Schaltkreis-Simulator: DC-, AC- und Transientenanalyse

Der Schaltkreis-Simulator löst eine Netzliste als SPICE-Teilmenge mit modifizierter Knotenanalyse: DC-Arbeitspunkt, DC-Sweep, Kleinsignal-AC-Antwort mit Bode-Diagramm oder Transientenlauf, dazu eine Schaltplan-Leinwand, die in beide Richtungen zwischen Zeichnung und Netzliste umwandelt. Die Seite öffnet mit einem Spannungsteiler, der bereits V(out) = 7.5 V anzeigt.

更新 2026-10-016 个来源约 4 分钟读完

Was der Schaltkreis-Simulator macht

Der Bauteilsatz umfasst Widerstände, Kondensatoren, Spulen, unabhängige und gesteuerte Quellen, Dioden, BJTs, MOSFETs und einen idealen Operationsverstärker; die Ausgabe liefert Knotenspannungen sowie Zweigstrom und Leistung je Element. Filter- und Reglerauslegung gehört zum Engineering Lab, Signalspektren zum Science Lab.

So wird es verwendet

Voreinstellung wählen oder Netzliste einfügen.Achtzehn Voreinstellungen decken Teiler, Sprünge, Dioden, Op-Amp-Stufen und eine Brücke ab; Netzlisten akzeptieren R/C/L/V/I/E/G/H/F/D/Q/M/X-Elemente mit .op / .dc / .ac / .tran / .ic / .model-Direktiven und *-Kommentaren. Suffixe: k, meg, m, u, n, p, f (M = Milli; 1MEG = ein Megaohm).
Analyse-Tab wählen.Arbeitspunkt, DC-Sweep, AC-Antwort, Transient oder Schaltplan; die Ergebnisse aktualisieren sich beim Tippen.
Die Felder des Tabs ausfüllen.DC-Sweep legt Quelle und Start/Stopp/Schritt fest; AC-Antwort setzt dec/oct/lin, Punkte und f Start/Stopp mit optionalen Ausgangs- und Referenzsonden; Transient setzt t Stopp, max. Schritt, Integrator, LTE-Schrittsteuerung, UIC und Energy.
Das Ergebnis lesen.Arbeitspunkt druckt eine Knoten-/Zweigtabelle; DC-Sweep und Transient zeichnen die aufgelisteten Sonden; AC-Antwort zeichnet Betrag und Phase und benennt die −3-dB-Ecke; Transient ergänzt Schrittzahlen.
Selbst zeichnen, wenn gewünscht.In Schaltplan Teile platzieren, mit zwei Klicks verdrahten und Netze benennen, dann Canvas → Netzliste drücken; Netzliste → Canvas baut die Zeichnung neu auf. Ergebnisse lassen sich als Karte veröffentlichen, einem Bericht hinzufügen oder weitersenden.

Durchgerechnete Beispielwerte

Jede Zahl unten wird aus dem Tool abgelesen.

Aufbau	Messwert
Voreinstellung Spannungsteiler: 10 V, 1 kΩ / 3 kΩ, Arbeitspunkt	V(in) 10V, V(out) 7.5V, I(V1) -0.0025A, P(V1) -0.025W, P(R2) 0.0187W
Voreinstellung invertierender Verstärker: 1 V, Rin 1 kΩ, Rf 10 kΩ, Arbeitspunkt	V(out) -10V, I(Rf) 0.001A, P(Rf) 0.01W, P(X1) -0.01W
RC-Tiefpass: 1 kΩ, 159.1549 nF, AC-Antwort, dec 40, 10 Hz–1 MHz	−3-dB-Ecke ≈ 1.0001kHz, Phase dort -45°
RC-Sprung: 1 kΩ, 1 µF, 0→5 V Puls, max. Schritt 20 µs, 5 ms	Schritte 250, verworfen 0, h ∈ [2.00e-5, 2.00e-5] s, Newton-Iterationen 251
Verlustfreier LC mit `.ic VC(C1)=1`, Trapezverfahren vs. Backward Euler	Energie-Drift -0.0000% gegenüber -86.4529%

Der Teiler löst in einer Iteration mit Nullresiduum; beide Widerstände führen 0.0025A. Die invertierende Stufe zeigt den virtuellen Kurzschluss des idealen Op-Amps: Knoten m liest 0V, der Eingangsstrom ist 1 V / 1 kΩ = 0.001A, und X1 meldet -0.01W. In der Transientenzeile gilt τ = RC = 1 ms; nur der Trapez-Lauf der LC behält seine gespeicherte Energie.

