Simulation für nicht - Elektroniker

[Daisy D. (daisywarlordduke)]

Hallo,

Ich suche eine Simulations - Software/ Tool für nicht - Elektroniker.

Hintergrund: Für Dokumentation und Erklärung einer einfach Op-Amp 
Schaltung (3 Op-Amps) mit einem Feedback Loop / Regelkreis suche ich 
eine Animations / Simulations Software. Alle Bauteile dürfen als ideal 
angesehen werden.

Es geht darum die Annäherung an einen Sollwert zu zeigen und das 
unabhängig vom Startzustand.

Dachte an so etwas wie Every Circuit, Circuit Lab aber diese sind 
kostenpflichtig.

NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point 
aber zeigt nicht die Annäherung an.

Vieleicht hat ja jemand eine Idee?

LG

[Erich (Gast)]

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_free_electronics_circuit_simulators

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Daisy D. schrieb:
> Vieleicht hat ja jemand eine Idee?

Online & Live:
https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html

[J. T. (chaoskind)]

Dieter D. schrieb:
> Online & Live:
> https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html

Kann ich auch sehr ans Herz legen. Die Schaltplaneingabe ist etwas 
gewöhnungsbedürftig, finde ich, die Darstellung der Ergebnisse aber sehr 
schön aufbereitet.

[Dieterich (einermehr)]

Hallo

Daisy D. schrieb:
> Hintergrund: Für Dokumentation und Erklärung einer einfach Op-Amp
> Schaltung (3 Op-Amps) mit einem Feedback Loop / Regelkreis suche ich
> eine Animations / Simulations Software. Alle Bauteile dürfen als ideal
> angesehen werden.


Wenn du die Animation / Simulation für deine "Schüler" erstellst, 
scheinen mir die Vorschläge sinnvoll, da du ja zu wissen scheinst, wie 
man Simulatoren füttert.

Sollen deine "Schüler" (deine nicht Elektroniker Zielgruppe) aber selbst 
die Schaltung simulieren lassen - um zu sehen, was da passiert wird es 
sehr schnell sehr dünn.
Wenn ich mich in die Situation eines Laien versetze, möchte ich 
eigentlich nur die Schaltung virtuell (aber mit echten 
Bauelementbezeichnungen wie z.B. TL081) zusammensetzen und virtuelle DMM 
und echten Oszilloskopen nachgeahmte (keine abstrakte Symbole) 
"Simulationsoszis" beliebig auch während der Simulation anschließen 
können.
Auch würden mich als Laien zu viel Informationen, die dann oft noch 
absteckt, dargestellt werden,  nur verwirren und abschrecken.

Genau in diese "Falle" bzw. diese Erwartungen hatte ich tatsächlich 
früher, als ich zum ersten Mal von Simulationssoftware gehört hatte...
Die Realität hat mich dann doch aber ziemlich geerdet und erstmal 
deutlich ausgebremst, bzw. mir viel Lernaufwand beschert...

[Lutz V. (lvw)]

Daisy D. schrieb:
> > Es geht darum die Annäherung an einen Sollwert zu zeigen und das
> unabhängig vom Startzustand.

Diese "Annäherung" erfolgt aber doch sehr schnell - es sei denn, der 
Regelkreis enthält ausreichend Verzögerung (Tiefpass-Elemente)
Das spricht natürlich gegen den Einsatz "idealer" Verstärkermodelle, die 
nun gerade keine Verzögerung beinhalten.

Also: Verzögerung im Kreis ganz wichtig (reale OP`s mit 
Tiefpasswirkung), sonst gibts keine "Annäherung".
Und dann muss die zeitliche Auflösung recht fein gewählt werden, um den 
gewünschten Vorgang überhaupt erkennen zu können.

[Stefan S. (chiefeinherjar)]

Daisy D. schrieb:
> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point
> aber zeigt nicht die Annäherung an.

