INF1410: Innføring i LTspice

Transkript

1 INF1410: Innføring i LTspice LTspice er en gratis SPICE simulatr sm lages av Linear Technlgy. Den er enkel å ta i bruk g kan anvendes fr å simulere de fleste elektrniske kretser. Den har ganske mange muligheter g har ingen spesielle begrensninger, fruten at en videre distribusjn av prgrammet skal fregå i uendret frm med tilhørende bibliteker g mdeller fr Linear Technlgy sine kmpnenter. Installasjn LTspice kan lastes ned fra LT her: (ca 9MB) (Registrering er valgfritt.) Installasjn av LTspice er enkelt. Man kjører den nedlastede installasjnsfilen LTspiceIV, aksepterer lisensbetingelsene g velger banen man ønsker å installere til. Ønsker du å bruke prgrammet på universitetets pc er må du installere prgrammet på hjemmemrådet ditt. (Fr eksempel M:\kurs\INF1410\LTspiceIV\) Start av prgrammet Prgrammet startes ved å kjøre fila scad3.exe fra mappa du installerte til. Det er pp til brukeren selv m man ønsker å lage en snarvei på skrivebrdet eller lignende. Den første kretsen Vi skal her lage en enkel spenningsdeler med t mtstander g en spenningskilde. Når man først åpner LTSPICE får man pp et blankt vindu med menyer g nen knapper. Man lager et nytt kretsskjema ved å klikke på menyvalget File New Schematic. eller v.h.a Figur 1: Man lager en ny skjematikk med. LTspice har nå åpnet et nytt design g en ny knapperad har blitt gjrt tilgjengelig: Velg først File Save as.. g lagre filen på ditt eget mråde med et passende navn sm fr eksempel M:\KURS\INF1410\LTSPICE\INTRODUKSJON TIL LTSPICE\KRETS1.ASC

2 Vi skal nå tegne denne skjematikken: På tegningen er V1, R1 g R2 navn på kmpnentene. V1 er navnet til spenningskilden, R1 g R2 er navn på mtstandene. Hver av mtstandene har en mtstand pålydende 100 Ohm, mens spenningskilden har en DC verdi på 1 Vlt. Med DC verdi menes at spenningskilden hlder 1 Vlt under hele simuleringen. Oppskrift på skjematikken Tegn først t mtstander sm vist på figuren ver: Klikk først på symblet, deretter vil ett klikk på skjemaet plassere en kmpnent. Tips: Du kan bruke tastetrykket Ctrl R fr å rtere kmpnenten 90 grader, eller Ctrl E fr å speile den m y aksen. Trykk på escape knappen (ESC) når du har plassert t mtstander. Tips: Escape knappen kan brukes til å avbryte de fleste kmmander. Høyreklikk så på mtstandssymblet fr å sette inn mtstandsverdien i feltet Resistance : Gjør tilsvarende fr den andre mtstanden.

3 Fr å finne spenningskilden klikker man først på symblet, deretter velger man vltage sm vist under g klikker på k. Skulle man hatt en strømkilde ville man ha valgt current. Trykk så på ESC g høyreklikk på spenningskilden: Vi ønsker fr øyeblikket kun en DC spenning på 1 Vlt g angir dette sm ver. Andre typer kilder er fr øvrig tilgjengelige m man klikker på Advanced. Til slutt må vi plassere jrd symblet. Simuleringsprgrammer trenger alltid minst en jrd tilkbling fr å vite hva sm er 0 Vlt i kretsen. Til slutt tegner vi ledninger fr å kble sammen kmpnentene. Fr å begynne å tegne ledninger klikker man på eller F3. Klikk først på en terminal (de lyseblå firkantene på kmpnentsymblene), deretter ser man at en ledning strekkes fra terminalen. Klikker man et blankt sted på arket kan man velge hvr ledningene skal ha hjørner. Klikker man på en annen ledning kbler man ledningene sammen, g klikker man på en annen terminal kbler man ledningen til denne terminalen. Terminalene blir gjerne kalt pins eller prts (pinner eller prter) på engelsk.

