Sobre — FaultSim

FaultSim

Simulador de Circuitos Eletrônicos

Ferramenta educacional para montagem, simulação e diagnóstico de falhas em circuitos eletrônicos. Roda inteiramente no navegador — sem instalação, sem servidor externo.

100tipos de componentes

411testes automatizados de sanidade

Como usar

Adicione componentes
Acesse o menu Componentes na barra superior e escolha o elemento desejado. O cursor entrará no modo de inserção — clique na área de trabalho para posicioná-lo. Use a tecla R antes de clicar para rotacionar.

Conecte com fios
Clique em Fio na barra (ou pressione W). Clique em um terminal e depois no terminal de destino — ou clique e arraste diretamente de um terminal até o outro. Pressione Esc para cancelar um fio em andamento.

Defina o terra
Todo circuito precisa de uma referência de tensão zero. Adicione um componente Terra (GND) — ou use Fonte (Vcc), que conecta o polo negativo ao terra automaticamente.

Edite propriedades
Clique com o modo Selecionar ativo em qualquer componente para abrir o painel de propriedades. Altere o valor e pressione APLICAR.

Escolha o modo de análise e simule
Selecione Análise Estática (DC) ou Análise Transiente (AC) no seletor à direita da barra. A simulação ocorre automaticamente sempre que o circuito está válido. Em modo AC, use os botões ▶/⏸ para iniciar e pausar.

Modo de Falhas (para professores)
Acesse o menu Módulo de Falhas para ativar o painel do professor, definir uma senha de proteção e abrir as Configurações do desafio: número máximo de tentativas, bloquear a saída do modo e liberar (ou não) que o aluno mova componentes e modifique o circuito (conectar/desconectar fios, adicionar e remover peças). Com o painel ativo, selecione componentes para injetar falhas. Salve o circuito como .fsim para distribuir aos alunos.

Modos de análise

Análise Estática — resolve o circuito em regime permanente usando o Método Nodal Modificado (MNA). Exibe tensão, corrente e potência em cada componente. Capacitores se comportam como circuito aberto; indutores como curto-circuito.

Análise Transiente — simulação passo a passo no tempo usando modelos companion para capacitores e indutores. Configure o passo de tempo (dt) e a velocidade de simulação pelo botão ⚙. Compatível com fontes de tensão CA.

Falhas

Modo de Falhas — o professor injeta uma falha oculta (curto, aberto, valor alterado, saída travada etc.) e o aluno diagnostica o componente defeituoso com os instrumentos disponíveis. O circuito pode ser protegido por senha, com número de tentativas configurável e permissões opcionais para o aluno mover componentes ou modificar a fiação durante o teste. Disponível apenas quando há pelo menos um componente com falha injetada.

Motor de simulação

O solver resolve o circuito pelo Método Nodal Modificado (MNA) em cinco etapas, executadas a cada simulação (e a cada passo, em transiente):

Netlist
Une os terminais conectados (union-find) e ancora o nó terra (GND, polo negativo da fonte Vcc ou a primeira fonte). Nós flutuantes recebem uma condutância mínima (GMIN = 1e-12) para evitar matriz singular.

Stamp
Classifica os elementos MNA em arrays tipados e monta a matriz de condutância G e o vetor RHS, reaproveitando os mesmos buffers entre iterações (sem realocação no laço de Newton-Raphson).

Newton-Raphson + homotopia GMIN
Componentes não-lineares (diodo, BJT, MOSFET, zener, amp-op, optoacoplador, tiristores, portas lógicas) são resolvidos por iteração de Newton-Raphson (até 150 iterações, tolerância 1e-6) com sub-relaxamento adaptativo — o passo de atualização encolhe se a iteração oscilar e volta ao normal conforme converge. Se ainda assim não convergir, repete o NR variando o GMIN de 1 a 0 (warm-start); sem convergência mesmo após esses passos, a simulação lança um erro explícito em vez de devolver um resultado incorreto.

