Для начинающих. Коротко о LTspice.

В своих статьях я часто привожу результаты моделирования различных схем в симуляторе LTspice. Эту программу лет 5 тому назад посоветовал мне сын, как легко осваиваемую даже таким чайником, как я :)). И знаете, мне действительно удалось более-менее освоить программу за какие-то два дня. Я знаю, что есть более продвинутые симуляторы, такие, как Proteus, Micro-Cap, Multisim, не говоря уже о LabVIEW. Но продвинутые - для продвинутых, а для начинающих нужно что-то попроще.

Симулятор можно скачать, например, здесь. Скачиваете и распаковываете архив (пароль для архива - allsoft), и запускаете .exe файл. Соответственно нужно определиться, какая у вас ОС: 32 или 64 битная. Эта версия программы стоит и у меня. Есть русифицированные версии, но и англоязычная не составит затруднений. При установке на рабочем столе появляется значок:

Рис. 1.

Давим на него и открывается окно программы.

Рис. 2.

Основное меню - аскетичное, всего четыре вкладки File, View, Tools и Help. Жмем на Файл - выпадает меню, в нижнем поле которого перечислены последние, выполненные вами схемы. Если вы запускаете программу первый раз, то, скорее всего там будет пусто. Для начала нам понадобится пункт "Новая схема" (черный треугольник на листочке). Этот же символ есть и панели инструментов.

Рис. 3.

Как видите, практически все инструменты не активны. Чтобы их активизировать нужно нажать на черный треугольник.

Рис. 4.

Цвет поля схем становится голубовато-серым, инструменты становятся активными, а основное меню расширяется. В том числе, в закладке Файл:

Рис. 5.

Так как вы уже начали создавать схему, то появились пункты, позволяющие ее сохранить. В закладке Edit (редактировать) практически те же пункты, что и в панели инструментов.

Рис 6.

Обратите внимание, на клавиатурные дубликаты инструментов. Нажимая на клавиатуре соответствующие клавиши, вызовем появление в поле соответствующие символы компонентов. Очень много активных компонентов (транзисторы, операционные усилители и т.д.) прячутся в пункте Component (F2). Нажав на F2 увидим новое меню:

Рис. 7.

Символы в скобках - это папки, если, например, щелкнуть по "OpAmps", то увидим несколько десятков названий операционных усилителей фирмы Analog Devices, и только этой фирмы. Что поделаешь, симулятор написан именно под нее :))

Рис. 8.

Но познакомиться со всем богатством библиотек элементов можно и позже. Давайте лучше нарисуем простейшую схему эмиттерного повторителя и попробуем с ней поэкспериментировать.

Опять жмем на F2 и выбираем транзистор n-p-n.

Рис. 9.

Нажимаем Ок и окно компонентов пропадает, а остается только символ транзистора. Установите его мышкой в центре поля и щелкните левой кнопкой мышки - символ установится в этом месте, а двигаться будет еще один такой же символ. Чтобы он не мешался, нажмите на правую кнопку. Размер символа можно увеличить или уменьшить, вращая колесико мышки или нажав в панели инструментов + или - в лупе.

Затем два раза жмем на R (переключать на русский не обязательно) и устанавливаем резисторы.

Рис. 10.

Можно обойтись без клавиатуру - жмем на символ резистора в панели инструментов и устанавливаем их на место. Если символ встал не так, как вам хочется, то это не беда: в панели инструментов выбираем руку (их там две, можно нажать любую), а затем берем нужный символ (щелкаем по нему) и передвигаем куда нужно.

Теперь нужно соединить все детали, для этого выбираем в панели инструментов карандаш. На поле схемы появляется перекрещенные линии. Наводим перекрестье на квадратик на конце символа элемента и щелкаем левой кнопкой. Далее тянем линию к нужному контакту другого элемента. Если нужно повернуть на 90 град, то в месте поворота щелкаем, и тянем линию дальше. Чтобы соединить две линии, щелкаем на месте соединения и там появляется квадратик. Если в месте пересечения не щелкнуть, то линии пересекутся, но не соединяться.

Для того, чтобы убрать какую-нибудь линию или символ выберите в панели инструментов ножницы или нажмите на клавиатуре Del - появятся ножницы, наводим их курсор (крестик) на нужную линию или символ и щелкаем мышью.

Никак нельзя забывать установить где надо символ общего повода, выбрав его в панели инструментов.

Рис. 11.

Осталось добавить источник питания. Для этого жмем F2 и выбираем в крайнем правом столбике Voltage.

Рис. 12.

