Тестирование программ схемотехнического моделирования

Цель тестирования программ схемотехнического моделирования состоит в определении их эксплуатационных характеристик, позволяющих оценить эффективность практического использования для проектирования схем и сопоставить новую программу с уже известными.
Одной из наиболее важных характеристик программ является точность моделирования. Ее оценка проводится на основе расчетов тестовых схем с заранее известными из теоретических вычислений выходными характеристиками. Такой подход возможен лишь для ограниченного числа простейших линейных тестовых схем. Для нелинейных схем достоверная оценка точности возможна только на основе сравнения результатов расчета с измеренными на реальных компонентах, схемах или тестовых структурах значениями выходных характеристик. Набор тестовых задач для оценки точности включает  в себя линейные RLC – схемы, генераторы, стабилизаторы, импульсные и логические схемы. На этом наборе здесь проведем сравнение рассматриваемых программ схемотехнического моделирования.

RLC - высокодобротный фильтр

Пример RLC – схемы высокодобротного фильтра приведен на рисунке. Аналитический расчет этой схемы показывает, что период огибающей выходного сигнала равен 6.28 секунды. Особенностью задачи является наличие слабозатухающих осциллирующих компонент в решении.

Fig 1
Результаты аналитического расчета
Результаты расчета по программе Micro-Cap
Результаты расчета по программе LTSpice
Результаты расчета по программе QucS

Анализ результатов моделирования показал, что наименьшая погрешность расчета у программы LTSpice, а наибольшая – у QucS. Micro-Cap занимает промежуточное положение.

Генератор

Тестовые схемы генераторов позволяют оценить характеристики программ по точности  на классах генераторных схем с положительными обратными связями.

Электрическая схема генератора
Результаты расчета по программе LTSpice
Результаты расчета по программе Micro-Cap
Результаты расчета по программе QucS

Генератор ударного возбуждения

Электрическая схема генератора
Результаты расчета по программе LTSpice
Результаты расчета по программе Micro-Cap
Результаты расчета по программе QucS

Из полученных результатов можно сделать вывод, что все три программы удовлетворительно справились с поставленными задачами.

Инвертор

Схема простого инвертора и составленные с ее помощью схемы цепочечного и разветвляющегося вида удобны для оценки мощности программ схемотехнического моделирования.

Электрическая схема инвертора
Результаты расчета по программе LTSpice
Результаты расчета по программе Micro-Cap
Результаты расчета по программе QucS

Мультивибратор

Помимо большого разброса постоянных времени, особенностью схемы мультивибратора является большая скважность генерируемых импульсов и малая длительность импульсов. Эта схема позволяет проверить возможность пропуска в процессе расчета узких генерируемых импульсов и оценить точность определения моментов переключения схемы в условиях изменения шага интегрирования на несколько порядков.

Электрическая схема мультивибратора
Теоретическая кривая выходного напряжения
Результаты расчета по программе LTSpice
Форма импульса, полученная по программе LTSpice
Результаты расчета по программе Micro-Cfp
Результаты расчета по программе Qucs

Анализ результатов моделирования показывает, что все три программы справились с определением скважности импульсов, а правильную форму импульса удалось получить только по программе LTSpice 

Триггер Шмидта

Схема триггера Шмидта, как и мультивибратора характеризуется большим разбросом постоянных времени. Она удобна для оценки эффективности алгоритма выбора шага интегрирования, используемого в программе моделирования

Элнектрическая схема триггера Шмидта
Результаты расчета по программе LTSpice
Результаты расчета по программе Micro-Cap
Результаты расчета по программе Qucs

Результаты расчетов показывают, что программы LTSpice и Micro-Cap справились с заданием, а программа QucS в выходном напряжении сгенерировала ложные колебания.