Ltspice tutorial

Device model getting

To obtain a device model, it is easiest to obtain the device model provided by the parts manufacturer.

In this article, we will acquire ON Semiconductor’s NPN bipolar transistor “2N4923” for explanation.

1

Click the link below to go to the page where you can download the SPICE model on the ON Semiconductor website.

ON Semiconductor

Simulation Models

In addition, since it is difficult to understand when moving from the top page of the ON Semiconductor web site, it is faster to search for “simulation model” in the on-site search.

2

A list of SPICE models that can be downloaded is displayed as shown below.

Enter “2N4923” in the search window and click “Search”.

3

Although multiple file names with different extensions are displayed, the file extension that can be used with LTspice is “.LIB”. Click “PSpice Model” and the download will start automatically.

Control Panel

With LTspice XVII, you can make various settings from the “Control Panel”.

Launch LTspice XVII and click “Control Panel” (hammer icon) on the toolbar to display the “Control Panel” screen.(It can also be displayed by clicking “Tools” -> “Control Panel” in the menu bar.)

If you make a mistake, you can return to the default state by clicking “Reset to Default Values”.

In this article, we will introduce the minimum required setting method.

Setting of simulation speed and internal accuracy

If there is enough processing power of the PC, we recommend “Alternate”, which has high internal accuracy.

1. Click “SPICE” in the “Control Panel”.
2. Select “Alternate” in “Engine” -> “Solver ”.
3. Click “OK” to finish setting.

Choice of simulation speed / internal accuracy

• Normal:Simulation speed 2x, internal accuracy 1/1000 (Compared to Alternate)
• Alternate:Simulation speed 1/2, internal precision 1000 times (Compared to Normal)

Grid display in schematic editor

When creating a schematic, it is easier to see if the grid is displayed.

1. Click “Drafting Options” in the Control Panel.
2. Checking “Show schematic grid points ” will display the grid on the schematic editor.
3. Click “OK” to finish setting.

Change keyboard shortcut

If you get used to circuit creation, it is much faster to use shortcuts. Some of the default shortcuts are F keys (function keys), so change them to characters that are easy to remember.

1. Click “Drafting Options” in the Control Panel.
2. If you click “Hot keys ”, “Keyboard Shortcut Map” will be displayed.
3. Change the keyboard shortcuts referring to the following table of “Recommended keyboard shortcuts”.
4. Click “OK” to finish setting.

Recommended keyboard shortcuts

Automatically delete waveform data file

Because waveform data file is saved and it squeezes HDD (hard disk drive), let’s try to delete waveform data automatically.

1. Click “Operation” in the Control Panel.
2. Checking “Automatically delate .raw files ” will automatically delete waveform data.
3. Click “OK” to finish setting.

Display the schematic editor and waveform graph side by side

Depending on the configuration of the schematic and the contents of the simulation, it may be better to display the schematic editor and the waveform graph side by side. Please set as needed.

1. Click “Operation” in the Control Panel.
2. Select “Vert” in “Default Window Tile Pattern ”.
3. Click “OK” to finish setting.

Модели устройств

LTspice поставляется с тысячами моделей сторонних производителей ( конденсаторы , диоды , катушки индуктивности , резисторы , транзисторы , ферритовые бусины , оптоизоляторы , таймер 555 и др.), А также макромоделями для аналоговых устройств и компонентов линейной технологии ( АЦП , аналоговые переключатели , компараторы , ЦАП , фильтры , операционные усилители , таймеры , источники опорного напряжения , супервайзеры напряжения , регуляторы напряжения , 0,01% в четырех резисторов сети, и многое другое). В библиотеке устройств номера деталей Analog Devices начинаются с «AD», а детали Linear Technology начинаются с «LT».

LTspice позволяет пользователю выбирать из моделей устройств, которые поставляются с LTspice, а также позволяет пользователю определять свою собственную модель устройства, или использовать сторонние модели от многочисленных производителей электронных компонентов, или использовать модель из сторонней библиотеки устройств. Начиная с LTspice XVII, были добавлены настройки панели управления, позволяющие пользователю указывать каталоги поиска для символов и библиотек сторонних устройств. См. Настройку параметра в LTspice -> Инструменты -> Панель управления -> .

