Несмотря на кажущуюся сложность, симуляция работы электрических схем — важное и полезное дело, упрощающее создание электронных устройств. А ещё — интересная составляющая инженерно-технического творчества. Крупные разработчики уже десятилетия пользуются плодами развития компьютеров и программ, позволившим в кратчайшее время произвести анализ работы электрических цепей и схем в целом и откорректировать их ещё до непосредственно выпуска даже первых прототипов, не говоря о серийном выпуске.
Статья ставит перед собой цель представить обзор программных продуктов для компьютерного моделирования работы электросхем: как для новичков, так и для профессионалов.
Время чтения: 16 минут
Симуляция электрических цепей? Это очень просто!
В разделе будут кратко рассмотрены 15 популярных программ для симуляции электронных схем как для профессионального применения, так и для «дома». На самом деле их больше на порядок, а рассмотреть всё невозможно.
Популярный среди инженеров производительный комплекс для разработки электронного оборудования был создан ещё во времена операционной системы MS-DOS. Сегодня его заслуженно считают эффективнейшим и функциональнейшим продуктом в сфере. Proteus постоянно совершенствуется и обладает рядом инновационных технологий, возвышающих дело проектирования электросхем, их симуляции, разработки печатных плат на новый, недосягаемый уровень для других продуктов.
Только Proteus даёт высококлассную техническую поддержку в любом вопросе от ведущих разработчиков электроники в мире. За пользователем комплекса закреплён персональный консультант для оперативного решения любых видов проблем. База данных программы — гораздо шире, чем у аналогичных продуктов.
Преимущества:
- Превосходная техподдержка.
- Обилие документации, готовых примеров и электронных моделей компонентов.
- Самый функциональный программный пакет на сегодня.
Недостатки:
- Высокая стоимость лицензии.
- Подходит только для профессиональной эксплуатации на производстве.
- LTSpice
Analog Devices LTspice производительнее, обрабатывает крупные и сложные симуляции, включает в себя расширенные модели и библиотеки, недоступные в оригинальном SPICE. Симулятор оптимален для моделирования импульсных преобразователей и других сложных аналоговых схем.
Среда LTspice имеет встроенный инструмент Schematic Capture и визуализатор формы сигнала, что позволяет проектировать и моделировать непосредственно в интерфейсе среды. LTspice включает много проработанных электронных моделей компонентов, более 200 моделей операционных усилителей и поддержку внешних пользовательских компонентов. Бесплатная для использования, но с закрытым исходником.
Преимущества:
- Бесплатная и мощная среда для проектирования аналоговых схем.
- Имеет удобный графический интерфейс пользователя.
- Содержит интегрированные инструменты для моделирования и визуализации формы сигнала.
- Поддерживает широкий спектр типов файлов для импорта и экспорта.
- Имеет обширную документацию и активную поддержку сообщества.
- Позволяет создавать пользовательские модели и компоненты.
- Локальная версия полностью автономна и не требует подключения к сети Интернет.
- Клиент доступен для Windows, macOS и Linux (через WINE).
Недостатки:
- Исходный код закрыт.
- Пользовательский интерфейс капитально устарел.
- Официально не поддерживается производителем.
Профессиональный инструмент для моделирования электросхем на основе SPICE. Он доступен в двух основных версиях: «Standard» и «for Designers».
Большинство версий платные, за исключением версии Education, которая широко используется в исследовательских и образовательных целях благодаря своей доступности.
National Instruments (NI) Multisim подходит для новичков и включает такие функции, как симуляцию с помощью SPICE, интерактивную среду проектирования, виртуальные приборы и моделирование работы микроконтроллеров.
Преимущества:
- Дружелюбный интерфейс для пользователя вне зависимости от уровня подготовки.
- Имеет обширные библиотеки компонентов.
- Включает как настольные, так и онлайн-версии, включая поддержку мобильных устройств.
- Платные версии среды включают большие библиотеки, настраиваемые пользовательские интерфейсы (рабочие столы), расширенные инструменты анализа и мощную профессиональную поддержку.
