[Circuit x Python] Aktivieren des linearen Schaltungsanalysepakets Lcapy

Was ist Lcapy?

Lcapy ist ein Python-Paket zur Analyse linearer Schaltkreise und verwendet Sympy für die Symbolanalyse.

Offizielle Dokumentation: Willkommen in der Dokumentation von Lcapy!

Lcapy kann numerische und symbolische Analysen von Schaltkreisen durchführen. Die numerische Analyse drückt das Analyseergebnis numerisch aus, wie das vom SPICE-Simulator ausgegebene Ergebnis. Die Symbolanalyse soll die Übertragungsfunktion und Impedanz einer Schaltung mit Symbolen (mathematischen Formeln) ausdrücken. Mit dieser Funktion können Sie den Computer die Aufgabe haben, störende Schaltungsgleichungen zu lösen.

Lcapy kann auch Schaltpläne in Lehrbuchqualität auf Befehlsbasis zeichnen [^ 1].

Zum 31. Oktober 2020 gab es keine Informationen über Lcapy in Qiita. Als ich es bei Google nachgeschlagen habe, gab es in englischsprachigen Ländern fast keine Treffer, geschweige denn in japanischsprachigen Ländern.

Was können Sie mit Lcapy machen? Ich denke, Sie sollten [Übersicht der offiziellen Dokumentation] lesen (http://lcapy.elec.canterbury.ac.nz/overview.html). Last but not least kann mein Artikel über Lcapy Ihnen helfen, die Funktionen von Lcapy zu verstehen.

Dieser Artikel beschreibt, wie Sie Lcapy aktivieren. Wir hoffen, dass die Anzahl der Lcapy-Benutzer zunimmt und wir nützliche Informationen austauschen können.

Wie benutzt man

Gemäß der offiziellen Dokumentationsinstallation sind die folgenden Python-Pakete erforderlich. Installieren Sie sie also mit pip. lcapy, sympy, numpy, matplotlib, networkx

Wenn Sie die Funktion zum schematischen Zeichnen nicht verwenden, ist die Installation beendet.

Versuche dich zu bewegen

Lassen Sie uns nach der Installation den Betrieb auf dem Jupyter-Notebook überprüfen. In Lcapy kann die Übertragungsfunktion der Schaltung durch verschiedene Verfahren erhalten werden, und ein Beispiel ist unten gezeigt.

Schaltung zum Auffinden der Übertragungsfunktion:

Finden Sie die Übertragungsfunktion symbolisch

from lcapy import Circuit, s
cct = Circuit("""
Vi 1 0 
R 1 2 RF
C 2 0 CF
""")

H = (cct.C.V(s) / cct.Vi.V(s)).simplify()
H

Das Ausführungsergebnis ist wie folgt und die Übertragungsfunktion der Schaltung könnte symbolisch analysiert werden. $\frac{1}{C_{F} R_{F} s + 1}$

In der Lage sein, einen Schaltplan zu erstellen

Wenn Sie die schematische Zeichenfunktion verwenden möchten, müssen Sie TeX installieren.

Gemäß der offiziellen Dokumentationsinstallation benötigen Sie pdflatex, Circuitikz und Ghostscript. Bei der Prüfung wird pdflatex als W32TeX [^ 2] verteilt, und das Circuitikz-Paket scheint standardmäßig auf diesem W32TeX [^ 3] installiert zu sein. Es scheint, dass Ghostscript mithilfe des W32TeX-Installationsprogramms installiert werden kann. Mit anderen Worten, wenn Sie nur W32TeX installieren, haben Sie alles, was Sie brauchen. W32TeX kann einfach mit TeX Installer 3 installiert werden.

Versuche dich zu bewegen

Zeichnen Sie einen Schaltplan

from lcapy import Circuit
cct = Circuit("""
Vi 1 0_1 step; down
R 1 2; right, size=1.5
C 2 0; down
W 0_1 0; right
W 0 0_2; right, size=0.5
P1 2_2 0_2; down
W 2 2_2;right, size=0.5""")

cct.draw()

Das Ausführungsergebnis ist wie folgt und ein schönes Schaltbild wird gezeichnet.

Der obige Code stammt aus dem Folgenden: https://github.com/mph-/lcapy/tree/master/doc/examples/notebooks

Informationen zur Schaltungssymbolanalyse

Ich bin seit mehreren Jahren in der Schaltungsplanung tätig, wusste aber bis vor kurzem nicht, dass es ein Tool gibt, mit dem Schaltungssymbole analysiert werden können.

Die folgende Doktorarbeit ist hilfreich für die Arten und Werkzeuge der Schaltungsanalyse. Über das mathematische Verhalten elektrischer Schaltkreise und ihre symbolischen Berechnungen

In Tabelle 1.1 des Dokuments werden SAPWIN, SCAM als Tools zur Analyse von Schaltungssymbolen verwendet. 3443-Betrug-ein-Werkzeug-zum-symbolischen Lösen von Schaltungsgleichungen), WASABI werden eingeführt, aber zusätzlich zu diesen [QSapecNG] Es scheint Tools wie (http://qsapecng.sourceforge.net/) und CircuitNAVI zu geben. Ich denke, es ist am besten, das beste Werkzeug für das zu wählen, was Sie tun möchten.

In meinem Fall wollte ich Folgendes tun:

1. Analysieren Sie symbolisch die Übertragungsfunktion der Schaltung
2. Erweitern Sie die erhaltene Übertragungsfunktion (finden Sie den Pol usw.)
3. Berechnen Sie die erhaltene Übertragungsfunktion numerisch
4. Zeigen Sie das Ergebnis der numerischen Berechnung in einem schönen Diagramm an. Python (Lcapy) war dafür die beste Wahl.

Ich habe den folgenden Artikel über Lcapy geschrieben, also schauen Sie bitte auch dort nach. [Circuit x Python] So finden Sie die Übertragungsfunktion eines Schaltkreises mithilfe von Lcapy [Circuit x Python] Erweitern und Berechnen von Übertragungsfunktionen mit Lcapy [^ 1]: Lcapy kann nichtlineare Geräte wie Dioden und MOS nicht analysieren, kann jedoch als Schaltplan gezeichnet werden.