Eliminação gaussiana
Resolve o sistema linear por eliminação gaussiana com pivotamento parcial. A matriz é densa (sem suporte a matriz esparsa) — adequada para os circuitos de sala de aula que o simulador foi projetado para atender.

Transiente
Em Análise Transiente, cada passo dt usa um modelo companion para capacitores/indutores (TR-BDF2 por padrão, com Euler implícito e Trapezoidal como alternativas — a última preserva melhor oscilações). Se um passo não converge, o dt é bisseccionado automaticamente (até 6 níveis) antes de desistir. Por fim, a etapa de extração calcula tensão, corrente e potência de cada componente a partir da solução final.

Componentes disponíveis

Passivos

Resistor, Capacitor, Indutor, Relé, Chave simples, Chave 2 vias, Potenciômetro, Transformador, LDR, Termistor PTC/NTC, Buzzer 5V, Piezoelétrico, Motor DC, Lâmpada de filamento, Fusível, Faísca (Spark Gap), Cristal Ressonador

Fontes

Tensão DC, Tensão CA (senoidal/quadrada/triangular), Corrente DC, Fonte (Vcc), Terra (GND), Nó de Rede, Fonte por Equação, Clock (gerador de onda quadrada)

Semicondutores

Diodo, LED (com cor), Display 7 segmentos, Matriz de LEDs 5×7, Zener, BJT NPN/PNP, MOSFET NMOS/PMOS, SCR, DIAC, TRIAC, Fotoacoplador, e componentes SPICE nomeados com parâmetros de datasheet (diodos 1N4001/1N4148/1N5819, BJTs BC548/BC558/ 2N2222/2N2907/BD135/BD136, MOSFET IRF540)

Lógica Digital

Portas AND, OR, NAND, NOR, XOR, XNOR, NOT, BUF; Flip-flops tipo D, T, JK e SR

Primitivos

VCCS, VCVS, CCVS, CCCS, Amplificador Operacional Ideal

Microcontroladores

µC com 6 ou 14 pinos digitais I/O e firmware em JavaScript editável (CodeMirror integrado); CIs prontos: NE555 (astável/monoestável), LM3046 (array de 5 NPN) e amp-ops modelados via SPICE — TL081/LM741 (simples), TL082/TL084, LM358/LM324 e NE5532 (duplos/quádruplos); comparadores open-collector LM393/LM339; reguladores de tensão LM7805/LM7812/LM317

Medição

Voltímetro (1 GΩ), Amperímetro (0 V), Wattímetro (P = V·I, 4 terminais), Ohmímetro (injeção de corrente de teste), Frequencímetro, Capacímetro, Indutímetro

Hierarquia

Subcircuito (bloco hierárquico com portas configuráveis), Pino de Subcircuito, Bloco SPICE (cole um .subckt)

Anotações

Texto / Markdown — rótulos e documentação diretamente no esquemático

Bloco SPICE — capacidades e limitações

O Bloco SPICE transforma um trecho de netlist .subckt em um componente: as portas viram terminais e cada linha de elemento é traduzida para o solver do FaultSim. É um subconjunto do SPICE, voltado ao uso didático.

Elementos suportados

R, L, C, V, I (2 terminais)
E (VCVS), G (VCCS) — fontes controladas por tensão
D (diodo), Q (BJT), M (MOSFET)
.subckt / .ends e .model (tipo + parâmetros básicos)

Convenções

O nó 0 é o terra global — ligue um GND ao circuito.
Diodo: D n+ n- [Vf] (Vf opcional, padrão 0,7 V).
.model define a polaridade (NPN/PNP, NMOS/PMOS); lê BF/BR (BJT) e VTO/KP/LAMBDA (MOSFET). Sem .model, assume NPN/NMOS.

