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什么是分析?分析是向仿真引擎发送一条指令,告诉它在该仿真图中执行哪种类型的模拟。

在立创EDA的仿真设置中,可以提供以下几种不同类型的分析,这些分析可以通过快捷键CTRL + J进行访问,也可以在仿真菜单栏中的仿真分析中进入。

  • 瞬态分析

  • 静态工作点分析

  • 直流传递函数

  • DC扫描分析

  • 小信号频域分析

瞬态(时域)分析 .TRAN

LTspice的瞬态分析部分在用户指定的时间间隔内根据时间计算瞬态输出变量。初始条件通过直流分析自动确定。所有与时间无关的电源(例如电源)均设置为直流值。

一般形式:

.TRAN [Tstart [dTmax]] [修饰符]
.TRAN [修饰语]

第一种形式是传统的.tran SPICE命令。Tstep是波形的绘图增量,但也用作初始步长猜测。LTspice使用波形压缩,因此该参数值很小,可以省略或将其设置为零。Tstop是模拟的持续时间。瞬态分析总是在等于零的时间开始。如果省略Tstart,则假定为零。但是,如果指定了Tstart,则不会保存0到Tstart之间的波形数据。这是一种通过忽略启动瞬变来管理波形文件大小的方法。

在Tstart之前的时间间隔内,将对电路进行分析(以达到稳定状态),但不存储任何输出。在间隔(Tstop-Tstart)中,分析电路并存储输出。

最终参数dTmax是积分电路方程式时要花费的最大时间步长。如果指定了Tstart或dTmax,则必须指定Tstep,但通常将其设置为零。

请注意,在立创EDA中,dTmax限制为:dTmax =(Tstop-Tstart)/ 1000。这是立创EDA限制服务器使用的限制。这不是在本地计算机上运行的本地LTspice的固有限制。
可以在.tran语句的末尾添加以下两种修饰符:

  1. Strat:在独立的电压和电流源关闭的情况下解决初始工作点。然后开始瞬态分析,并在模拟的前20 us中打开这些源。这模拟了从首次接通电路开始运行的电路。

  2. Uic:请注意,必须谨慎使用’uic’选项。

通常,在开始瞬态分析之前会执行DC工作点分析。直流工作点分析的结果提供了在时间t = 0时电路的初始条件。’uic’ spice指令禁止这种初始化。

某些电路元件的初始条件可以根据每个实例指定。例如:可以指定晶体管处于OFF初始状态;可以将开关指定为处于ON或OFF初始状态;.IC spice指令允许指定t = 0时的电网电压和电感器中的电流。如果将’uic’选项添加到tran spice指令,则将使用所有指定的初始条件。但是,重要的是要认识到,如果在未明确说明初始条件的情况下使用了’uic’指令,则由于省略了DC工作点分析,因此采用默认值。这可能会在某些仿真中引起问题,因为默认值可能导致电路周围的非物理初始条件。例如,考虑与理想电容器并联的理想电压源。除非另有说明,否则电压源的默认初始值为零。因此,电容器上的电压在t = 0时也为零。然后,在第一步中,电压源设置为工作输出电压,因此会从中汲取无穷大电流,以将电容器充电至该工作电压。模拟器找不到足够短的时间步长来限制此电流,并发出“time step too small convergence fail”的消息。

有关可应用于.tran指令的这些修饰符和其他修饰符的信息,请参考:
http://ltwiki.org/LTspiceHelpXVII/LTspiceHelp/html/DotTranModifiers.htm

例子:

.tran 1m
.tran 1m startup
.tran 0 1000ns 500ns 10ns
.tran 10ns 1us 0us 20ns uic

静态工作点分析.OP

一般形式:.op

使LTspice进行静态工作点分析,计算电感短路且电容开路时电路的静态工作点。该分析的结果用于计算非线性设备的线性化小信号模型的值。

更多信息:http://ltwiki.org/LTspiceHelpXVII/LTspiceHelp/html/DotOp.htm

直流传递函数分析.TF

SPICE的直流传递函数分析部分计算以下小信号特征:

  1. 输出变量与输入变量之比(增益或传输增益);

    2.相对于输入源的电阻;

  2. 相对于输出端子的电阻。

.TF语句可用于查找戴维南小信号等效电阻。(戴维南电压由OP语句的结果由开路端的节点电压给出)。

一般形式:

