一個地球人在臺北: 電路模擬軟體 Circuit Simulator

作者：王一哲
日期：2023/3/24

前言

最近我正好教到高三選修物理第5冊第1章電流與電路，書上有一個求等效電阻的題目，由於圖中的電阻器不是單純的串聯或並聯，如果要計算節點a、b之間的等效電阻，我通常會在兩點之間接上一個理想電池，用克希荷夫定律計算通過每個電阻器的分支電流，再用電池電動勢及總電流計算等效電阻。但是這個題目的分支電流數字並不好看，假設理想電池的電動勢為 1 V，則通過 5 Ω 電阻器與 2 Ω 電阻器的的電流分別為 $$ I_1 = \frac{7}{40} = 0.175 ~\mathrm{A} ~~~~~ I_2 = \frac{13}{40} = 0.325 ~\mathrm{A} $$ 等效電阻 $$ R_{eq} = \frac{1}{I_1 + I_2} = \frac{1}{0.175 + 0.325} = 2 ~\Omega $$
於是我想要找幾個簡單的電路模擬軟體，理論上只要在軟體裡畫好電路圖，應該就可以得到各個分支電流。網路上免費的電路圖軟體還不少，但是其中好幾個是線上版軟體，無法離線使用，後來我找到了這個網站 https://www.falstad.com/circuit/ 。

等效電阻題目電路圖

Circuit Simulator

連上這個網頁之後，可以直接在網頁上使用軟體，也可以點擊網頁下方的 Standalone (offline) versions.連結，下載離線版本的軟體。

Circuit Simulator 網站首頁

Circuit Simulator 離線版下載頁面

由於我使用的作並系統是 Ubuntu，因此我下載的版本是 circuitjs1-linux64.tgz，將這個檔案解壓縮，進到解壓縮後的資料夾 circuitjs1，再點選可執行檔 circuitjs1 就可以開啟軟體。軟體會自動偵測作業系統語系，而且還可以選用正體中文界面。

Circuit Simulator 離線版

由於開啟軟體時，預設的電路圖是 LRC 電路，先選單依序點選檔案 ⇒ 建立新的空白電路。

檔案 ⇒ 建立新的空白電路

高中物理會使用到的電路元件，基本上都可以從選單中找到。常用的元件有

導線：依序點選繪製 ⇒加入導線或是按快速鍵 w。
電阻器：依序點選繪製 ⇒ 加入電阻器或是按快速鍵 r。
電池：依序點選繪製 ⇒ 輸入和電源 ⇒ 加入直流電壓源(二端) 或是按快速鍵 v。
伏特計、安培計：依序點選繪製 ⇒ 輸入和輸出標籤 ⇒ 加入電壓錶或是加入電流錶。

如果要選取/拖曳選取電路圖上的物件，可以按住空白鍵再用滑鼠左鍵點選物件即可。

繪製工具選單

繪製工具選單 ⇒ 輸入和電源

繪製工具選單 ⇒ 輸入和輸出標籤

畫出求等效電阻題目的電路圖，再點擊右側的執行/停止開始模擬電路，圖中電池的電壓值為 1 V，安培計與電池串聯，讀數為 500 mA，因此等效電阻為 2 Ω 。

模擬求等效電阻題目的電路

如果想要匯出電路圖，可以從檔案選單中找到匯出圖片(PNG) 以及匯出向量圖(SVG) 兩個選項，以下是匯出的 png 檔。>

匯出的 png 檔電路圖

如果想要儲存目前的電路圖，可以從檔案選單中找到儲存或是按快速鍵 Ctrl + s，檔案是純文字檔，內容如下：

$ 1 0.000005 10.20027730826997 36 5 50 5e-11
r 176 224 256 224 0 5
r 256 224 336 224 0 0.5
r 256 304 336 304 0 1.4
r 176 304 256 304 0 2
r 256 224 256 304 0 3
w 176 224 176 304 0
w 336 224 336 304 0
v 288 368 224 368 0 0 40 1 0 0 0.5
w 176 304 176 368 0
w 336 368 336 304 0
370 224 368 176 368 1 0 0
w 336 368 288 368 0