|
作者：Anne Mahaffey，首席應用工程師 摘要 本文詳細介紹了在LTspice®原理圖中添加電壓控制開(kāi)關(guān)的步驟。文中列舉了幾個(gè)示例，著(zhù)重說(shuō)明了電壓控制開(kāi)關(guān)在瞬態(tài)仿真中的使用。 簡(jiǎn)介 電壓控制開(kāi)關(guān)是LTspice的基本電路元件，能夠以簡(jiǎn)潔的方式在電路中實(shí)現開(kāi)路或短路行為，并支持在仿真過(guò)程中動(dòng)態(tài)切換。完善原理圖后，設計人員最終可能需要采用更精確的FET或開(kāi)關(guān)模型，但在設計初期，較簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)元件無(wú)疑是更理想的選擇。 開(kāi)始前的必需步驟 本文假設讀者對LTspice的基本操作有一定了解。如果您尚未熟悉LTspice的使用方法，請先參閱入門(mén)指南和LTspice基礎知識視頻系列。 第1步：放置開(kāi)關(guān)符號 打開(kāi)需要添加開(kāi)關(guān)的原理圖�；蛘哌x擇File（文件）→New Schematic（新建原理圖），創(chuàng )建一個(gè)新的原理圖。 選擇Edit（編輯）→Component（元件，或按快捷鍵P），然后從元件庫中選擇sw（開(kāi)關(guān)）。使用Rotate（旋轉，CTRL+R）和Mirror（鏡像，CTRL+E）命令可以微調開(kāi)關(guān)符號的方向。單擊Place（放置），再單擊原理圖以放置新的開(kāi)關(guān)。參見(jiàn)圖1。 
圖1.從Component（元件）對話(huà)框中選擇開(kāi)關(guān)。 第2步：添加模型語(yǔ)句 選擇Edit→SPICE指令（或按快捷鍵“.”），為開(kāi)關(guān)添加模型指令。輸入以下示例代碼： .model MYSW SW() 其中，MYSW是分配給該模型指令的名稱(chēng)，SW()表示這是一個(gè)開(kāi)關(guān)模型，使用默認參數值（圖2）。單擊OK（確定），然后單擊原理圖以放置.model指令。要查看關(guān)于開(kāi)關(guān)模型指令的LTspice幫助主題，請選擇Help（幫助）→LTspice Help（LTspice幫助），并搜索Voltage Controlled Switch（電壓控制開(kāi)關(guān)），查閱相關(guān)的SW()模型指令。
圖2.向原理圖添加.model指令。 第3步：將新開(kāi)關(guān)指向相應模型語(yǔ)句 將.model指令添加到原理圖后，請右鍵單擊開(kāi)關(guān)值（放置開(kāi)關(guān)時(shí)默認為SW），確保新的開(kāi)關(guān)符號正確鏈接到模型。將SW更改為MYSW，以將此開(kāi)關(guān)正確鏈接到新創(chuàng )建的MYSW模型。參見(jiàn)圖3。
圖3.更改開(kāi)關(guān)元件的值以匹配.model指令中的名稱(chēng)。 第4步：添加控制電壓源 添加一個(gè)電壓源來(lái)控制新開(kāi)關(guān)的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。要添加電壓源，請選擇Edit（編輯）→Component（元件），從對話(huà)框中選擇一個(gè)電壓元件，然后單擊Place（放置）或按快捷鍵V。單擊原理圖以放置電壓源。 右鍵單擊V值，然后輸入下面的PULSE命令以創(chuàng )建三角波（如圖4所示）。 PULSE(-1 1 0 .5m .5m 0 1m)
圖4.向開(kāi)關(guān)控制引腳添加控制電壓。 電壓控制開(kāi)關(guān)的默認閾值參數為0 V，因此該示例三角波將以50%的占空比接通和關(guān)斷此默認開(kāi)關(guān)模型。 簡(jiǎn)單示例 使用此處提供的簡(jiǎn)單示例進(jìn)行實(shí)驗，或者選擇File（文件）→Open Examples（打開(kāi)示例）→Educational（教學(xué)）→Vswitch.asc。參見(jiàn)圖5。
圖5.Vswitch.asc示例原理圖。 為了簡(jiǎn)化圖表結果并展示改變Vh和Vt值的影響，請右鍵單擊值3.3并將該值更改為1，從而將V2電壓更改為1。 選擇Simulate（仿真）→Run（運行）以運行仿真。參見(jiàn)圖6。
圖6.V2變成1 V后得到的仿真結果。 設置控制滯回的行為 Vh = 0時(shí)的行為 為探索開(kāi)關(guān)在Vh改變時(shí)的行為，我們可以對Vswitch.asc示例進(jìn)行一些更改。 右鍵單擊.model指令，將Vh值更改為Vh = 0，然后重新運行仿真。請注意，此開(kāi)關(guān)表現出理想的開(kāi)關(guān)行為，在Vt值處瞬間完成完全導通與完全關(guān)斷的狀態(tài)切換。本例中的Vt為0.5 V。參見(jiàn)圖7。
圖7.Vh = 0時(shí)，開(kāi)關(guān)表現出理想行為。 此外，我們還可以繪制開(kāi)關(guān)行為與輸入電壓的關(guān)系圖。刪除V(in)跡線(xiàn)，然后右鍵單擊x軸，將x軸從時(shí)間更改為V(in)。參見(jiàn)圖8和圖9。
圖8.將橫軸設置為V(in)。
圖9.繪制V(out)與V(in)的關(guān)系圖。 Vh為正值時(shí)的行為 Vh為正值時(shí)，開(kāi)關(guān)將表現出滯回特性。在Vswitch.asc示例中，將Vh更改為0.2 V，以展示相應的滯回效應。參見(jiàn)圖10。
圖10.Vh為正值時(shí)，開(kāi)關(guān)表現出滯回特性。 Vh為負值時(shí)的行為 Vh為負值時(shí)，開(kāi)關(guān)在導通與關(guān)斷狀態(tài)之間的切換將變得更加平滑（過(guò)渡區域由負Vh值設置）。請注意，負Vh僅會(huì )讓開(kāi)關(guān)平滑過(guò)渡，而不會(huì )造成任何滯回。參見(jiàn)圖11。
圖11.負Vh值使過(guò)渡更平滑。 示例：可變增益運算放大器： 第二個(gè)例子的靈感來(lái)源于此處發(fā)布的電學(xué)實(shí)驗室項目。借助理想運算放大器和開(kāi)關(guān)模型，我們可以模擬該電路的簡(jiǎn)單版本。該示例原理圖名為Variable_Gain_Amplifier_Example.asc，您可以點(diǎn)擊此處下載。 觀(guān)察通過(guò)R3的電流路徑在開(kāi)路和短路之間循環(huán)變化時(shí)，放大器電路的增益如何變化。參見(jiàn)圖12。
圖12.通過(guò)開(kāi)關(guān)實(shí)現可變增益。 LTspice中的FET、開(kāi)關(guān)和多路復用器宏模型 如果您設計的電路需要更貼近實(shí)際的器件來(lái)替代理想化的電壓控制開(kāi)關(guān)，那么LTspice元件庫為您提供了更多模型選擇，包括晶體管、ADI開(kāi)關(guān)和多路復用器。 結語(yǔ) 欲了解更多LTspice技巧和竅門(mén)，請點(diǎn)擊此處，查看LTspice推薦閱讀清單。 |