Limitações

Sem transiente interno: C e L são avaliados em DC (C = aberto, L = curto). Use componentes de C/L no esquemático para análise no tempo.
O bulk do MOSFET é ignorado (modelo de 3 terminais).
Não suportado: fontes H/F, .subckt aninhado, formas de onda SIN/PULSE (fontes CA/temporais viram 0), limite de corrente e ruído.

Capacidades e limitações

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Simulação completa — Análise DC e Transiente sobre 100 tipos de componentes (incluindo não-lineares: diodos, BJT, MOSFET, tiristores, lógica digital e flip-flops), resolvidos por MNA + Newton-Raphson com homotopia GMIN.

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SPICE e hierarquia — Bloco SPICE (subconjunto, ver seção acima) e subcircuitos hierárquicos aninháveis com pinos configuráveis.

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Modo de Falhas completo — injeção por componente ou por pino, proteção por senha (hash SHA-256), tentativas configuráveis e permissões granulares de mover/editar para o aluno.

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Exportação e colaboração — esquemático (.json/.fsim), imagem (SVG/PNG), netlist SPICE (.cir), compartilhamento via URL e autosave local — sem depender de servidor externo.

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Matriz densa — o solver não usa matriz esparsa. Suficiente para circuitos didáticos (até algumas centenas de nós), não para projetos de grande escala.

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Sem AC de pequenos sinais — o modo "AC" é transiente no tempo com fonte senoidal; não há varredura de frequência fasorial nem diagrama de Bode.

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Sensibilidade em transiente sem bissecção — a varredura de sensibilidade em modo transiente reintegra do zero por candidato sem a bissecção automática de passo nem o firmware de MCU — capada a 3000 passos no total.

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Sem visualização de nó / fluxo — não há mapa de tensão sobre o esquemático nem animação de direção de corrente nos fios — é preciso posicionar instrumentos manualmente.

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Um desafio por arquivo — cada .fsim contém um único cenário de falhas (sem sequência de exercícios) e não exporta o resultado do aluno para avaliação formal.

Recursos implementados

Simulação

DC e Transiente (TR-BDF2 / Euler implícito / Trapezoidal seletável), bisseção automática do passo dt, homotopia GMIN e sub-relaxamento adaptativo do Newton-Raphson

Modo de Falhas

Painel do professor, senha SHA-256, configurações de desafio (tentativas, bloqueio de saída, mover/editar), falhas por pino e falhas específicas por família de componente

Edição

Desfazer/refazer (50 estados), copiar/colar, grade configurável (5/10/20/40 px), fios reconfiguráveis por arraste, alinhamento por snap

Colaboração e i18n

Compartilhar circuito via URL (compactado no hash, sem servidor), autosave local, interface em PT/EN

Osciloscópio

Múltiplos osciloscópios simultâneos, múltiplos canais, exportação CSV, configuração de janela de tempo, escala e cores

Equações

Geração das leis de Kirchhoff (KCL e KVL) do circuito atual em formato de texto para download

Análise de Sensibilidade

Mede o impacto relativo de cada parâmetro do circuito sobre uma grandeza do componente selecionado (as mesmas grandezas exibidas no painel de propriedades), perturbando um parâmetro por vez e ranqueando por impacto. Disponível em Modo Estático ou Transiente (até um instante de tempo escolhido)

Ajuste de Parâmetro

Sugere o valor de um parâmetro do circuito para que uma grandeza do componente selecionado atinja um valor desejado, testando um parâmetro por vez por busca ativa em duas fases: expansão geométrica até encontrar um intervalo que contenha o alvo, seguida de bisseção. Disponível em Modo Estático ou Transiente