Текст, описывающий внутренние модели SPICE, можно разместить непосредственно на схеме LTspice с помощью кнопки директивы spice . Преимущество этого метода заключается в том, что сторонняя модель является автономной как часть схемы при распространении файла схемы. То же самое можно скопировать и в текстовый файл ASCII на вашем компьютере, но он не будет «путешествовать» со схемой, когда вы копируете ее на другой компьютер. Например, следующие номера деталей диодов не включены в текущую библиотеку устройств LTspice:

Примеры графиков записи и воспроизведения

Графики слева – это моделирование для записи. Схема представляет собой резистивный делитель напряжения с дополнительным конденсатором для придания различной формы фронтам и спадам импульсов сигнала. Запись ведется в течение двух секунд. Графики справа – это выходы проигрывателя. При воспроизведении первая секунда записи пропускается, и отображается последняя секунда. Как и с любым аналого-цифровым преобразователем, убедитесь, что частота дискретизации достаточно высока, чтобы избежать искажений.

Рисунок 3 – Графики записанных и воспроизведенных данных

При создании этих схем и графиков у меня было четыре открытых окна. Два окна со схемами и два окна с графиками. Просто нажмите Run (запуск) на регистраторе, а затем на проигрывателе.

Частота на графике Найквиста в LTspice

Типовой график Найквиста не может предоставить числовую информацию о частоте, потому что он представляет бесконечный диапазон значений частоты. Всё, что делится на бесконечность, равно нулю, поэтому, если бы мы попытались проанализировать график Найквиста с точки зрения обычной пропорциональности, любое конечное числовое значение частоты (10 Гц, 1 кГц, 100 МГц и т. д.) было бы расположено в начальной точке кривой.

Однако диаграмме Найквиста в LTspice удается объединить кривую, форма которой соответствует бесконечному частотному диапазону, с числовыми значениями частот, которые можно ожидать от графиков АЧХ и ФЧХ. Это значительно повышает привлекательность методики Найквиста, потому что вы можете использовать курсоры, чтобы найти усиление и сдвиг фазы на заданной частоте или частоту, на которой схема имеет заданное усиление или сдвиг фазы.

Пример графика Найквиста в LTspice

Примеры графиков, показанные в этой статье, представляют передаточную функцию RC фильтра нижних частот первого порядка. Значения компонентов R = 160 Ом и C = 10 мкФ, что приводит к частоте среза приблизительно 100 Гц.

Те из вас, кто читал предыдущие статьи (особенно вторую статью серии о частотах среза на графиках Найквиста), знают, что точка на кривой, соответствующая частоте среза, имеет угол -45°, и именно ее мы видим на графике Найквиста в LTspice, показанном ниже.

Рисунок 4 – Определение частоты среза на диаграмме Найквиста в LTspice

Последнее замечание: как вы могли заметить, диаграмма не содержит стрелки, указывающие направление увеличения частоты. Стрелка не нужна, потому что эта информация доступна с помощью курсоров.

Моделирование 3: добавление буферного усилителя

Еще один вариант схемы смещения заключается в буферизации резистивного делителя с помощью повторителя напряжения. Мы добавили операционный усилитель, выбранный для высокого выходного тока, широкой полосы частот и способности управлять довольно большой емкостной нагрузкой. Этот компонент находится в стандартной библиотеке LTspice «Opamps». Запустите ту же симуляцию, но измените результат симуляции на «BREF».

Ой! Низкочастотный шум увеличился из-за 1/f шума от операционного усилителя, а высокочастотный шум вернулся, потому что дополнительный шум операционного усилителя не был отфильтрован. Сразу видно, что шум от ОУ намного больше, чем шум от резистивного делителя, особенно на низких частотах.

Рисунок 4 – Анализ схемы с дополнительным буферным операционным усилителем

How to convert SPICE Netlist to an LTspice schematic

Schematic Builder to automate the first steps below.

