarını ve etkileşimlerini daha iyi anlayabilir ve bu nedenle genel sistemin karmaşıklığına karşı koymak için daha donanımlı hale gelir. Soruna daha düşük bir düzeyden yaklaşılmış olsaydı, bu karmaşıklık tasarımcıyı basitçe bunaltabilirdi. 

 

Tasarımcı, simülatörün kullanımı yoluyla daha yüksek seviyeli bileşenlerin çalışmasını daha iyi anladıkça, daha düşük seviyeli bileşenler daha sonra tasarlanabilir ve ardından doğrulama ve performans değerlendirmesi için simüle edilebilir. 

 

Tüm sistem “yukarıdan aşağıya” tekniğine dayalı olarak inşa edilebilir. Bu yaklaşım genellikle şu şekilde adlandırılır: hiyerarşik ayrıştırma. Bu yaklaşım, karmaşık sistemlerin inşasıyla ilgilenen herhangi bir tasarım aracı ve simülatöründe esastır. 

 

Örneğin, devrelerle ilgili olarak, bir mikroişlemciyi yazmaçları, aritmetik mantık birimleri, çoklayıcılar ve kontrol birimleri açısından düşünmek genellikle yararlıdır. Bu daha yüksek seviyeli varlıkların inşasına, ara bağlantılarına ve ardından simülasyonuna izin veren bir simülatör, tasarımcının sadece basit mantık kapıları oluşturmasına ve bağlamasına izin veren bir simülatörden çok daha kullanışlıdır. 

 

Daha yüksek düzeyde bir soyutlamada çalışmak, üst düzey tasarımın fizibilitesini ve pratikliğini incelemek amacıyla ön sistemlerin hızlı bir şekilde tasarlandığı hızlı prototiplemeyi de kolaylaştırır .

​

Üçüncüsü, simülatörler, öğrencilere kavramları öğretmek veya göstermek için etkili bir araç olarak kullanılabilir. Bu, özellikle bilgisayar grafiklerini ve animasyonu akıllıca kullanan simülatörler için geçerlidir. Bu tür simülatörler, simüle edilen sistemin tüm bileşenlerinin davranışını ve ilişkisini dinamik olarak gösterir ve böylece kullanıcıya sistemin doğası hakkında anlamlı bir anlayış sağlar. 

 

Örneğin bir devre simülatörü düşünün;

 

Girişler, bileşenler tarafından tüketilirken ve çıkışlar ilgili fanoutlar üzerinden üretilirken sinyallerin izlediği yolları göstererek, öğrenci devre içinde neler olduğunu gerçekten görebilir ve bu nedenle devrenin dinamiği için daha iyi bir anlayışa sahip olur. 

 

Böyle bir simülatör; öğrencilerin hızlanmasına, yavaşlamasına, anlamaya yardımcı olmak için bir simülasyonu durdurabilir veya hatta tersine çevirebilir. Bu, özellikle ilk incelemede hemen sezgisel olmayan geri besleme döngüleri veya diğer işlemleri içeren devreleri simüle ederken geçerlidir.

​

Dezavantajlar:

​

• Çalışırsa, yine de gerçek devreyi kurmanız gerekir.

• Bileşenleri tam doğrulukla simüle etmez. Simülasyon ve gerçeklik arasında her zaman bazı farklılıklar vardır.

​

Bununla birlikte, devre simülatörleri her zamankinden daha doğrudur ve elektronik mühendisleri için vazgeçilmez bir araçtır. Geliştirme süresini ve maliyetini azaltırlar. 

​

Simülasyon ve Ölçüm Yapmak Arasındaki Fark Nedir?

​

Simülasyon ve ölçüm, elektronik tasarım süreci için esastır. Nasıl farklılar? Dalga formlarından bahsediyorsak, umarım çok az fark vardır. Simüle edilmiş dalga formlarınızın her zaman laboratuvar ölçümleriniz gibi görünmesini istersiniz. Ancak, hem ölçüm hem de simülasyonun yetenekleri ve sınırlamaları arasındaki farkları anlamak, bunun gerçekleşmesi için çok önemlidir. Simülasyon ve ölçüm, elektronik tasarımınızın performansına ilişkin benzersiz bilgiler sağlar ve birçok yönden birbirini tamamlar.