Grenzen

Lehrmaßstab, ausdrückliches Scheitern.: Bis zu 120 Knoten, 400 Elemente, 400 Unbekannte und 60,000 Transientenschritte; darüber wird E_TOO_LARGE zurückgegeben, statt still schlechter zu werden. Bauteile sind Modelle erster Ordnung (Dioden 1N4148 / 1N4007 / 1N5817 / LED, vereinfachte BJTs, Square-Law-MOSFETs) ohne Serienwiderstand, Durchbruch, Temperatursweep, Rauschen, Verzerrung, Monte Carlo, Schalter oder Transformatoren. Eine fehlgeschlagene Newton-Lösung gibt E_NO_CONVERGE mit dem erreichten Residuum zurück; die letzte Iteration wird nie als Antwort ausgegeben.
Manche Schaltungen haben keine DC-Lösung.: Rein kapazitive Rückkopplung, ein kapazitiver Teiler oder jeder nur über Kondensatoren erreichbare Knoten hat keinen DC-Arbeitspunkt. Es wird auf uic mit .ic-Anfangsbedingungen verwiesen, statt einen Wert zu erfinden.
Was er nicht macht.: Er entwirft keine Filter, regelt keine Regler, leitet keine Übertragungsfunktionen ab, führt keine FFTs aus und rechnet keine Leistungseinheiten um; diese Aufgaben gehören zum Engineering Lab, zum Science Lab und zum Leistungsumrechner. Er ist auch kein Produktions-SPICE: Stufen erster Ordnung lassen sich damit prüfen, ein Silizium-Design aber nicht freigeben.

Warum der Quellenstrom negativ ist

Die Stromspalte folgt der SPICE-Zweigkonvention: Ein Zweigstrom fließt in den +-Anschluss des Elements. Eine Quelle, die Leistung abgibt, liest daher negativ — der Teiler zeigt I(V1) = -0.0025A mit P(V1) = -0.025W, und der invertierende Op-Amp zeigt I(X1) = 0.001A mit P(X1) = -0.01W. Die Leistungsspalte hält die passive Konvention ein: positiv nimmt auf, negativ liefert. Widerstände lesen positiv, und die vorzeichenbehafteten Spalten gleichen sich aus. Das Minus ist die Richtung, kein Solver-Fehler — nicht umdrehen, bevor mit einem Lehrbuch verglichen wird.

Wo er nützlich ist

Die vier Analysen kennenlernen

Eine Voreinstellung laden, ein Bauteil ändern, den Messwert wandern sehen. Der Teiler lehrt KCL-Rechnung, der RC-Sprung verbindet τ = RC mit der Kurve, das LC-Paar zeigt die numerische Dämpfung zwischen zwei Integratoren, und der Dioden-Sweep zeigt, wo ein pn-Übergang aufhört, sich wie ein Widerstand zu verhalten.

Eine Stufe vor dem Labor prüfen

Die RLC-Reihenvoreinstellung liest f₀ = 5.0329kHz, ζ = 0.3162, Q = 1.581 und 35.09% Überschwingen, und der Transientenplot zeigt, wie eng der Lauf dieser Referenz folgt. Ein Sallen–Key-Tiefpass zeigt seine Ecke und seinen Abfall; der Gleichrichter zeigt die Wirkung des Glättungskondensators auf die Welligkeit.

Daten weitergeben

Arbeitspunkt-Tabellen und AC- oder Transientenverläufe können als Tabellen und Reihen weitergesendet werden. Wellenformen zum Science Lab für Spektren, Koeffizienten zum Engineering Lab für Übertragungsfunktionen und Regler, Leistungswerte zum Leistungsumrechner.

Quellen

C.-W. Ho, A. E. Ruehli und P. A. Brennan, The Modified Nodal Approach to Network Analysis, IEEE Transactions on Circuits and Systems — Zweigströme zusätzlich zur Knotenanalyse. ieeexplore.ieee.org （访问日期：2026-10-01）
Wikipedia, SPICE — Netlist-Syntax und technische Suffixe, darunter M = Milli und MEG = Mega. en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）
Wikipedia, Operational amplifier — Annahmen des idealen Op-Amps und der virtuelle Kurzschluss. en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）
Wikipedia, Bode plot — Betrag in Dezibel, Phase und die −3-dB-Ecke. en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）
Wikipedia, Trapezoidal rule (differential equations) — A-Stabilität des Trapezverfahrens. en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）
Wikipedia, Backward Euler method — L-Stabilität und numerische Dämpfung schwingungsfähiger Systeme. en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）