Before you start, make working copy of the netlist and then clean
it up by doing any reordering of lines or shortening of node/net
names that will make them easier to work with. For example, nets
with names like «n023» and «n001» can usually be safely shortened
to «n23» and «n1» (sometimes I do this in a word processor with
find and replace). Also, it is a good idea to move all comments
to the end of the working netlist (if not delete them altogether).

At this point, I like to import the netlist into LTspice, either
directly onto the schematic (if the netlist is short) or into a
separate LTspice netlist window.

Now go through the netlist line by line and place a component of
the corresponding type on the schematic (arrange these in rows by
component type such that you build up rows of all the same type).
It is important to do this in exactly the same order as the net-
list because this will greatly ease cross checking when you think
you have finished. (Also, all of the SPICE text, such as model
statements, etc. should be copied and pasted in at the end.)

As you place each component, edit its reference designator to
agree with the corresponding netlist reference designator.

As you place each component, place a net-label/node-name directly
on each pin of the component (of course, these should agree with
their names in the netlist, too). Don’t bother with wires yet as
these will just be trouble to move around later.

Once all the components are placed, view the SPICE Netlist (it’s
a drop-down menu item) and verify that it agrees *exactly* with
the original netlist (it will, if you followed these instructions
carefully). Correct any errors as needed until agreement is
perfect. This «schematic» should actually be able to run at
this point.

(This above section is what is automated by the SchBuilder.)

So far you have just been playing the part of a robot, but now
comes the fun part where human judgement is required. Move the
components around on the schematic to group them such that the
pins that have the same net names are close to each other and
that signal flow makes sense. Use the Highlight Net tool (right
mouse button click on a pin or net) to make sure no connection
is overlooked.

Only when the parts are reasonably well placed is it time to
start drawing in the wires and adjust the look of the schematic.

Be sure to check occasionally that the two netlists continue to
match.

Because both netlists and schematics are just ascii text files,
the first part of this process should be fairly straightforward
to automate in software. Grouping components and connecting them
for least total wire length might be harder, but still possible
(I would try an approach using the so-called «synthetic annealing»
algorithm). However, finishing the schematic to human sensibilities
would seem beyond the reach of any canned program, but having a
utility that did the first two steps would be a big time saver and
well worthwhile. (from analogspiceman, used by permission)

Source Code for Schematic Builder is available here or
as one zip file available here
You need to use Lazarus a Pascal based development tool.
After you have installed the latest version of Lazarus, double-click on SchBuilder.lpr to open the project. Further development and LTwiki updates are encouraged.

Color Preferences

With LTspice XVII, you can change the color of WaveForm, schematic and netlist from Color Preferences.

Launch LTspice XVII and click “Tools” -> “Color Preferences” in the menu bar to bring up the Color Palette Editor.

You can select the WaveForm, Schematic, or Netlist displayed on the tab, enter the RGB values, or move the slide bar to change each color. The RGB values of each color scheme are as follows for reference.

RGB of each color

Also, if you make a mistake, click “Defaults” and you’ll be back to the default setting.

WaveForm

1. Click “WaveForm” in the Color Palette Editor.
2. Select “Item for which you want to change the color” under Selected item.
3. Change the RGB values with numbers or change them with the slide bar to make it your favorite color.
4. Click “OK” to finish setting.

The color scheme is easy to understand if it is the same as the color of the oscilloscope waveform.

This article introduces recommended waveform color of high-share Tektronix and Keysight oscilloscopes as a reference.

Recommended color of WaveForm for Tektronix oscilloscope users

Recommended color of WaveForm for Keysight oscilloscope users

Schematic

1. Click “Schematic” in the Color Palette Editor.
2. Select “Item for which you want to change the color” under Selected item.
3. Change the RGB values with numbers or change them with the slide bar to make it your favorite color.
4. Click “OK” to finish setting.

The circuit diagram is almost my preference, but it is set as follows.

Schematic recommended color

It is color-coded so that parts and wiring can be easily understood.

In addition, the background was set to white in order to make the contrast as clear as the WaveForm.

Confirm the added device model

1

Open a new schematic editor in LTspice and click Component.

2

Select “npn” from “Select Component Symbol” and click “OK”.