​

Gerçek Cevap Nedir?

​

Gerçek fiziksel donanıma dayandığından, ölçümün sistem performansının ne olduğuna ilişkin gerçek yanıtı sağladığını iddia etmek caziptir. Ancak elektronik devreleri ölçtüğümüzü ve bunu yapmak için devreyi değiştirmemiz gerektiğini hatırlamak önemlidir. Aslında, ölçüm ekipmanının kendisi bir dizi elektronik devrenin yanı sıra yazılımdan oluşur.

​

Elektriği ölçmek, bir tahta parçasını ölçmekten çok farklıdır. Mezurayı çıkardığınızda, ahşabın 2,35 metre uzunluğunda olduğunu bilirsiniz. Ancak elektriği göremeyiz, bu yüzden onu yorumlamak ve bir voltaj-zaman grafiği gibi anlayabileceğimiz bir şekilde görüntülemek için osiloskop gibi bir makineye ihtiyacımız var. Bu nedenle, ölçümün elektriği doğru yorumladığına güvenmemiz gerekiyor, bu da sadece mezura şirketindeki adamın tüm işaretleri doğru yere koyduğuna inanmaktan ziyade nasıl çalıştığını biraz daha fazla anlamayı gerektiriyor.

​

Simülasyon ve Ölçüm Çeşitleri

​

Elektronik için birçok simülasyon türü vardır: dijital, analog, sinyal bütünlüğü, güç bütünlüğü ve hatta termal simülasyon. 

 

Modern elektronikte kullanılan en yaygın simülasyon türlerinden biri, dijital veri yollarının analog özelliklerine odaklanan sinyal bütünlüğüdür. 

 

Sinyal bütünlüğü simülasyonunun temel amacı, sinyallerin voltaj-zaman dalga formlarını analiz ederek dijital olanların bire ve sıfırların sıfıra benzediğini doğrulamaktır. Bu dalga biçimleri genellikle bir dizi birkaç bit veya bazen birbiri üzerine bindirilmiş çok uzun bit dizileri olarak görülür.

​

Sinyal dalga biçimleri de bir osiloskopta ölçülebilir. Osiloskop, sinyal dalga biçimini yakalamasını sağlayan bir prob veya SMA kabloları aracılığıyla bir baskılı devre kartı (PCB) üzerindeki sinyal alıcısına bağlanır. Osiloskop, çok uzun bir bit dizisi için bir veri akışını ölçerek bir göz diyagramı oluşturan bir moda yerleştirilebilir ve her ölçüm örnekleme noktası, göreceli "yoğunluğu" gösteren bir resim oluşturulana kadar birbirinin üzerine yerleştirilir.

​

​

Simülasyonda Domain(Alan) kullanımı

​

Zaman Alanı (Time Domain) Simülasyonu Ne Zaman Kullanılır?

 

SPICE tabanlı simülatörlerde, zaman alanında çalışmak, belirli bir giriş sinyali için bir çıkış sinyalinin davranışını incelemek için standart yöntemdir. Bunun birkaç nedeni var.

​

İlk olarak, zaman alanında çalışmak, devre boyunca akım ve voltajın zaman içindeki her noktada sayısal olarak hesaplanmasını sağlar.

​

Bir devredeki geçici davranışı bir darbeye (yani, bir delta fonksiyonu giriş sinyaline) veya bir adım yanıtına (yani, giriş voltajı kapalı konumdan açık konuma geçer) incelemeniz gerekiyorsa, o zaman bir zaman alan simülasyonu kullanmak isteyeceksiniz.

​

Çoğu SPICE tabanlı paket, bir darbe giriş sinyali içeren önceden oluşturulmuş simülasyonlara sahiptir ve bu tür girişlere verilen geçici yanıtı incelemeyi çok kolaylaştırır.

​

Bir sinyalin rastgele bir giriş sinyaline tepkisini incelemek istiyorsanız, o zaman bir "zaman alanı(domain)" simülasyonu da idealdir. Temelde istediğiniz herhangi bir giriş sinyalini tanımlayabilirsiniz ve bu sinyaller tekrar eden bir dalga biçimi (örneğin testere dişi dalgası, üçgen dalga veya dijital darbeler) olabilir.