Dafür gibt es die Lösung, alle Spannungsquellen bei 0V starten zu 
lassen. Dafür gibt es auch eine eigene Option, die ich nur gerade nicht 
im Kopf habe.
So siehst du, wie sich bspw. Kondensatoren laden bzw. eben der Soll-Wert 
erreicht wird.

[H. H. (Gast)]

Stefan S. schrieb:
> Daisy D. schrieb:
>> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point
>> aber zeigt nicht die Annäherung an.
>
> Dafür gibt es die Lösung, alle Spannungsquellen bei 0V starten zu
> lassen. Dafür gibt es auch eine eigene Option, die ich nur gerade nicht
> im Kopf habe.

"startup", aber auch noch "uic".

[Uwe B. (uwe_beis)]

Daisy D. schrieb:
> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point
> aber zeigt nicht die Annäherung an.
Nach meinem Verständnis gibt es keine "Annäherung" an den Arbeitspunkt. 
Er kann direkt berechnet werden:
- Alle Kapazitäten werden mit 0 F und alle Induktivitäten mit 0 H 
angenommen.
- Die sich dabei im verbleibenden Schaltungsnetz ergebenden Spannungen 
und Ströme lassen sich so direkt berechnen.
- Als Initialwert für die Kapazitäten und Induktivitäten werden diese 
Spannungen bzw. Ströme eingesetzt.

Wenn du den in der Praxis ablaufenden Vorgang der Annäherung an den 
Operating Point sehen willst, kannst du die Initialspannungen bzw. 
-ströme (wie auch immer die genannt werden) für die Kapazitäten und 
Induktivitäten in den Simulationsprogrammen, die ich kenne, mit 0 
vorgeben.

Oh - ich sehe gerade, das wurde kurz vorher auch schon geschrieben.

[Klaus R. (klara)]

Daisy D. schrieb:
> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point
> aber zeigt nicht die Annäherung an.
>
> Vieleicht hat ja jemand eine Idee?

Kennst Du schon das LTspice - Tutorial von Gunthard Kraus?
Das erleichtert Dir den Einstieg in diese Materie.

http://www.gunthard-kraus.de/LTSwitcherCAD/LTSpice%20XVII%20_Tutorial_korr.pdf

Ansonsten wird Dir hier im Forum gut geholfen.
mfg Klaus

[Uwe B. (uwe_beis)]

Daisy D. schrieb:
> Es geht darum die Annäherung an einen Sollwert zu zeigen und das
> unabhängig vom Startzustand.
Unabhängig vom Startzustand: Ist das so gemeint, dass z.B. Kondensatoren 
im Startzustand auf beliebige Spannung geladen sein können? Wenn ja, ein 
Beispiel, wie es in meinem Simulator aussieht, im Anhang: Ein 
Kondensator ist im Startzustand auf 1 V geladen (Initial Voltage = 1). 
Es gibt keine Signalquelle und auch keine Betriebsspannung.

[Lutz V. (lvw)]

Stefan S. schrieb:
> Daisy D. schrieb:
>> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point
>> aber zeigt nicht die Annäherung an.
>
> Dafür gibt es die Lösung, alle Spannungsquellen bei 0V starten zu
> lassen. Dafür gibt es auch eine eigene Option, die ich nur gerade nicht
> im Kopf habe.
> So siehst du, wie sich bspw. Kondensatoren laden bzw. eben der Soll-Wert
> erreicht wird.

Daisy D. spricht doch von einem Regelkreis und der "Annäherung an den 
Sollwert".
Das ist üblicherweise doch der sog. "Ist-Wert", der vom Ausgang auf den 
Teil der Schaltung rückgeführt wird, der Soll- und Ist-Wert vergleicht 
(Differenz=Fehlersignal).

Und dieser "Ist-Wert" erscheint bei jedem realen System (mit 
Tiefpas-Elementen) verzögert gegenüber dem Sollwert und nähert sich 
diesem bis auf den Restfehler mehr oder weniger schnell an.