Schematic symbol compatible with device model

In this article, the NPN bipolar transistor is used as an example, but the schematic model compatible with other device models is as follows.

• Diode: diode
• Zener diode: zener
• Schottky diode: schottky
• NPN bipolar transistor: npn
• PNP bipolar transistor: pnp
• Nch-JFET：njf
• Pch-JFET：pjf
• Nch-MOSFET：nmos
• Pch-MOSFET：pmos

3

After placing the NPN, right-click to open the “Bipolar Transistor” editing screen.

4

Click “Pick New Transistor” to display the list of Select Bipolar Transistors stored in standard.bjt.

5

Check the bottom of the “Select Bipolar Transistor” screen, and there is “2N4923” added, so select it and click OK.

Воспроизведение данных WAV

Ниже показан соответствующий проигрыватель, который считывает данные для построения графиков или подачи сигналов на другие схемы.

Рисунок 2 – Проигрыватель данных WAV

Источники напряжения считывают данные для каждого канала. Напряжения, которые были масштабированы в регистраторе, теперь «демасштабируются» с помощью источников напряжения, управляемых напряжением. Масштабные коэффициенты для каждого канала устанавливается с помощью операторов , данные коэффициенты соответствуют операторам на схеме регистратора. Директива работает как обычно и используется для воспроизведения всех или части данных.

SPICE – это программа, использующая текст

SPICE не может напрямую понять диаграмму схемы или любую другую форму графического описания. SPICE – это компьютерная программа, использующая текст, которая требует, чтобы схема была описана относительно ее составляющих компонентов и точек соединений. Каждая уникальная точка соединения в цепи описывается для SPICE номером «узла». Точки, которые являются электрически общими друг для друга в моделируемой цепи, обозначаются одним номером. Возможно, будет полезно думать об этих числах как о номерах «проводов», а не как о номерах «узлов», следуя определению, данному в предыдущем разделе. Так компьютер узнает, что с чем связано: через общие номера проводов или узлов. В схеме из нашего примера есть только два «узла»: верхний провод и нижний провод. SPICE требует, чтобы где-то в цепи был узел 0, поэтому мы обозначим наши провода 0 и 1:

Рисунок 2 – Обозначение узлов на схеме

На приведенной выше иллюстрации я показал несколько меток «1» и «0» вокруг каждого провода, чтобы подчеркнуть концепцию общих точек, имеющих общие номера узлов; но всё же это графическое изображение, а не текстовое описание. Прежде чем можно будет продолжить анализ, SPICE должен получить значения компонентов и номера узлов в текстовой форме.

Ограничения и подводные камни

Как и любое другое программное обеспечение, у LTSpice есть ограничения в возможностях, которые следует иметь в виду при его использовании. Хотя это и не определяющий недостаток при доступности большого количества вариантов SPICE моделирования, вот пара моментов, которые стоит иметь в виду:

• в частности, модели операционных усилителей и транзисторов могут быть слишком чувствительны и работать не совсем так, как ожидалось. Их ограничения меняются в зависимости от конкретной модели и могут варьироваться от различий во входном шуме до проблем сходимости и времени моделирования (на старых машинах). Linear Technology много лет назад выпустила документацию, которая даст вам представление о возможных подводных камнях;
• с некоторыми проектами будет лучше просто отойти от моделирования и собрать реальную схему. Точная настройка моделирования может позволить вам получить лучшее представление для наихудшего сценария, но, конечно, не всегда покажет вам, как всё будет вести себя на самом деле. Преимущество LTSpice в том, как быстро вы можете настроить моделирование и получить обзор общей производительности и других важных деталей. LTSpice поможет вам с помощью некоторых приятных функций (например, добавление таких деталей, как паразитные емкости и сопротивления для отдельных компонентов), но LTSpice не способен моделировать ситуации, которые происходят при моделировании в лабораторных условиях. Я считаю, что, если это возможно, то лучше сравнить результаты моделирования с поведением схемы при использовании настоящих инструментов, потому что на определенном этапе добавление дополнительных компонентов и источников в вашу модель схемы для учета разных факторов будет менее надежным, чем увидеть, как это работает на самом деле. Как всегда, выбор за вами.