4 Til slutt skal vi sette på navn på ndene i skjematikken vår. (nder blir gså kalt nett eller nets i simuleringsprgrammer) Bruk knappen fr å sette på navn på ndene. Først får du pp et vindu hvr du skriver inn navnet sm vist under: Når du så klikker OK må du klikke der du ønsker å ha navnet. Kall den øverste nden fr Vin, g nden mellm mtstandene fr Vut. Du kan lagre kretsskjemaet hvis du ønsker det. Pass på at kretskjemaet funksjnelt er likt med figuren under:

5 Simulering 1:.OP (DC Operasjnspunkt ) Vi er nå klare til å kjøre den første simuleringen. En DC perasjnspunktsimulering er en simulering der alle påtrykte spenninger g strømmer er knstante. Simulatren frsøker deretter å finne stabile perasjnspunkt fr alle andre spenninger g strømmer i kretsen. Selv m vi ikke merker det vil simulatren alltid starte enhver simulering med en perasjnspunktsimulering fr å finne ut hvr den skal begynne ved tiden t=0. SPICE kmmanden fr å kjøre en perasjnspunktsimulering er.p Velg fra menyen Simulate Edit Simulatin Cmmand Velg fanen DC p pnt : Når du klikker OK ønsker LTspice at simuleringskmmanden skal ligge i skjematikken. Klikk derfr nå et sted på skjemaet slik at.p kmmer pp. Kjør simuleringen med knappen eller Simulate Run Vi får dermed pp et vindu sm under: Vi kan her lese at nettet (eller nden) vin har spenningen 1 Vlt, mens spenningen på nden Vut er 0.5 Vlt. Strømmene gjennm R1 g R2 g kilden (V1) er alle 5 ma.

6 Simulering 2:.DC (DC Sweep ) Med en DC simulering kan vi sveipe (variere) verdien på en spennings eller strømkilde g se hvilken effekt det har på DC perasjnspunktet til kretsen. Velg fra menyen Simulate Edit Simulatin Cmmand Velg fanen DC sweep g fyll ut feltene sm vist under. Her vil vi altså variere verdien på spenningskilden V1. Vi begynner på 1 Vlt g går deretter i steg på 50mV pp til g med +1 Vlt. Klikk på OK g plasser simuleringskmmanden et sted i skjematikken. Merk at.p kmmanden samtidig blir kmmentert ut: ;p Den vil dermed ikke bli kjørt lengre. Etter at du har kjørt simuleringen får du først pp et blankt svart vindu. Flytter du så markøren ver til skjematikken vil du se at markøren frandrer seg til et prbe symbl. Klikker du først på nettet Vin g så på Vut vil du få plttet de t nettene. Resultatet blir mtrent slik:

7 På denne figuren har vi gså satt på et rutenett. Det kan man gjøre ved å høyreklikke i spenningskurvevinduet. Man får da en meny sm til høyre: Her kan man zme eller sette manuelle grenser fr x g y aksen på figuren. Visible traces g Add Trace bringer pp vinduer hvr man kan velge fra alle nett i kretsen, mens med Delete Traces kan man fjerne en kurvefrm fra figuren ved å klikke på nettnavnet øverst i vinduet. Add plt pane legger til et nytt sett med akser sm man kan ha en kurvefrm på. Grid gir et rutenett g FFT' gir en dialg hvr man kjøre en Furiertransfrm. Med Add Trace kan man gså enkelt lage et uttrykk sm beregner fr eksempel et frhld i kretsen: Velg først Add plt pane fr å lage et nytt sett med akser. Høyreklikk så innenfr de nye aksene g velg Add trace Skriv det følgende inn i feltet Expressins t add : V(vut)/ V(vin) (det går an å klikke på nettnavn i vinduet ver fr å spare seg skrivingen av de enkelte nettnavnene) Mange matematiske funksjner kan benyttes i et uttrykk. Se i hjelpefila under Wavefrm arithmetic fr en kmplett liste. Når du så klikker OK tegnes det pp en ny kurvefrm fr frhldet mellm Vut g Vin. Du skal kunne se at frhldet er knstant g lik 0.5 fr alle innspenningene.

