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Spicy VoltSim der FH Freiburg


Elektronik verstehen mit

Spicy VoltSim

Um Studenten die Wirkungsweise elektronischer Schaltungen möglichst auf anschauliche Art näher zu bringen, ging die Universität Freiburg einen ungewöhnlichen Weg. Ein eigener Simulator für analoge Schaltungen liefern die üblichen simulierte Wertangaben in Volt und Ampere sowie Darstellungen als Oszilloskop - eine neue Erfahrung sind die animierten Schaltbilder. Davon profitieren nicht nur die Studenten - die Webseite ist allen Interessierten zugänglich.

Animierte Schaltbilder? Wie muss man sich das vorstellen? Nehmen wir den simplen Inverter (siehe Aufmacherbild) als Beispiel. Die wenigen Bauelemente sind übersichtlich angeordnet. Während des Simulationslaufs ändert sich die Amplitude des Funktionsgenerators (Sinusgenerator) am Gate des FET. Umgekehrt dazu verhält sich die Ausgangsspannung, die am Ausgang der Schaltung durch ein Voltmeter gemessen wird. Bei Start der Schaltungssimulation startet der Funktionsgenerator mit kleiner Amplitude. Die Simulation reagiert darauf, indem sie das Schaltzeichen des Funktionsgenerators sehr klein darstellt und sich die FETs weit unten im Schaltbild befinden. Mit steigender Amplitude vergrößert sich das Schaltzeichen des Funktionsgenerators - der gezeichnete Kreis wird größer - und die FETs wandern im Schaltbild von unten nach oben. Die vertikale Position im Schaltbild ist folglich eine Aussage darüber, welche Spannung an den Bauelementen aktuell anliegt. Dementsprechendes geschieht mit dem ausgangsseitigen Voltmeter. Es zeigt nicht nur die Spannung an, sondern verändert anhand dieser seine Größe und Position im Schaltbild: Ist die gemessene Spannung groß, so ist das Schaltzeichen des Voltmeters groß im Schaltbild zu sehen. Eine geringe Spannung erzeugt ein sehr kleines Schaltzeichen, das sich zudem im Schaltbild nahe zur Masseleitung verschiebt. Analog dazu werden Leitungen zwischen den Bauelementen dicker gezeichnet, sobald sie viel Strom transportieren und sehr dünn, sollte sie in der Simulation nur eine geringe Strommenge durchfließen. Zur weiteren Illustration steht, wie in Bild 1 zu sehen, auch die traditionelle 2D-Darstellung in der Art eines Oszilloskops zur Verfügung. Ein vertikaler Cursor zeigt die aktuelle Position.

Eigene Schaltungen

Um den Umgang mit dem in Flash programmierten Spicy VoltSim zu üben, wird sich der interessierte Anwender zunächst mit den zahlreich vorhandenen Schaltungen aus dem Demobereich befassen. Um dann eigene Schaltungen zu erzeugen, ist eine Anmeldung erforderlich mit Angabe einer E-Mail-Adresse. Nach dem Einloggen in die Webseite nutzt man den grafischen Editor und zieht mit der Maus die Bauteile auf die Arbeitsfläche. Parameter der Bauteile werden eingestellt und Verbindungslinien gezogen. Ist die Schaltung fertig, gibt man eine Simulationszeit vor und startet die Simulation. Aus den Simulationsdaten wird eine 3D-Ansicht des Schaltbildes erzeugt. Schieberegler erlauben es, die Betrachtungswinkel der 3D-Simulationsansicht sowie deren Größe und Position im Fenster zu regulieren. Jede Simulation kann zu jedem Zeitpunkt gestoppt und mit einem Schieber an jede zeitliche Position innerhalb der vorgegebenen Simulationszeit gesetzt werden. Das ermöglicht dem Benutzer detaillierte Betrachtungen innerhalb des zeitlichen Ablaufs einer Simulation.

Für Leser, die sich intensiver mit dem auf Spice basierenden Simulator der Universität Freiburg befassen möchten, stehen ein Helpdesk und Video-Tutorials zur Verfügung.

Spicy VoltSim wurde in Adobe Flash programmiert und muss bei aktuellen Browsern beim Start der Webseite zugelassen werden. Hier der Link: http://svs.ikoop.uni-freiburg.de/svs/svs.html