Формат файла

Многие файлы LTspice хранятся в виде текстовых файлов ASCII , которые можно просматривать или редактировать с помощью любых программ текстовых редакторов ASCII . Одним из побочных преимуществ формата файла ASCII является то, что схема может быть указана в печатном документе / книге / журнале / таблице данных / исследовательской работе / домашнем задании, что позволяет читателю воссоздавать файлы LTspice без электронного распространения файлов.

Расширения файлов LTspice :

• — схема . Он состоит из списка соединений, основанного на текстовых командах SPICE .
• — электронный символ, показанный на схеме.
• — ввод внешнего списка соединений.
• — Двоичный выход БПФ .
• — подсхемы библиотеки моделей.
• — настройки графика просмотра осциллограмм .
• — двоичный выход, дополнительный выход ASCII.
• — подсхема.
• / / / — модель устройства. Хотя разрешены любые расширения файлов, пользователи, как правило, тяготеют к общим.

Пример

Следующий пример можно просмотреть, скопировав каждый в два разных текстовых файла. Для каждого скопируйте текст в сером поле из этой статьи, вставьте его в текстовый редактор ASCII , сохранив как текстовый файл. Оба файла должны иметь одно и то же «базовое имя» и находиться в одном каталоге. Чтобы увидеть это, откройте файл «asc» с помощью LTspice, затем нажмите кнопку «Выполнить» в программном обеспечении LTspice.

• LTspice_RC.asc
• LTspice_RC.plt

Файл схемы

LTspice схемы сохраняются в виде текстового файла ASCII с расширением имени файла « ».

В следующем примере показано содержимое небольшого файла схемы LTspice для простой RC-цепи с четырьмя условными обозначениями : V1 — источник постоянного напряжения 10 В , R1 — резистор 1 кОм , C1 — конденсатор 1 мкФ , земля . Три нижние строки ТЕКСТА: 1) директива моделирования переходных процессов с параметром времени остановки 10 мс ( ), 2) директива SPICE для установки начального состояния RC «out» цепи на ноль вольт ( ) и 3) a текстовый комментарий (заголовок).

Version 4
SHEET 1 880 680
WIRE 224 96 128 96
WIRE 128 160 128 96
WIRE 224 192 224 176
WIRE 288 192 224 192
WIRE 224 208 224 192
WIRE 128 288 128 240
WIRE 224 288 224 272
WIRE 224 288 128 288
WIRE 224 304 224 288
FLAG 224 304 0
FLAG 288 192 OUT
IOPIN 288 192 Out
SYMBOL res 208 80 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 1K
SYMBOL cap 208 208 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 1uF
SYMATTR SpiceLine V=50
SYMBOL voltage 128 144 R0
WINDOW 123 0 0 Left 0
WINDOW 39 0 0 Left 0
WINDOW 0 7 10 Left 2
WINDOW 3 -20 57 Left 2
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value 10V
TEXT 120 344 Left 2 !.tran 10mS
TEXT 120 376 Left 2 !.ic v(OUT)=0V
TEXT 8 72 Left 2 ;RC Circuit - LTspice - Wikipedia

Файл сюжета

Настройки графика программы просмотра сигналов LTspice хранятся в виде текстового файла ASCII с расширением имени файла » «. Если этот дополнительный файл графика присутствует, то все плоскости графика будут автоматически отображаться после нажатия кнопки «Выполнить», в противном случае пользователю нужно будет щелкнуть каждую цепь, чтобы увидеть форму сигнала. Чтобы создать файл графика в Windows, после отображения графика графика щелкните его правой кнопкой мыши и выберите «Файл», затем выберите «Сохранить параметры графика».

В следующем примере для приведенной выше схемы показаны настройки для моделирования «анализа переходных процессов» с двумя формами сигналов на одной плоскости графика, состоящей из напряжения RC на «выходной» цепи и тока через резистор R1, которые обозначены V (выход) и I (R1). ) в верхней части графика.

