这个 Java 小程序是电子电路模拟器。启动时会显示一个简单的电感、电阻、电容串联电路。绿色表示正电压,灰色表示接地,红色表示负电压。移动的黄色圆点表示电流。
点击开关即可接通或断开。把鼠标移到任意器件上,窗口右下角会显示器件的简短说明与当前状态。要修改器件,例如改变某个电阻的阻值,可把鼠标移到该器件上,点击鼠标右键;在 Mac 上也可按住 Control 点击,然后选择“编辑”。
窗口底部有三个类似示波器的图形,每个图形显示一个器件两端的电压与通过它的电流。电压用绿色表示,电流用黄色表示;如果电压曲线覆盖了电流曲线,可能看不到电流。示波器窗口还显示电压峰值。把鼠标移到示波器上,相应器件会高亮。右键点击示波器可以修改或移除它。右键点击器件并选择“在示波器中查看”,可以把器件加入示波器。
如果模拟运行得过慢或过快,可以使用“模拟速度”滑条调整。
“文件”菜单用于加载或保存电路描述文件。还可以把电路描述导出为链接,与其他人分享;也可以选择缩短链接,通常会更方便。
“重置”按钮把电路恢复到合理的初始状态。“运行/停止”按钮用于停止模拟。“模拟速度”滑条调整模拟速度;如果电路不依赖时间,也就是没有电容、电感或随时间变化的电压源,调整速度不会产生影响。“电流速度”滑条调整圆点移动速度,适用于电流过小或过大、导致圆点移动过慢或过快的情况。
“电路”菜单提供一些预设的有趣电路。选择电路后,可以自由修改。
要添加器件,在窗口的空白区域右键点击,选择所需器件,再点击第一个端点的位置,拖动到另一个端点的位置。菜单可以添加以下器件:
导线。
电阻;添加后右键点击并选择“编辑”,即可调整阻值。
电容;使用“编辑”调整电容量。
电感、开关、晶体管等。
电压源,可以是单端或双端。单端电压源以接地作为另一个端点。右键点击并选择“编辑”,可以修改电压与波形,包括直流、交流正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲。对于非直流电压源,还可以修改频率与直流偏置。
运算放大器;默认采用未画出的 −15 V 与 +15 V 电源限制,可以通过“编辑”调整。
文本标签;通过“编辑”对话框修改文字。
测试点;它不影响电路。选中测试点,再通过右键菜单选择“在示波器中查看”,可以查看两个端点之间的电压差。
“其他”子菜单还提供一些通过点击和拖动来移动电路局部的操作。
按住 Alt 点击并拖动,可以平移整个电路。使用鼠标滚轮或“编辑”菜单中的缩放命令放大或缩小。
右键点击示波器可以打开其设置菜单。菜单用于移除示波器、加快或减慢显示、调整刻度、选择要查看的物理量等。
时间步长是模拟器相邻两次迭代之间的时间间隔。更小的步长可以提高精度,但会减慢模拟速度;模拟高频信号需要更小的步长。对于实时运行的电路,更大的步长可能更合适。通过“编辑 → 其他选项”修改时间步长。
“文件 → 恢复自动保存”可以找回关闭模拟器窗口时丢失的电路。如果恢复无效,可以尝试“编辑 → 撤销”。
“文件 → 求直流工作点”适用于需要很长时间才能达到有效状态的电路;这个选项会立即给所有电容充电。
使用模拟器时可能遇到以下错误:
“电压源回路没有电阻”:表示某个电压源被短路。请确保每个电压源的回路都有一定电阻。
“电容回路没有电阻”:不允许由电容组成而没有电阻的电流回路。例如,教程中的并联电容需要串入电阻。电容被短路是允许的。
“矩阵奇异”:电路约束互相矛盾,例如两个不同电压的电压源直接相连,或某处电压未定义。这也可能表示器件端点没有连接;例如新添加的运算放大器尚未连接任何其他器件时,会出现这个错误。
“求解未收敛”:模拟器无法确定电路应处于什么状态。可以点击“重置”尝试恢复。电路可能过于复杂,但某些示例有时也会出现这种情况。
“传输线延迟过大”:传输线延迟相对于模拟时间步长过大,所需内存太多。请减小延迟。
“传输线需要接地”:在这个模拟器中,传输线底部的两条导线必须接地。