Da gehts also dann nicht um Versorgungsspannungen oder 
Kondensator-Ladungen, sondern um z.B. die zeitliche Reaktion des 
rückgeführten Ist-Signals auf einen Sprung der Soll-Funktion am Eingang 
- sprich Sprungantwort.
Oder (Frage an Daisy D.) hab ich die Aufgabe falsch verstanden?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Daisy D. schrieb:
> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht.
Zeig doch einfach mal, was du da simuliert hast und häng deine asc-Datei 
hier an.

> ... zeigt nicht die Annäherung an.
Da kann man durchaus den zeitlichen Verlauf darstellen wie z.B. im 
Beitrag "Re: Induktiver Positionssensor - Fragen dazu"

[Uwe B. (uwe_beis)]

Lutz V. schrieb:
> Daisy D. spricht doch von einem Regelkreis und der "Annäherung an den
> Sollwert".

Daisy D. schrieb aber auch:
> Es berechnet den Operating Point
> aber zeigt nicht die Annäherung an.

Ich denke, du kannst Recht haben oder auch nicht. Ich weiß auch nicht, 
worum es geht. Zumal die Transienten-Analyse, z. B. zur Darstellung der 
(Spannungs-)Verläufe in einem Regelkreis, eine der beiden 
Grundfunktionen (neben der AC-Analyse) ist, die man als Allererstes 
kennenlernt. Irgendwie passt das nicht zu der Frage von Daisy D..

Deswegen vermute(!) ich, dass mit Operating Point die 
Spannungsverhältnisse zu Beginn der Simulation gemeint sind, danach käme 
die Transienten-Analyse, hier eine sinnvollerweise eine Sprungantwort. 
Aber leider scheinen hier wieder nur die Antwortenden miteinander zu 
diskutieren. Schade.

Lutz V. schrieb:
> Oder (Frage an Daisy D.) hab ich die Aufgabe falsch verstanden?
Ich schließe mich der Frage vollinhaltlich an...

[Rainer W. (rawi)]

Daisy D. schrieb:
> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point
> aber zeigt nicht die Annäherung an.

Wie meinst du das?
LTSpice rechnet nicht irgendeinen Operating Point, sondern die Signale 
in Abhängigkeit von der Zeit. Vielleicht hast du nur mit der falschen 
Zeitskala geguckt.

[Wf88 (wf88)]

Rainer W. schrieb:
> LTSpice rechnet nicht irgendeinen Operating Point, sondern die Signale
> in Abhängigkeit von der Zeit. Vielleicht hast du nur mit der falschen
> Zeitskala geguckt.

Man kann auch eine OP-Simulation anstossen.

[Uwe B. (uwe_beis)]

Rainer W. schrieb:
> Daisy D. schrieb:
>> NOTE: Habe es mit LTSpice versucht. Es berechnet den Operating Point
>> aber zeigt nicht die Annäherung an.
>
> Wie meinst du das?
> LTSpice rechnet nicht irgendeinen Operating Point, sondern die Signale
> in Abhängigkeit von der Zeit. Vielleicht hast du nur mit der falschen
> Zeitskala geguckt.

Daisy D. antwortet (anscheinend) nicht mehr. Also versuche ich es mal:

Jeder Simulator muss vor Beginn einer Simulation zunächst einen 
Arbeitspunkt berechnen. Beispiel: Die Ur-Schaltung einer 1-Transistor 
Audioverstärkerstufe mit unipolarer Versorgung. Also 2 Koppel-Elkos, 
evtl. ein weiterer noch im Emitter. Nach dem Einschalten dauert es eine 
Weile, bis sich ein Arbeitspunkt bzw. ein stationärer Zustand mit 
Eingangssignal = 0 (der "Operating Point"? Das klingt zumindest 
naheliegend) eingestellt hat. Dann erst kann die eigentliche Simulation 
gestartet werden. Wie der Arbeitspunkt schnell ermittelt wird, habe ich 
im Beitrag 
Beitrag "Re: Simulation für nicht - Elektroniker" 
erläutert. Da wird nichts über längere Zeit in vielen Iterationen bis zu 
einem stabilen Endzustand ermittelt, dass ist nur ein einmaliger 
Vorgang.