{
   Npanes: 1
   {
      traces: 2 {524290,0,"V(out)"} {34603011,1,"I(R1)"}
      X: ('m',0,0,0.001,0.01)
      Y: (' ',0,0,1,10)
      Y: ('m',0,0,0.001,0.01)
      Volts: (' ',0,0,0,0,1,10)
      Amps: ('m',0,0,0,0,0.001,0.01)
      Log: 0 0 0
      GridStyle: 1
   }
}

Бонусный совет

Технические описания на малошумящие операционные усилители часто содержат рисунки, показывающие 10-секундные осциллограммы шума в диапазоне от 0,1 Гц до 10 Гц. Используя доступные инструменты, вы можете оцифровать эту осциллограмму и превратить ее в файл CSV. Затем этот файл CSV используется для настройки PWL (кусочно-линейного) источника напряжения. На рисунках ниже показан график из технического описания и соответствующий график из анализа переходных процессов с PWL источником. Сайт, который я использовал для преобразования графика – это WebPlotDigitizer (он бесплатный). Обязательно используйте опцию изменения порядка записей файле.

Рисунок 9 – График взят из технического описания ADA4627 от Analog DevicesРисунок 10 – График в LTspice, результат преобразования графика с предыдущего рисунка

Соглашения об именах узлов

В LTspice узел / сеть (точка соединения) на схеме может быть помечен с помощью кнопки или клавиши инструмента . Мастер «Label Net» предлагает три варианта метки, два предопределенных графических символа (GND, COM) или определяемое пользователем имя узла / сети.

Два графических символа представляют:

• — Символ земли назначает узлу специальное глобальное сетевое имя «0».
• — Символ COM присваивает узлу сетевое имя «COM», которое не имеет особого значения.

Исторически SPICE и более ранняя версия программного обеспечения LTspice поддерживали только печатаемые символы ASCII для имен узлов / сетей, затем LTspice XVII добавил поддержку символов Unicode .

Пользовательское имя поддерживает две дополнительные функции, которые могут быть добавлены к текстовому имени:

• — Подчеркивание приводит к размещению верхней черты над всем именем, что обычно означает активный низкий сигнал. Например, «_RESET» отображается на схеме как « RESET ».
• — Это означает, что узел является глобальным, независимо от того, где имя встречается в иерархии цепей. Например, «$ G_ENABLE» / «$ G_ERROR». Символ земли обрабатывается аналогичным образом, но к нему не добавляется «$ G_».

Когда имя узла / цепи размещается на схеме, оно будет иметь одно из пяти различных визуальных представлений. Два из них определяются автоматически, а три других выбираются в поле «Тип порта» в мастере «Label Net».

• — Голый текст. Это значение по умолчанию.
• — «Прямоугольник» вокруг текста. Это автоматически отображается для глобального сетевого имени, которое начинается с «$ G_».
• — «Прямоугольник с концом треугольника» вокруг текста. Это выбирается в поле «Тип порта» в мастере «Label Net».
• — «Прямоугольник с треугольником на другом конце» вокруг текста. Это выбирается в поле «Тип порта» в мастере «Label Net».
• — «Прямоугольник с треугольником на двух концах» вокруг текста. Это выбирается в поле «Тип порта» в мастере «Label Net».

Моделирование 2: добавление фильтра

Теперь добавим конденсатор для фильтрации шума от источника питания. Этот конденсатор также фильтрует шум от R1 и R2. Запустите ту же симуляцию снова. Шум на низких частотах не изменился, но на высоких частотах шум отфильтровывается. Резисторы и конденсатор образуют фильтр нижних частот.

Наведите курсор на С1. Пробника нет! Чистые конденсаторы считаются бесшумными, поэтому на графике строить нечего. Добавьте к конденсатору сопротивление (например, сопротивление утечки), и пробник появится, чтобы вы могли построить график шума от этого сопротивления.

Рисунок 3 – Анализ резистивного делителя напряжения с дополнительным конденсатором

Теперь у нас есть отличный инструмент для поиска компромиссов и более глубокого понимания шумовых характеристик схемы. Например, для уменьшения теплового шума от резисторов R1 и R2 их номиналы могут быть уменьшены, но при этом будет потребляться больше мощности, при этом необходимо увеличить C1, чтобы сохранить те же характеристики фильтра нижних частот.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине