作者：實作派
要做電子實驗除了實際買零件來做實驗之外，如果只是要做個雛形看看電路的行為趨勢，利用電路模擬軟體也是個不錯的選擇。
電路模擬簡介
電路模擬又稱 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis），它利用電腦的運算能力搭配演算法，讓使用者只需描述電路接線，就能運算出電路中的各項結果，例如直流偏壓、頻率響應、暫態波形。
早期 SPICE 是以文字檔寫作，把電路中每個元件如何連接描述出來，稱為網路表 Net list，所以當電路很複雜時，有時候會寫錯。我相信如果你曾經寫過一次 SPICE，應該不會想再寫第二次（人生不應該浪費在如此無聊的事情上）。
後來圖形化介面開始流行，就有人把 SPICE 寫成圖形介面，操作因此變得相對簡單，不過雖然是圖形介面，要模擬之前還是得把電路變成 Net list 才能讓 SPICE 吃進去分析。
專業的 SPICE 當然是需要費用的，而且還有各自的領域，一般的電子電路也許用 Cadence Or CAD 就夠用，但如果要處理射頻 RF 領域的東西，除了元件的選擇外，layout 的線寬線距與阻抗匹配特性等全都要考慮，這時就需要像 Keysight ADS 這種分析工具。
也還有其他工具能做 layout 之後的模擬組裝、觀察元件是否有干涉之類的，甚至做應力分析，基本上只要老闆口袋夠深願意花錢，你就有得用。
但在這個軟體自由化的時代，市面上還是有一些免費的資源可以利用，像我這樣做做小研究是完全可以滿足的，讓阿信助教來分享給各位吧！
Circuit LAB
它的零件庫分類清楚、簡單易懂，而且零件廠商給的參數完整。會這麼完整不是沒有原因，這個東西實際上是需要付費的，只不過它有免費試用期，註冊之後可以用一陣子，不過我忘了是多久了。
我免費用了一陣子發現 CircuitLab 很好用，於是真的花錢買了一年，目前是我使用經驗上的第一名。它在操作介面上比較美觀精簡而且直覺，零件商所安插的零件庫也完整，雖然它有免費試用，我還是很推薦買個一年來用。
除了 UI 的外觀外，如果你要模擬的電路包含晶體切換功能，在其他 online 模擬軟體可能會遇到當機的情況，例如 switching power 的線路就屬此類，但是 CircuitLab 不會有當機的情況（至少我沒遇過）。
（圖片來源：實作派提供）
它的零件庫很完整，而且有零件商支援。在零件列表右方有 Buy 的按鈕是因為，CircuitLab 與零售商 Jameco 有合作，你按下去就可以直接買實體零件，真是很方便。
（圖片來源：實作派提供）
它可以做所有想要的分析，DC/AC/Time domain/Frequency domain，基本上都可以滿足需求。它還能做參數分析，例如把 R 的值從 1K、2K、一直加到 10K，你就能看到 10 條暫態波形或是頻率響應。
（圖片來源：實作派提供）
PARTSIM
這是一個 web base 的電路模擬網頁，基本的零件庫都有，前三項 Generic parts/Diagramming/Vendor parts 基本上可以滿足大部分的需要，後面的選項似乎是拿來買東西用的，Partsim 是跟零售商 Arrow 合作，第四項之後的選項點進去只有照片與 datasheet，只有左上的 Arrow 可以點進零售商，零件本身沒有超連結可以連到 Arrow。
（圖片來源：實作派提供）
它厲害的地方是，它可以轉 BoM 表（Bill of Material零件表），你要買東西不用自己再整理一次。
（圖片來源：實作派提供）
模擬需要的基本款式也都有，涵蓋了 DC/AC/Transient 如下圖，只是它沒辦法做蒙地卡羅分析，且暫態分析內的 probe 功能只能顯示基本的電壓電流，沒辦法讓你自己加減乘除寫公式，但如果只是要大概驗證一下電路，這個工具綽綽有餘。
MultiSim BLUE
這是一套 PC 上由 NI 所開發的電路模擬軟體，所有的分析 DC/AC/Transient 都可以做，你不小心還會看到 LabView 的影子。MultiSim 的特色就是非常像 OrCAD，你看下圖是不是很像。
（圖片來源：實作派提供）
它做模擬的時候，不太需要繁複的設定，只要把示波器的 icon 拉過來接上去，馬上就出現波形，十分直覺，所有的即時電壓電流也可以直接顯示在電路上。
這套有免費時限，三個月的賞味期，我覺得它的功能滿強大的，NI 的 MultiSim 是與零售商 Mouser 結合，所以它的零件資料庫有兩種，一種是標準資料庫，另一種是 Mouser 的資料庫。
