Benutzermodelle erstellen in uSimmics (ehemals QucsStudio) [2026]

Was Sie lernen werden

• Die drei Modellierungsansätze in uSimmics (ehemals QucsStudio) und ihre Unterschiede
• Erstellung eines einfachen Widerstandsmodells mit der Gleichungskomponente
• Implementierung eines benutzerdefinierten Transistormodells mit VerilogA
• Platzierung der .va-Datei und Import in den Schaltplan
• Auswahlkriterien für den geeigneten Ansatz (Genauigkeit, Aufwand, Kenntnisstand)

Überblick über die Modellierungsansätze

In uSimmics (ehemals QucsStudio) stehen drei Hauptmethoden zur Erstellung von Benutzermodellen zur Verfügung. Jede hat ihre eigenen Stärken – das gemeinsame Ziel ist die präzise Nachbildung realer Bauteilverhalten im Simulator.

1. Modellierung mit der Gleichungskomponente

Die Gleichungskomponente (Equation Component) ermöglicht es, das Verhalten eines Bauteils direkt durch mathematische Formeln zu definieren. Sie eignet sich ideal für Einsteiger und schnelle Prototypen linearer Modelle.

Beispiel: Einfaches Widerstandsmodell

Ziel: Das Strom-Spannungs-Verhalten eines Widerstands mit I = V/R modellieren.

Schritt 1: Gleichungskomponente einfügen

1. uSimmics (ehemals QucsStudio) starten und den Schaltplan-Editor öffnen.
2. Im Bereich „Components“ die Kategorie „nonlinear components“ aufklappen.
3. „Equation Component“ per Drag & Drop in den Arbeitsbereich ziehen.

Schritt 2: Gleichung definieren

1. Doppelklick auf die platzierte Gleichungskomponente, um den Eigenschaften-Editor zu öffnen.
2. Im Feld „Equation“ folgende Formel eingeben:
   I = V/R
3. I: Strom (berechnete Ausgabe)
4. V: Spannung (Eingangsvariable)
5. R: Widerstandswert (Konstante)
6. Bei Bedarf ergänzende Gleichungen hinzufügen (z. B. V = 5, R = 100).

Schritt 3: Schaltung vervollständigen und simulieren

1. Spannungsquelle (V) und GND-Symbol hinzufügen, um die Schaltung zu schließen.
2. Simulation starten.
3. Im Ergebnisfenster den Strom I überprüfen und sicherstellen, dass I = V/R korrekt berechnet wird.

2. Modellierung mit VerilogA

VerilogA (Analog Hardware Description Language) eignet sich zur Beschreibung von Bauteilen mit nichtlinearen oder frequenzabhängigen Eigenschaften, die mit Standardkomponenten nicht abbildbar sind.

Beispiel: Benutzerdefiniertes Transistormodell

Ziel: Einen Transistor mit einer individuellen Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V) beschreiben.

Schritt 1: VerilogA-Datei erstellen

Mit einem beliebigen Texteditor eine Datei mit der Endung .va erstellen und folgenden Code eingeben:

module CustomTransistor(n1, n2, n3);
  inout n1, n2, n3;
  electrical n1, n2, n3;
  parameter real Vth = 0.7;   // Schwellspannung (Einschaltschwelle des Transistors)
  parameter real K = 1.0e-3;  // Transistorkonstante (gerätespezifischer Koeffizient)

  analog begin
    if (V(n2, n3) > Vth) begin
      I(n1, n2) <+ K * (V(n2, n3) - Vth)^2;
    end else begin
      I(n1, n2) <+ 0;
    end
  end
endmodule

Anschlussdefinition:
– n1: Basis (Base)
– n2: Kollektor (Collector)
– n3: Emitter (Emitter)

Modellerläuterung:
– Vth: Schwellspannung, ab der Kollektorstrom fließt.
– K: Gerätekonstante, die die Transistorcharakteristik bestimmt.
– Im analog begin ... end-Block wird der Kollektorstrom berechnet.

Schritt 2: .va-Datei dem Projekt hinzufügen

1. Die erstellte .va-Datei in den Projektordner von uSimmics (ehemals QucsStudio) kopieren.
2. uSimmics (ehemals QucsStudio) neu starten oder das Projekt neu laden.
3. Im linken Bereich „Content“ sicherstellen, dass die .va-Datei angezeigt wird.

Schritt 3: VerilogA-Modell im Schaltplan platzieren

1. Die .va-Datei im „Content“-Bereich auswählen.
2. Cursor auf den Schaltplan bewegen und klicken – das VerilogA-Modell wird platziert.
3. Mit anderen Standardkomponenten verbinden und Simulation starten.

3. Modellierung mit C++

C++-Modelle eignen sich für numerisch aufwendige Algorithmen oder Berechnungen, die auf vorhandenen C++-Bibliotheken basieren. Wie VerilogA-Modelle werden sie in externen Dateien definiert und in uSimmics (ehemals QucsStudio) eingebunden. Detaillierte Implementierungshinweise entnehmen Sie bitte der offiziellen Dokumentation von uSimmics (ehemals QucsStudio).

Auswahlkriterien für den richtigen Ansatz

Zusammenfassung

Mit den drei Modellierungsansätzen – Gleichungskomponente, VerilogA und C++ – deckt uSimmics (ehemals QucsStudio) ein breites Spektrum ab: von einfachen Einsteigerprojekten bis hin zu hochpräzisen Modellen moderner Halbleiterbauelemente. Ein schrittweiser Einstieg – beginnend mit der Gleichungskomponente, gefolgt von VerilogA – ermöglicht es, Genauigkeit und Entwicklungsaufwand im Gleichgewicht zu halten.

Um zuverlässige Simulationsergebnisse zu erzielen, müssen Modellparameter sorgfältig eingestellt und die Ergebnisse mit realen Bauteilmessungen verglichen werden.

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