​

Ardından, devrenin giriş sinyalini nasıl manipüle ettiğini incelemek için giriş ve çıkış voltajını "üst üste bindirebilirsiniz". Giriş sinyalini değiştirdikçe devrenin nasıl çalıştığı hakkında daha iyi bir fikir edinebilirsiniz.

​

Frekans Alanı Simülasyonu Ne Zaman Kullanılır?

​

SPICE tabanlı simülatörlerde, "zaman alanında" çalışmak, keyfi bir giriş dalga biçimine sahip bir devrenin davranışını incelemek için veya devre tek bir AC frekansında çalıştırıldığında standart yöntemdir. Bununla birlikte, devrenizin bir dizi frekansta çalışması gerekebilir ve devrenin her frekansta nasıl tepki verdiğini belirlemeniz gerekecektir. Bu, bir frekans alanı simülasyonu gerektirir.

​

SPICE tabanlı simülatörler sayısal modeller olduğundan, sonuçları bir devre için analitik transfer fonksiyonuna dayandırmazlar. Çok karmaşık devre modellerinde, özellikle modele aktif veya doğrusal olmayan bileşenler dahil edildiğinde transfer işlevi açık olmayabilir.

​

Devrenizin davranışını farklı sürüş frekanslarıyla analiz etmek için bir AC taraması kullanmak isteyeceksiniz.

Simülatör daha sonra çıkış sinyalinin genliğini ve fazını karşılaştıracak ve bunları grafiklerde gösterecektir. Bu size devreniz için bir transfer fonksiyonu oluşturmak için ihtiyacınız olan tüm bilgileri verir.

​

Farklı dalga biçimleri arasında dönüşüm yapan bir devrenin (örneğin, bir Schmitt tetikleyicisi ile) frekans taramaları kullanılarak analiz edilmemesi gerektiğine dikkat edilmelidir.

​

Simülasyonun amacı, zaman alanındaki dalga formunun kalitesini analiz etmek olmalıdır, bu nedenle bir zaman alanı simülasyonu kullanılmalıdır.

​

Bununla birlikte, en iyi SPICE paketlerinin keyfi bir spektrum üzerinde bir frekans taraması gerçekleştirmenize izin vereceğini, yani giriş sürüş sinyallerinin genliğini ve frekansını seçebileceğinizi unutmayın.

​

Bu, bir sinyalin elektriksel darbelere, bozuk dijital darbelere veya diğer herhangi bir keyfi yinelenen dalga biçimine karşı davranışını incelemek için iyi bir yoldur.

​

Bu durumda simülasyonu çalıştırmadan önce istenen girişin Fourier spektrumunu bilmeniz gerektiğini unutmayın.

​

Bir devre tasarımının simülasyonu, davranışını "zamansal ve frekans alanında" incelemenize yardımcı olur ve Spice programlarıyla çalışırken her iki analiz de kolaydır.

​

​

Simülasyon araçlarının güç elektroniğinde kullanımı

​

Son yirmi yılda simülasyon araçları, güç elektroniğinin gelişimindeki büyük ilerlemeye önemli katkılarda bulunmuştur. Pazara sunma süresi kısaltıldı ve geliştirme maliyetleri önemli ölçüde azaldı. Düşen maliyetler, artan hız ve hassasiyetin yanı sıra yeni uygulama alanları açtı.

​

Günümüzde sürekli (continuous) ve anahtarlamalı(switch-mode) devreler karıştırılabilmektedir. Rahat, bir dizi güçlü simülasyon aracı mevcuttur. Kullanıcılar, uygulamalarına en uygun olanı seçmelidir.

​

Burada basit bir kural geçerlidir: Mevcut en iyi simülasyon aracı, kullanıcının zaten alıştığı araçtır (görevi çözebilmesi şartıyla). Yetenekler, hız, kullanım kolaylığı ve diğer özellikler, zaten güçlü ve rahat olmalarına rağmen sürekli olarak geliştirilmektedir.