Обратите внимание на надпись справа от символа - это может быть не только источник постоянного тока, но и переменного синусоидального, прямоугольного и т.д. Устанавливаем символ источника питания на место и подсоединяем к нему общий провод. Теперь наводим на символ источника питания курсор и видим, что появилась рука с указательным пальцем. Давим на правую кнопку мыши и в появившемся окне пишем нужное значение.

Рис. 13.

Я выбрал 8 В - два последовательно соединенных Li-Ion аккумулятора. Обратите внимание. что можно указать и сопротивление источника питания, но можно и не устанавливать.

Точно также вводим номиналы резисторов, учитывая, что 300 = 300 Ом, 300k = 300 кОм. А вот с МОм - неоднозначно, в некоторых версиях можно использовать М (латинскую), а я пишу, например, 3000k - это точно работает.

Рис. 14.

Тип транзистора можно не выбирать, тогда, по умолчанию, используется некий идеальный транзистор с h21э>300 и граничной частотой около 500 МГц. Но можно выбрать и определенный тип транзистора из имеющейся библиотеки. Для этого наводим курсор на транзистор, жмем правую кнопку и выбираем Pic New Transistor.

Рис. 15.

Вот наша схема:

Рис. 15.

Теперь нужно запустить работу схемы, для этого выбираем в главном меню вкладку Simulate.

Рис. 16.

Жмем на Edit ....

Рис. 17.

В верхнем окошке устанавливаем время окончания процесса симуляции, в среднем - время начала этого процесса. В нижнем окошке устанавливается количество шагов процесса. Тут следует помнить. что чем больше время течения процесса (stop - start) и чем больше шагов, тем дольше идет расчет процесса. Если при расчете процесса по постоянному току это не имеет особого значения, то для расчета по переменному току и процессов в генераторах колебаний, время расчета при неправильном выборе времени симуляции и количества шагов может достигать единиц и даже десятков минут (при сложных схемах).

Если все выбрано, то давим на Ок. появляется надпись с введенными данными симуляции, которую можно отвести в любое место. Теперь жмем в панели инструментов на бегущего человечка, а для его остановки - на ладонь рядом.

Рис. 18.

Поле схемы уменьшается, и над ним появляется поле графика. Оно будет в этом случае пустым. Можно теперь измерить напряжение в разных точках схемы и ток через ее элементы. Для измерения напряжения подводим курсор к какому-либо проводнику и курсор превращается в красный щуп.

Напряжение в этой точке будет отражаться слева на нижней рамкой.

Рис. 19.

А теперь щелкните правой кнопкой мыши по очереди на проводниках в эмиттерной, коллекторной и базовой цепях транзистора. В поле графиков появятся линии, показывающие изменение напряжения в этих точках.

Рис. 20.

Теперь прибавим на входе и выходе каскада разделительные конденсаторы. Для этого жмем букву С или выбираем в панели инструментов. Вы увидите конденсатор, расположенный по вертикали. Чтобы повернуть его на 90 град нажимаем Ctrl + R.

Рис. 21.

Значения емкости у конденсаторов вводится также, как и номинал резисторов (u - мФ (u - вместо мю), n - нФ, p - пФ). А зачем второй источник питания? Это генератор. Щелкаем по нему правой кнопкой. Появляется уже знакомое окошко, но выбираем там Advanced. В появившемся окне выбираем следующие пункты:

Рис. 22.

Я выбрал синусоидальную форму сигнала, его амплитуда 1 В, частота - 1 кГц, внутреннее сопротивление генератора - 1 кОм. Нажимаем на Ок. Появляется надпись, отображающая выбранные параметры.

Рис. 23.

Запускаем симуляцию, а после завершения процесса щелкаем по базовому проводнику и проводнику у нагрузки.

Рис. 24.

Так как в базовой цепи транзистора присутствует как переменное напряжение, так и постоянное, то график смещен вверх по отношению к графику на нагрузке, где нет постоянной составляющей.

Видно, что выходной сигнал по амплитуде примерно равен входному и сдвига фазы между ними нет. На графике уместился один период колебаний, так как время симуляции равно 1 мс. Увеличим его до 5 мс. Для этого заходим в Simulate, затем в Edit .... и устанавливаем Stop time 6 мс (Stop - Start = 6 - 1 = 5 мс).

Рис. 25.

Теперь на графике умещаются 5 периодов. Попробуем увеличить амплитуду входного сигнала до 3 В

Рис. 26.

Хорошо видно, что на выходе сигнал имеет ограничение снизу.

Об АЧХ - в следующей статье.

Всем здоровья и успехов!