- Среда поддерживает совместную работу и получать обратную связь через большое онлайн-сообщество разработчиков.
- Имеет богатый набор инструментов и функционала для новичков.
- Отлично подходит для образовательных целей (автор статьи сам познакомился с симуляцией работы электрических цепей именно в этой среде).
Недостатки:
- Цены на платные версии неясны и, вероятно, высоки, а приобретение ограничено для многих стран.
- Бесплатная образовательная версия имеет ограниченный функционал, даже если сравнивать с бесплатными программами на основе SPICE.
Полнофункциональный инструмент для моделирования, созданный на основе ядра SPICE. Доступен в двух версиях: Student и Professional. Версия Student бесплатна и хорошо подходит для любителей, исследователей и студентов. Функционал «ПРО» версии гораздо шире. Новым пользователям доступна CircuitLogix Pro с 15-дневной бесплатной пробной версией.
Преимущества:
- Огромная библиотека с более чем 10000 компонентами.
- Поддерживает моделирование аналоговых, цифровых и смешанных схем.
- Полностью автономный локальный клиент.
- Имеет интуитивно понятный и хорошо продуманный пользовательский интерфейс.
Недостатки:
- Пользовательский интерфейс устарел по сравнению с современными инструментами.
- Отсутствие онлайн-версии и поддержки облачных сервисов.
- Доступно только для операционных систем семейства Windows.
- TINA-TI
Бесплатный симулятор, базирующийся на SPICE, разработанный компанией Texas Instruments (TI). Поддерживает такие функции, как разработка и множественный анализ: на постоянном и переменном токе, переходных процессов, шума и анализ Фурье.
Перед запуском симуляции может проверять на ошибки в схеме, получая большую точность и достоверность результатов. Среда также легко интегрируется с экосистемой продуктов Texas Instruments, что делает её популярной среди пользователей электронных компонентов, разработанных TI.
Преимущества:
- Программная среда полностью бесплатна.
- Обладает интуитивно понятным графическим интерфейсом, который упрощает разработку электросхемы.
- Среда имеет большую библиотеку моделей компонентов.
- В распоряжении пользователей будет находиться обширная библиотека технической документации.
Недостатки:
- В среде выявлены проблемы с симуляцией больших сложных интегральных схем.
- Будучи бесплатной, среда не даёт профессиональной техподдержки.
- Видна определённая сложность освоения для новичков.
- Устаревший графический интерфейс пользователя.
Официальный преемник оригинального симулятора SPICE, впервые выпущенного в 1993 году и до сих пор активно поддерживаемого. Он поддерживает нелинейный анализ на постоянном токе и переходных процессов, линейный анализ на переменном токе, что делает его универсальным инструментом для проектирования разнообразных схем.
Будучи бесплатным симулятором с открытым исходным кодом, NGSpice даёт разработчикам доступ к исходникам на GitHub, позволяя пересобирать их, когда нужно. Многие другие среды для симуляции, описанные в статье, произошли от этого приложения.
Преимущества:
- Программный продукт бесплатный.
- С активной поддержкой сообщества.
- Высочайшая скорость симуляции даже очень сложных схем.
- Клиент совместим со всеми ОС для ПК.
- Программа включает в основной пакет обширную библиотеку.
Недостатки:
- Отсутствие официальной поддержки.
- Интеграция с другими инструментами затруднена.
Мощный онлайн-симулятор, ориентированный на студентов и новичков. Хотя он не целиком бесплатный, интуитивно понятный интерфейс и функции делают его ценным инструментом, который научит разрабатывать и симулировать работу электроцепей.
Сервис предлагает как аналоговое, так и цифровое моделирование с точным результатом. Платформа предоставляет интерактивные руководства, шаблоны и документацию, что делает её одним из удобных для новичков инструментов из всех рассматриваемых.
Преимущества:
- Простой в использовании редактор.
- Доступ к сервису возможен из любого браузера.
- В распоряжение пользователя будет находиться огромное количество подробных примеров.
Недостатки:
- Не полностью бесплатный и с закрытым исходным кодом.
