จำลองการทำงานวงจรไฟฟ้าด้วยโปรแกรม KiCAD (เบื้องต้น) ตอนที่ 1

    KiCad เป็นโปรแกรมโอเพ่นซอร์ส (Open Source) สำหรับออกแบบผังวงจร (Schematic) และแผงวงจรพิมพ์ PCB ( Printed Circuit Board) แบบ EDA (Electronic Design Automation) สามารถทำงานได้หลากหลายระบบปฏิบัติการ ทั้ง Windows Linux หรือ mac os และยังมีอีกคุณสมบัติ คือ การจำลองการทำงานของวงจรไฟฟ้า (Circuit Simulation)ได้ด้วย 

การใช้งานโปรแกรม KiCad สำหรับการจำลองวงจร 

    - สร้างงานใหม่โดยไปที่ File > New > Project

เมื่อสร้างโปรเจคใหม่จะมี 2 ไฟล์ย่อย คือ

    - ไฟล์นามสกุล .kicad_pcb สำหรับสร้างแผ่นวงจรพิมพ์

    - ไฟล์นามสุกล .sch สำหรับสร้างผังวงจร

ให้คลิ๊กไอคอนหรือนามสุกล .sch เพื่อเริ่มวาดผังวงจร

    ตัวอย่างการจำลองวงจรไฟฟ้าเพื่อหาแรงดัน จากรูปเป็นวงจรอนุกรมมีตัวต้านทาน 2 ตัว ต้องการหาแรงดันตกคร่อม R2 (VR2) โดยมีแหล่งจ่าย VDC = 5 V , R1 = 25 โอห์ม และ R2 = 75 โอห์ม

ไอคอนเลือกอุปกรณ์ และลากเส้นเชื่อมต่ออุปกรณ์

    - การหมุนอุปกรณ์ตามเข็มนาฬิกา สามารถใช้คีย์ลัด โดยกดปุ่ม R  ย่อมาจาก Rotate 

    - การหมุนอุปกรณ์ตามรอบแกน X หรือรอบแกน Y สามารถใช้คีย์ลัด โดยกดปุ่ม X หรือปุ่ม Y 

    - การลากเส้นเชื่อมต่ออุปกรณ์สามารถใช้คีย์ลัด โดยกดปุ่ม W ย่อมาจาก Wire

    คลิ๊กซ้ายไอคอนเลือกอุปกรณ์ 1 ครั้ง > คลิ๊กซ้ายที่พื้นที่ทำงานอีกครั้ง > จะขึ้นหน้าต่าง Choose Symbol > พิมพ์ข้อความ simulation ลงในช่องว่างเพื่อเลือกอุปกรณ์สำหรับการจำลองวงจร ในที่นี้เลือกอุปกรณ์ดังนี้
- VDC : Voltate source, DC

- R : Resistor

    เมื่อจัดวางอุปกรณ์และลากเส้นเสร็จแล้ว ให้เลือกไอคอน Place Global Label เพื่อสร้างป้ายหรือจุดที่ต้องการวัดค่า (ควรใส่ชื่อให้เหมาะสมกับสิ่งที่ต้องการวัด) ในที่นี้ใช้ชื่อ VR2 เพื่อเป็นการวัดจุดดังกล่าว (ตามรูป) เทียบกราวด์ (GND) 

ใส่ค่าอุปกรณ์ให้ถูกต้อง โดยการนำเมาส์วางไว้ที่ตัวอักษรของอุปกรณ์แล้วกดปุ่ม E (Edit) ในที่นี้ให้ใส่

    - VDC = dc(5)   หมายถึง แรงดันไฟตรงที่ 5 โวลท์

    - R1 = 25 โอห์ม

    - R2 = 75 โอห์ม

    ก่อนทำการจำลองผลจะต้องใส่ GND ให้กับวงจรเสมอ (ถ้าไม่ใส่วงจรจะไม่ทำงาน) โดยเลือกไอคอน Place Power Port > pspice > 0V แล้วทำการลากเส้น 

ทำการจัดเรียงเลขอุปกรณ์ให้เรียบร้อยโดยคลิ๊กไอคอน Annotate

เริ่มเข้าสู่การจำลองผลวงจร โดยคลิ๊ก Tools > Simulator

ก่อน Run หรือจำลองผลให้ปรับตั้งค่าก่อน (ถ้ากด Run เลยจะทำให้เครื่องฟ้อง Error) ไปที่ Settings > Transtient (สามารถกำหนดได้ตามความเหมาะสม) ส่วนในวงจรนี้กำหนดดังนี้

    - Time step: 0.1 seconds หมายถึง ให้อ่านผลทุก ๆ 0.1 วินาที 

    - Final time : 5 seconds หมายถึง ให้จำลองผลเป็นเวลา 5 วินาที

    - Initial time: 0 เวลาเริ่มตอนในการจำลองผล

กดปุ่ม Run/Stop Simulation > แสดงผลลัพธ์ทางตัวเลขออกมา (ยังไม่มีกราฟ) 

กดปุ่ม Add Signals > เลือกป้ายที่ต้องการให้กราฟแสดงผล ในที่นี้เลือกป้าย V(VR1) และ VR2)

ผลลัพธ์ที่ได้

ทดลองเปลี่ยนแหล่งจ่ายเป็นแบบ Sine Wave

- นำเมาส์วางไว้ที่อุปกรณ์ VDC แล้วกดปุ่ม E (Edit) > Edit  Spice Mode > OK

เปิดหัวข้อ Source แล้วเลือก Sinusoidal ใส่ข้อมูลดังนี้

    - DC เป็น 0 

    - Amplitude: 5  Volts  (ขนาดแรงดัน)

    - Frequency: 1 kHz     (ความถี่ 1 กิโลเฮิร์ตซ์)

ปรับตั้ง Transient ในที่นี้ใช้ค่าดังนี้

    - Time step : 10 u sec (ไมโครวินาที)

    - Final time : 10m sec (มิลลิวินาที)

    - Initial Time : 0 sec 

ผลลัพธ์ที่ได้จากการจำลองวงจรทางไฟฟ้า

การปรับแต่งค่าสามารถทำได้หลายวิธี ในบทความถัดไปจะแนะนำการปรับแต่งค่ารูปแบบต่าง ๆ รวมถึงการจำลองวงจรอื่น ๆ เช่น ทรานซิสเตอร์, ออปแอมป์ ฯลฯ  ขอขอบคุณผู้อ่านทุกท่านครับ