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Simulation de circuits électroniques

Il est très intéressant et instructif de concevoir des circuits électroniques en reliant directement des composants sur une platine d'expérimentation (breadboard). Cette pratique est souvent la plus utilisée par des débutants qui, comme beaucoup d'artistes, découvrent l'électronique via Arduino. Cependant, lorsque les circuits à réaliser deviennent plus complexes, il est préférable de passer par une étape de simulation. La simulation permet de vérifier qu'un circuit va fonctionner sans en passer par un montage. Cet avantage prend encore plus de valeur lorsque les composants sont difficiles à placer tels quels sur une platine, comme certains circuits intégrés de petite taille ou lorsqu'ils impliquent un coût d'achat important. Dans le milieu de l'électronique professionnelle, il est hors de question de fabriquer un circuit sans avoir simulé son fonctionnement préalablement. A raison, car une simulation permet d'économiser aussi un temps considérable, de tester rapidement de multiples variantes et d’optimiser un circuit.

Quelles sont les possibilités en matière de simulation lorsqu'on n'a pas des besoins extravagants et qu'on cherche une solution à bas prix ?

J'ai testé plusieurs solutions.

CircuitLab est un outil en ligne. Il convient très bien pour les débutants car son interface est bien pensée et son fonctionnement très ergonomique. Il est facile de placer des composants, de les configurer, de les interconnecter puis de choisir les points du circuit où l'on veut effectuer des mesures. Etant donné que CircuitLab fonctionne sur base d'un navigateur Web, un projet démarré sur une machine peut facilement être poursuivi sur une autre. Il est en outre compatible avec iOS et une interface tactile. Il est très pratique de pouvoir retoucher sur un iPad un projet entamé sur un ordinateur. Le fonctionnement y est un tout petit peu moins ergonomique, mais en gros cela fonctionne. Ajoutons que si la page avec le simulateur est déjà chargée dans le navigateur, le simulateur fonctionne même hors connexion, mais sans possibilité de sauvegarde. CircuitLab fonctionne sur base d'un abonnement payant. Il y a différentes formules, mais certaines sont abordables pour un particulier voire un étudiant. Ses principaux défauts sont un nombre un peu limité d'exemples et surtout un très petit nombre de composants spécialisés. Par exemple, si vous souhaitez modéliser le fonctionnement d'un amplificateur opérationnel ("ampli op" pour les intimes), seuls quelques paramétrages correspondant à un nombre limité de modèles sont proposés.

EasyEDA fonctionne aussi en ligne. Il a donc également les avantages de fonctionner sur tout ordinateur. Par contre, il n'est pas adapté à une interface tactile, donc pas question de le faire fonctionner aussi facilement sur une tablette, à moins peut-être de tout faire via des raccourcis clavier (mais je n'ai pas testé cette possibilité). Contrairement à CircuitLab, il est gratuit. Cependant, il possède une interface utilisateur beaucoup plus encombrée avec des palettes un peu partout et même des fenêtres flottantes. Dès lors, l'accès aux différentes fonctions est beaucoup moins direct et on a l'impression de perdre beaucoup de temps à naviguer dans l'interface. Son fonctionnement est moins intuitif, par exemple pour tracer des câbles. Il permet sans doute d'aller plus loin que CircuitLab mais il requiert certainement plus de temps pour être maîtrisé. Qu'en est-il de la palette de composants disponibles ? Elle est plus large que celle de CircuitLab, mais certains composants qui peuvent être insérés dans les circuits ne fonctionnent pas lorsqu'on démarre la simulation. In fine, il y a tout de même plus de composants simulables qu'avec CircuitLab. En outre, alors que je cherchais un type de composant spécifique, le développeur m'a directement proposé de l'ajouter. Cela étant, l'interface pour chercher les composants manque elle aussi d'ergonomie.

LTspice est la solution de niveau professionnel. C'est une des variantes, aux côtés de Pspice ou Hspice, qui sont les héritières de Spice, un simulateur né au début des années 1970. Je ne vais pas argumenter sur les avantages ou les inconvénients de telle ou telle variante, mais LTspice possède trois avantages déterminants par rapport aux autres versions pour ce qui me concerne :

  1. Il fonctionne sur MacOS, le système que j'utilise habituellement.
  2. Il fonctionne sur base d'une interface graphique, ce qui n'est pas le cas d'autres variantes de Spice sous MacOS X.
  3. Il est totalement gratuit.

Spice est le standard de fait en matière de simulation de circuit électronique. De ce fait, LTspice donne d'une part accès à un très grand nombre d'exemples et d'autre part bénéficie d'une bibliothèque de composants extrêmement vaste. Les fabricants de circuits intégrés fournissent en général eux-mêmes les modèles Spice de leurs composants. Etant donné que LTspice est développé par Linear, qui est elle-même une société qui produit des circuits intégrés, les composants mis en vedette dans le logiciel sont ceux du fabricant, mais il est possible d'ajouter tous les composants tiers, qu'ils soient inclus dans des bibliothèques (fichiers .lib) ou non.

Les difficultés principales dans l'utilisation de LT Spice sont d'une part l'installation de composants additionnels et l'absence d'une documentation complète. Il existe divers tutoriels qu'une recherche en ligne débusquera rapidement, mais rares sont ceux qui couvrent l'ensemble du logiciel et plus rares encore sont ceux qui sont rédigés en français. Un des plus exhaustifs est disponible sur divers serveurs, par exemple ici. Un problème pour les utilisateurs de LTspice sous MacOS X est que la barre de menu y est beaucoup plus dépouillée que dans la version Windows. En outre, les raccourcis clavier sont moins nombreux également (il n'y en a pas pour insérer des composants simples tels que résistances, condensateurs, etc). Côté documentation, c'est bien sûr la version Windows qui est montrée. Notons qu'il existe à propos du logiciel un livre - écrit en français et traduit dans plusieurs langues - qui semble intéressant mais dont le pris frise les 50 € (la version .pdf coûte à peine une dizaine d'euros en moins que la version papier).

Côte ergonomie, LTspice n'est pas des plus fluides. On sent que le logiciel est plus employé dans sa version Windows car une partie des raccourcis-clavier repose sur l'emploi des touches de fonction et de la touche ctrl. Par contre, l'écran n'est pas encombré par de multiples palettes, il est beaucoup plus dégagé que dans les deux autres logiciels exposés (surtout par rapport à EasyEDA).

Reste aussi que l'ajout de composants tiers demande un peu de labeur. Il faut avant tout s'assurer qu'ils sont installés au bon endroit (soit dans le package de l'application elle-même, soit dans le dossier "Application support" de la bibliothèque de MacOS X). Nous y reviendrons éventuellement ultérieurement.

Conclusion : pour un débutant, CircuitLab semble la meilleure solution (il peut aussi fonctionner en version démo gratuite mais sans possibilité de sauvegarde et avec un temps limité à chaque session). EasyEDA est indiscutablement plus adapté si la moindre dépense est exclue, mais il faut s'accrocher un peu plus - et la bibliothèque de composants reste limitée. LTspice donne indiscutablement accès à un potentiel beaucoup plus large même si quelques tâtonnements sont nécessaires (surtout sous MacOS X).

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