- Сервис не предоставляет локального клиента для установки на компьютере.
- Требуется постоянное подключение к Интернет для работы.
- Симуляция объёмных схем порой происходит с ошибками.
Облачный инструмент для моделирования электрических цепей, который обладает такими функциями, как симуляция аналоговых, цифровых и смешанных схем вкупе с мощным редактором электросхем и печатных плат.
Базовая версия программы бесплатна, платная pro-версия имеет расширенные функции. Например, формирование собственных библиотек компонентов, расширенное управление и 50 гигабайт облачного хранилища. EasyEDA имеет как онлайн-версию, работающую в браузере, так и локальные клиенты для всех ОС. Поддержка предлагает обширные ресурсы, включая учебные пособия и форумы сообщества пользователей, которых сегодня более 4 миллионов человек.
Преимущества:
- Базовая версия бесплатна.
- Имеет онлайн-версию и локальный клиент.
- Поддерживает API/SDK с открытым исходным кодом.
- Интегрируется с инструментами PLM, OA, ERP и PDM.
- Позволяет напрямую заказывать электронные компоненты, соответствующие вашему проекту.
- Поддерживает прямые заказы на изготовление печатных плат.
- Предоставляет обширную документацию и руководства для начинающих.
- Включает расширенные инструменты проектирования для высокочастотных проектов с высокой плотностью монтажа.
- Отличается комплексной защитой данных и большой библиотекой 3D-моделей.
- Имеет активное и растущее сообщество.
Недостатки:
- Для многих функций требуется постоянное подключение к сети Интернет.
- Закрытый исходный код.
Классический симулятор аналоговых, цифровых электрических цепей, а также схем, работающих со смешанным сигналом. Это один из самых продвинутых SPICE-симуляторов в своей цене. Он также предлагает пользователю интегрированную среду, которая проста в использовании: от проектирования до анализа с использованием виртуальных измерительных приборов.
TopSpice поставляется с полнофункциональным симулятором смешанных сигналов, который умеет моделировать схемы, содержащие любую комбинацию аналоговых и цифровых узлов, а также высокоуровневый блок анализа поведения в нестандартных режимах. Помогает анализировать и оптимизировать проект вплоть до уровня отдельных дискретных компонентов.
Преимущества:
- Поддержка нескольких типов моделирования, включая аналоговое, цифровое, смешанное.
- С интуитивно-понятным интерфейсом.
Недостатки:
- Отсутствует бесплатная версия локального клиента.
- Имеет закрытый исходный код.
Чрезвычайно популярный редактор. В основе функции для симуляции от ядра SPICE. Программа выпускается давно, функциональна и применима как для профессиональной разработки электронной техники, так и в «домашних» лабораториях. Программа распространяется бесплатно, а её исходный код доступен каждому.
Преимущества:
- Обширные возможности по проектированию и анализу.
- Предлагает много встроенных библиотек компонентов и возможность создавать собственные.
- Локальный клиент поддерживает разные ОС.
- Поддержка многих языков, включая русский.
Недостатки:
- Возможности симуляции несколько ограничены.
- Имеются проблемы при симуляции сложных схем.
Проектировщик логики и симулятор на основе Java, разработанный Хельмутом Ниманном. Как инструмент с открытым исходным кодом, он бесплатен и поддерживает глубокую настройку. Совместим с популярными ОС при наличии Java Runtime Environment.
Digital объединяет редактор, анализатор и симулятор в одном графическом интерфейсе. Он включает богатую библиотеку, а также позволяет пользователям создавать и импортировать пользовательские компоненты.
Преимущества:
- Высокая производительность при симуляции больших сложных схем.
- Возможность глубокой настройки.
Недостатки:
- Отсутствует официальная поддержка.
- Будет сложен в освоении новичкам.
- Autodesk Eagle
Комплексная система автоматизированного проектирования электросхем, печатных плат и симуляции с помощью SPICE. Поддерживает симуляцию микроконтроллеров и одноплатных компьютеров, такие как Arduino и Raspberry Pi. Панель управления позволяет создавать сценарии и автоматизировать задачи, включая триггеры моделирования.