.tf OUTvar inSRC

例子:

.tf V(5,3)VIN
.tf I(VLOAD)VIN

.TF命令定义用于直流小信号分析的小信号输出和输入。OUTvar是小信号输出变量,inSRC是小信号输入源。如果使用这一条指令,SPICE将计算传递函数(输出/输入)与输入电阻和输出电阻的DC小信号值。

更多信息:
http://ltwiki.org/LTspiceHelpXVII/LTspiceHelp/html/DotTf.htm

DC扫描分析.DC

在进行直流扫描分析时,SPICE会在用户指定的范围内步进指定的独立电压或电流源的值,并对每个值执行工作点分析。这样可以评估直流传递函数,还提供了一种绘制设备和模型的特性曲线的机制。

一般形式:

.dc源名称Vstart Vstop Vincr> [Source2 Vstart2 Vstop2 Vincr2]

例子:

.dc Vin 0.25 5.0 0.25
.dc vin 0 10 .5 vgs 0 5 1
.dc vce 0 10 .25 ib 0 10u 1u
.dc R1 0 1k 100
.dc TEMP 0 100 1

这些参数定义了直流传输曲线源和扫描极限。Source-Name是独立电压或电流源,电阻器或电路温度的名称。Vstart,Vstop和Vincr分别是起始值,最终值和增量值。第一个示例使电压源vin的值以0.25伏为增量从0.25伏扫到5.0伏。可以选择使用关联的扫描参数指定第二个源(Source2)。在这种情况下,对于第二个来源的每个值,第一个来源将扫过其范围。

以下仿真说明了单个电压源的直流扫描:

点击查看工程

小信号频域分析.AC

SPICE的交流小信号部分计算交流输出变量作为频率的函数。该程序首先计算电路的直流工作点,并确定电路中所有非线性器件的线性化小信号模型。然后,在用户指定的频率范围内分析所得的线性电路。交流小信号分析的期望输出通常是传递函数(电压增益,跨阻等)。如果电路只有一个交流输入,则可以将该输入设置为单一相位和零相位,这样输出变量相对于输入具有与输出变量的传递函数相同的值。

一般形式:

.ac(DEC | OCT | LIN)N Fstart Fstop

Fstart是起始频率,Fstop是最终频率。

例子:

.ac dec 10 1 10K   对数为10的扫描
.ac dec 10 1k 100Meg 对数为10的扫描
.ac lin 100 1 100Hz 对数为e的扫描

但是请注意,由于WaveForm工具的限制,立创EDA当前仅实现了decade对数的计算体现,因此’oct’和’lint’扫描选项的使用受到限制。

更多信息:http://ltwiki.org/LTspiceHelpXVII/LTspiceHelp/html/AC_analysis.htm

设置初始条件.IC

一般形式:

.IC [V()=] [I()=]

例:

.IC V(输入)= 2 V(输出)= 5 V(vc)= 1.8 I(L1)= 300m

IC线用于设置初始瞬态条件。根据是否在.TRAN控制行上指定了UIC参数,它有两种不同的解释。请勿将此行与.NODESET行混淆。.NODESET行仅用于帮助DC收敛,并不影响最终偏置解决方案(多稳态电路除外)。此行的两种解释如下:

  1. 如果在.tran线上指定了uic参数,则在.ic控制线上指定的节点电压将用于计算电容器,二极管,BJT,JFET和MOSFET的初始条件。这等效于ic=…在每条设备线上指定参数,但是更加方便。该ic=…参数仍然可以指定,并且优先于.ic值。由于在进行瞬态分析之前未计算任何直流偏置(初始瞬态)解决方案,因此,如果要使用.ic控制线上的所有直流电源电压来计算设备的初始条件,则应特别注意。

  2. 如果在.tran控制行上未指定uic参数,则在进行瞬态分析之前会计算dc偏置(初始瞬态)解。在这种情况下,在偏置解决方案中,.ic控制线上指定的节点电压被强制为所需的初始值。在瞬态分析期间,消除了对这些节点电压的约束。这是首选方法,因为它允许LTspice计算一致的直流解决方案。

请注意,如果未使用’uic’选项,则无论如何都将使用模拟中包含的任何.IC指令。


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