Atalhos de teclado

Tecla	Ação
Modos
W	Modo fio
V	Modo selecionar
Esc	Cancelar modo atual / cancelar fio em andamento
Inserção rápida de componentes
R	Inserir Resistor
C	Inserir Capacitor
L	Inserir Indutor
S	Inserir Fonte de Tensão DC — repetir tecla cicla para CA e Corrente DC
G	Inserir Terra (GND)
P	Inserir Fonte (Vcc)
D	Inserir Diodo — repetir tecla cicla para Zener e LED
Z	Inserir Diodo Zener
N	Inserir BJT NPN — repetir tecla cicla para MOSFET NMOS
M	Inserir BJT PNP — repetir tecla cicla para MOSFET PMOS
Transformação
R	Rotacionar componente — durante inserção (ghost) ou com componente selecionado
X	Espelhar horizontalmente — durante inserção ou com componente selecionado
Y	Espelhar verticalmente — durante inserção ou com componente selecionado
Edição
Delete	Deletar componente ou fio selecionado
Ctrl C	Copiar componente(s) selecionado(s)
Ctrl V	Colar com deslocamento de 40 px
Ctrl Z	Desfazer última ação (undo)
Ctrl Y	Refazer (redo) — também funciona com Ctrl Shift Z
Navegação
Espaço	Auto zoom (encaixar circuito na tela)
↑ ↓ ← →	Mover o canvas (pan)

Exportação

Esquemático (.json)

Salva e carrega o circuito completo. Use para continuar o trabalho depois.

Compilado (.fsim)

Formato de distribuição para o Modo de Falhas — oculta as falhas injetadas.

Imagem (SVG / PNG)

Exporta o esquemático como imagem vetorial ou raster para relatórios.

SPICE (.cir)

Exporta netlist compatível com simuladores SPICE externos (LTspice, ngspice).

Dicas

💡

Módulo de Falhas — senha e tentativas — o professor define uma senha de acesso ao painel no menu Módulo de Falhas → Definir senha. Ao salvar o circuito, a senha é armazenada como hash criptográfico (SHA-256): ela não pode ser recuperada, apenas verificada. Em Configurações do desafio ficam o número de tentativas (0 = ilimitado), o bloqueio de saída do modo e as permissões de mover componentes e modificar o circuito — desligadas por padrão, deixando o circuito travado para que o aluno apenas identifique os suspeitos.

💡

Nó de Rede (NetLabel) — conecta pontos distantes do circuito sem fios físicos. Dois componentes com o mesmo rótulo são eletricamente ligados, tornando esquemáticos complexos mais legíveis.

💡

Equações — o menu Equações gera as leis de Kirchhoff (KCL e KVL) do circuito atual em formato de texto, útil para conferência didática.

💡

Osciloscópio — em Análise Transiente, clique em Abrir Osciloscópio no painel de propriedades de qualquer componente para monitorar tensão e corrente em tempo real. Use o botão ⚙ para ajustar a janela de tempo, escala Y e cores dos canais. Os dados podem ser exportados em CSV.

💡

Fios reconfiguráveis — no modo Selecionar, passe o cursor sobre um segmento de fio: o cursor muda para indicar que o segmento pode ser arrastado. Arraste para reposicionar o traçado sem desconectar os terminais.

💡

Desfazer / Refazer — todas as ações de edição (inserir, deletar, mover, rotacionar, alterar propriedades, criar fios) podem ser desfeitas com Ctrl Z e refeitas com Ctrl Y. O histórico mantém até 50 estados.

💡

Análise de Sensibilidade — no painel de propriedades de qualquer componente, clique em Análise de Sensibilidade... (abaixo de "Abrir Osciloscópio"). Escolha a grandeza a medir, o modo (Estático ou Transiente — este pede um instante de tempo) e a perturbação percentual; a varredura ranqueia os parâmetros do circuito por impacto na medição.

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Ajuste de Parâmetro — no painel de propriedades de qualquer componente, clique em Ajustar... (ao lado de "Análise de Sensibilidade..."). Escolha a grandeza, o valor desejado e o modo (Estático ou Transiente); o algoritmo testa cada parâmetro do circuito isoladamente e sugere o valor que o levaria ao alvo. Clique em Aplicar em qualquer sugestão da tabela para usá-la.

Desenvolvido por Evandson Dantas, Larissa Soares e Hadley Siqueira.