Хотя EAGLE больше недоступен как отдельное приложение, он включён в подписку на Autodesk Fusion 360. Тем не менее Autodesk объявила, что прекратит продажу и поддержку EAGLE с 7 июня 2026 года. Поэтому пользователям рекомендуется перейти на Fusion 360 для будущих проектов, где нужно проектировать электронную технику.
Преимущества:
- Богатые возможности автоматизации и создания сценариев работы среды.
- Расширенная поддержка компонентов и электронных моделей.
- Интеграция с программной экосистемой Autodesk.
- Богатый набор функций для поддержки сложных проектов.
Недостатки:
- Поддержка среды скоро будет прекращена.
- Требуется платная подписка.
- Среда не имеет отдельной бесплатной версии.
- Расширенный функционал иногда отталкивает новых пользователей.
Лёгкий симулятор с открытым исходным кодом, написанный на Java. Первоначально разработанный Полом Фалстадом, а его репозиторий размещён на GitHub.
Если другие симуляторы для вас слишком сложны или ресурсоёмки, то Circuit Sim придётся по душе. Он имеет чистый, лёгкой в навигации графический интерфейс, за счёт чего оптимален для инженеров и быстрого моделирования, и для любителей. Автор в своих статьях приводит интерактивные электронные модели, созданные в этой среде.
Преимущества:
- Имеет несложный интерфейс с примерами схем для лёгкого изучения.
- Онлайн-клиент ультралёгкий и быстрый, работает во всех браузерах.
- Редактор схем интегрирован с симулятором и анализатором формы сигнала в одном графическом интерфейсе.
- Прост и удобен.
Недостатки:
- Библиотека компонентов ограничена и не расширяемая.
- Некоторые функции работают не так, как предполагалось, из-за устаревания Java-апплетов.
- Локальный клиент отсутствует (нужно интернет-соединение для работы программы).
Это интерактивный онлайн-симулятор электрических цепей, призванный вдохновлять школьников и студентов стать инженерами-электрониками. Пользовательский интерфейс сервиса прост, красочен и нагляден.
ПО предлагает рабочий процесс, помогающий проектировать и симулировать цепи. Пользователям доступен выбор компонентов из меню и их перетаскивание на главный экран для создания цепей. Подход к созданию схемы сродни видеоигре: прост, удобен и чрезвычайно нагляден!
Преимущества:
- Сервис бесплатный.
- Красочный пользовательский интерфейс с трёхмерными моделями компонентов.
- Вдохновляет стать инженером, даже если до этого вообще ничего не было понятно в электронике.
- В распоряжении пользователя много обучающих материалов и готовых примеров.
Недостатки:
- Ограниченный функционал.
- Невысокая производительность при моделировании сложных схем.
- Не подходит для профессионального применения.
Это популярная программа, основанная на симуляторе QUCS, но использующая ядро SPICE. Целью проекта является использование свободно распространяемых ядер моделирования цепей, таких как Ngspice, Qucsator, Xyce с общим унифицированным графическим интерфейсом на основе инструментария Qt версии 6. Объединяет мощь SPICE и лёгкость графического интерфейса «старого-доброго» QUCS.
Преимущества:
- Бесплатен и имеет открытый исходный код.
- Поддерживается симуляции во многих режимах, в том числе радиочастотных схем.
- Пользователю предоставляется возможность переключения ядра симуляции «на лету» без перезагрузки приложения
Недостатки:
- Некоторые ограничения в работе.
- Отсутствие вменяемой поддержки.
- Устаревший пользовательский интерфейс.
Любители часто пренебрегают симуляцией поведения электроцепей и больше полагаются на «ручной» перебор номиналов компонентов на макете. Такой уже устаревший подход имеет право на жизнь, но очевидна немалая трудоёмкость, слабая эффективность и непроизводительность такого подхода. Гораздо рациональнее использовать специализированное ПО для симуляции работы электронных схем, благо сегодня дефицита в нём нет: от простейших обучающих до ультрасложных и высокоточных программ.