​

Güç yarı iletkenlerinin basitleştirilmiş modelleri kullanılarak, bir "H-Bridge" devre için time-continuous (zaman-sürekli) bir Matlab/Simulink modeli tanımlanıp kolaysa simülasyon yapılabilmektedir.

​

"Güç elektroniği o kadar önemli bir konudur ki; bir mühendisin hayatının üçte birini bu konuya ayırması gerektiğini düşünüyorum. Güç kaynağı yoksa diğer analog/dijital devreleriniz çalışmaz. yazılımınız çalışmaz. bunu unutmayınız. Dolayısıyla güç devreleri çok iyi simüle edilip analiz yapılmalıdır."

​

Simülasyon, güç elektroniği alanında çok önemli bir araçtır. Simülasyon aşağıdaki kolaylıkları bize sunmaktadır;

​

– Geliştirme zamanından tasarruf,
– Maliyet tasarrufu (‘yanmış güç devreleri pahalı olma eğilimindedir),
– Fonksiyonun daha iyi anlaşılması,
– Kritik durumların ve operasyon bölgelerinin test edilmesi ve bulunması,
– Sistem ve kontrolün hızlı optimizasyonu.

​

Bugün, simülasyon yardımı olmadan güç elektroniği geliştirme görevini hayal etmek zor.

​

Genel olarak, çok sayıda entegrasyon yöntemi ('çözücü') mevcuttur. Hepsinin avantajları ve dezavantajları var. Ancak genel olarak, hepsi ayrık zamanlı bir toplamı yalnızca integralin bir yaklaşımı olarak hesaplar. Bu nedenle, entegrasyon algoritması bir simülasyonun sonucu için çok önemlidir. Uygun olmayan bir algoritma, uzun simülasyon sürelerine ve/veya yanlış sonuçlara yol açabilir.

​

​

EMC açısından simülasyon yapılabilir mi?

​

Elektromanyetiklerin fiziği ve matematiği onlarca yıldır iyi anlaşılmıştır. Ancak etkili bir simülasyon aracı yapmanın anahtarı, doğruluktan ödün vermeden pratik hesaplamalı performans seviyeleri oluşturabilmektir. Ve bu, sorunun sadece bir kısmıdır. Diğeri, fiziksel yapıları doğru bir şekilde modellediğinizden emin olmaktır.

​

Örneğin bir PCB'de, doğru şekilde modellenmesi gereken en önemli şeylerden biri kart yığınıdır(Stack-up). Bu, kart üreticisi tarafından kullanılan kesin dielektrik yüksekliklerini ve dielektrik malzemenin özelliklerini, özellikle dielektrik sabitini ve kayıp tanjantını anlamak anlamına gelir. 

 

Ek olarak, PCB' de kullanılan bakır, kesin bakır ağırlığı, aşındırma işleminden iz genişliğindeki değişiklikler ve bakırın gerçek dokusu veya yüzey pürüzlülüğü dahil olmak üzere uygun şekilde modellenmelidir.

​

Uygun olmayan kart yığını modellemesi, simülasyon ve ölçüm arasında var olabilecek ana tutarsızlık kaynaklarından biridir.

​

Simülasyon tool ları ve komponent modellemeleri ilerdikçe, EMC konusunda da simülasyon yapılabilir hale gelmiştir. Özellikle İletilen Emisyonlar (Conducted Emission) için simülasyon yapılabilmektedir.

​

Ayrıca aşağıdaki gibi Yayılan Emisyonlarda(Radiated Emission) için de küçük ve basit denemeler yapılabilir.

​

EMC Açısından Toplu Akım Enjeksiyonu ile Yayılan Emsiyonları Simüle Etme

​

Bu gösteride, kablolara RF enjekte etmek için ev yapımı bir akım probu ters olarak kullanılmıştır.

​

Bu teknik, tam bir sistemi RF aydınlatmasına tabi tutmanın pratik olmadığı veya çok pahalı olmadığı durumlarda kullanılır. İyi bir örnek bir uçaktır. Bir test tesisi odasına bir jumbo jeti park etmek yerine, yerleşik ekipmanın bağışıklığını test etmek için kablo demetlerine RF enjekte edilir. Bu, anten görevi gören ve emisyonları ekipmana taşıyan kabloları ve telleri simüle eder.

​