Man kann sich auch den kompletten Vorgang vom Anlegen der 
Betriebsspannung bis zum stationären Zustand per zeitlich korrekter 
Simulation anzeigen lassen. Wie das geht, wurde in folgenden Beiträgen 
gezeigt.

[Daisy D. (daisywarlordduke)]

Hallo,

erstmal vielen Dank für die Antworten. Bin nur drüber geflogen aber Lutz 
hat mein Problem richtig erkannt. Werde mir das mal alles noch mal 
genauer anschauen und mich nochmals melden.

Ganz kurz, es geht immer noch um einen Potentiostat. Der Anwender möchte 
eine Spannung einstellen und diese wird in der Chemie entsprechend 
nachgeregelt.

Vielen lieben Dank nochmals. Werde auch den Schaltplan in LTSpice noch 
senden.

LG

[Daisy D. (daisywarlordduke)]

Hallo,

Hier mal die Schaltung.

Danke nochmals für die Tips mit den Kondensator der zum Start geladen 
sein kann. Die Schaltung ist ein einfach Potentiostat.

CE treibt einen Stom solange bis die Spannung zwischen RE und WE gleich 
der  Ausgangsspannung von U1 entspricht, selbst wenn an RE eine 
Störspannung entstehen sollte (Chemische Prozesse).

Daher dachte ich könnte C9 hinzufügen und ihm eine Startspannung geben. 
Werde das mal versuchen

Hoffe das macht Sinn..

LG

[Daisy D. (daisywarlordduke)]

Habe gerade mal mit dem IC Befehl rumgespielt und wenn ich das richtig 
sehe, ist die Regelung/Annäherung an den zu erwartenden Wert innerhalb 
von 1ns abgeschlossen.

[Lutz V. (lvw)]

Daisy D. schrieb:
> Habe gerade mal mit dem IC Befehl rumgespielt und wenn ich das richtig
> sehe, ist die Regelung/Annäherung an den zu erwartenden Wert innerhalb
> von 1ns abgeschlossen.

Da ich Deine asc-datei nicht lesen kann: Reale OP-Modelle bei der 
Simulation benutzt?

[Uwe B. (uwe_beis)]

Da ich LTSpice zwar habe, aber mit einem anderen Simulator arbeite, war 
mein LTSpice so veraltet, dass ich es erst mal updaten musste. (Richtig 
umgehen kann ich mit diesem Simulator nicht - und ich werde es für 
diesen Einzelfall auch gar nicht erst versuchen.) Anbei die Schaltung 
"für jeden sichtbar".

Die Anzahl der aktiven und passiven Bauelemente kommt mir suspekt hoch 
vor - aber darum geht es nicht. Ich habe den Eindruck, dass Daisy immer 
noch nicht verstanden hat, wovon wir vorher mehrfach schrieben. Das 
ärgert mich.

[Klaus H. (hildek)]

Daisy D. schrieb:
> Habe gerade mal mit dem IC Befehl rumgespielt

Ich habe jetzt nicht versucht, alles zu lesen und deine Schaltung zu 
analysieren.
Versuche einfach mal im .tran-Kommando die Checkbox "Skip initial 
operating point solution" zu klicken, so dass dort steht ".tran 1 uic".
Dann erhältst du als Ergebnis für die Signale CE, RE und WE das Bild wie 
im Anhang. Vielleicht ist es das, was du sehen willst - nur ein Versuch 
meinerseits.

[Daisy D. (daisywarlordduke)]

Hallo,

nochmals Danke für die Hilfe und Geduld.

Konnte mit LTSpice das erreicht was ich wollte.
Habe das nun in meiner Dokumentation für Nicht-Elektroniker eingefügt. 
Will da auch nicht mehr Zeit reinstecken.

Vielen Lieben Dank auch für die pdf Empfehlung.

LG