（圖片來源：實作派提供）
標準資料庫內含的零件不多，常用的基本上都有，包含555 timer/ADC/DAC，若把database切換到Mouser Database，零件庫內容會突然暴增，多到你選不完。
（圖片來源：實作派提供）
另外 MultiSim 可以轉 BOM，讓你採買更方便，這招真厲害。
（圖片來源：實作派提供）
DCACLAB
這個網站比較像是給學生做電子實驗的入門網站，它只有 DC/time domain 的分析，其他都沒有，所以才稱為 DCAC。它有個很大的特色，就是零件的呈現完全用實際的圖像來表達，我認為很適合給學生。
（圖片來源：實作派提供）
就連電阻的參數調整，也是用色碼來呈現，如下圖。
（圖片來源：實作派提供）
它的零件庫不多，如下圖就這麼一排，但做做小型的電子實驗是沒問題的。
（圖片來源：實作派提供）
FALSTAD
這個網站是用 Java Applet 寫的，可以用來模擬簡單的電路，對於想簡單試試電路的人來說，是很方便的。Circuits 選項裡面有很多範例線路，別看它 UI 醜，它有提供 555 timer，還有各種邏輯閘，可惜的是，它只能模擬類比電路，而且只能分析 time domain。
它的特色是把電流/電壓全部都視覺化，你可以清楚知道電流的流向、電壓的大小，對於問題的分析幫助很大。
（圖片來源：實作派提供）
它的零件庫滿多東西，但沒有與零售商結合，所以沒有廣告，也不會有 Buy 的按鈕，畫面很乾淨。因為這是個很學術的人寫出來貢獻世界的，如果你把網址往上走一層，就會發現他寫的東西涵蓋了物理、數學、電子、量子力學、電磁學等，電路只是其中一小部分，真的是太厲害了。
它的零件庫竟然有 ADC/DAC/VCO，太令人驚艷了。
（圖片來源：實作派提供）
ONLINE SMITH CHART TOOL
如果你有需要了解高頻電路的行為，例如傳輸線理論之類的學問，可以使用這個網站，它可以讓你很視覺化地拖拉元件，做阻抗匹配以及頻率響應，重點是它免費。
阻抗匹配線路（圖片來源：實作派提供）
畫完線路後做頻率掃描，你就能看到 S11 在 Smith Chart 上的軌跡，對於線路的行為就能夠有所掌握。它唯一的缺點是，頻率掃描的點太少，如果頻率開很寬，S11 的軌跡會看起來有點菱角，這時你可以考慮下一段要介紹的軟體。
在 Smith Chart 上的頻率響應（圖片來源：實作派提供）
Smith
這是一位瑞士教授寫的軟體，專門用來作微波電路的模擬使用，有區分付費與免費版本，如果你像我一樣元件很少，只是拿來做做研究玩一玩，用免費版本的就可以（免費版本無法存檔，元件數量也有限制）。它的費用大約台幣 3000 左右，比起專業的 CAD 我想是便宜很多，做做研究應該很夠用。
30 cm 75 ohm Cable 的模擬圖（圖片來源：實作派提供）
這套 Smith 的軟體它能夠模擬幾乎所有高頻電路的東西，對我來說最大的好處就是頻率掃描的點數可以自己設定，否則若頻率間距太大，軌跡看起來就是有菱有角。
ONELAB
如果你要模擬電磁場的動向，可以考慮這款軟體 ONELAB，它是一種有限元素分析軟體 FEM，是免費的Open Source，裡面包含了 Gmsh 建模軟體、GetDP 的求解軟體，基本上任何散度、旋度、偏微分等，我想應該都難不倒它。
它可以讓你建立 3D 模型，模擬磁場電場的流動。如果對於自身領域的數學模型很熟悉，可以利用這款軟體，幫助你分析在不同形狀與材料參數下進行場型分析。
它唯一的缺點就是 GUI 介面沒有很好用，但仍然可以用，畢竟不像專業的套裝軟體，都幫 User 把麻煩事簡化。另外，GetDP 的數學模型與模擬環境建置的敘述只能用文字檔表達，它才能吃進去運算，只要有公式進去它就能有輸出，因此不限於電磁場，它也可以用在熱力學、流體力學等。
OneLAB 的 FEM 分析軟體（圖片來源：實作派提供）
小結
通常 Design house 比較有機會用到電路模擬，要做晶片一定要模擬，而在下游的系統業大部分是以組裝後的驗證居多，使用 SPICE 的人數相對較少。
像我就只有遇到問題時，才會拿 SPICE 來驗證某一小塊電路，而且還不需要太準，只要趨勢符合預期就可以，因此低價好用甚至免費的軟體，就很符合我的需求。
大家喜歡用哪套，青菜蘿蔔各有所好，工具沒有好不好只有適不適合，希望各位找到自己合用的工具。
（本文經同意轉載自實作派電子實驗室、原文連結：責任編輯：賴佩萱）
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