8 Simulering 3: Variasjn av kmpnentverdier (.step param) Vi skal nå se hvrdan vi kan gjøre den samme simuleringen mange ganger, mens vi varierer verdien på en kmpnent. Vi ønsker nå at mtstanden i R1 skal være gitt ved parameteren rval. (R1=rval). Navnet rval er tilfeldig valgt. Høyreklikk først på mtstanden R1 g legg inn {rval} i stedet fr 100 sm mtstandsverdi. Klammene {} er viktige g frteller LTspice at verdien ikke er et tall, men et uttrykk sm må evalueres. Velg dernest.p sm simuleringskmmand sm i simulering 1, men skriv inn det følgende i feltet der det fra før bare står.p (Linjeskift fåes ved å bruke Ctrl+Enter):.step param rval p Kmmanden får LTspice til å variere rval med startverdi 50 g sluttverdi 150 i steg på 10. Til sammen blir det 11 simuleringer. Klikk til slutt OK, plasser simuleringskmmanden g kjør. Kretsen bør nå se mtrent slik ut: Om vi pltter Vut ser vi x aksen verdiene fr rval, mens Vut ser ut til å bevege seg fra 667mV til 400mV. Dette kan du verifisere m stemmer med Ohms lv g KVL.

9 Simulering 4: Transient (.tran) En transient simulering er en simulering i tidsdmenet. Ved ppstart beregnes strømmer g spenninger med en DC perasjnpunktsimulering. Deretter vil simulatren bevege seg i små steg på tidsaksen, g beregne nye verdier ettersm påtrykte g interne strømmer g spenninger frandrer seg. Fr at ne skal skje under en transientsimulering må vi først endre litt på spenningskilden vår, slik at den frandrer spenning underveis. Høyreklikk på spenningskilden, klikk på Advanced g velg deretter funksjnen PWL (piecewise linear). Legg inn spenning 0V ved t=0 g 1V ved t=10u (10us) sm vist under. Klikk OK.

10 Gå så inn på Edit simulatin cmmand sm i tidligere simuleringer g velg fanen Transient Legg inn infrmasjn m hvr lang simulering vi ønsker (20us) sm vist under: Til slutt endrer vi fr enkelhets skyld tilbake verdien på mtstanden R1 til 100Ω g passer på at.step param rval linja har blitt kmmentert ut med en ; først i linja. Til slutt skal kretsen se ut mtrent sm dette:

11 Kjører vi en simulering g bruker prben til å velge de t nettene V1 g V2 fr visning bør vi kunne se dette: Nyttig infrmasjn T andre nyttige funksjner fr spenningskildene PULSE gir et pulstg. SINE gir en sinus. Strømkilder En uavhengig strømkilde kan man få ved å velge Add cmpnent ( ) g deretter current. Denne strømkilden tilbyr de samme funksjnene (DC, PWL, PULSE g SINE) sm kilden vltage. Avhengige kilder LTspice støtter avhengige kilder, g man finner de sm kmpnent symbler under navnene e, f, g g h. Vi har ikke tenkt å beskrive hvrdan disse benyttes her, men m man ønsker det selv kan man se i hjelpefilene. Å måle strøm Når man måler strøm kan man nen ganger være usikker på den egentlige strømretningen. Måler man strømmen gjennm en spenningskilde med 0 Vlt er man sikker på at strømretningen er fra + til på symblet. Å få kurver g kretser ver i Wrd e.l. Har man markert enten kurvevinduet eller kretskjemavinduet kan man velge Tls Cpy bitmap t clipbard. Derette kan man lime inn det sm var innhldet i vinduet med Ctrl V (i Wrd) Menyvalget Tls Write plt t a.wmf file skriver innhldet i det markerte vinduet til en fil i windws metafile frmatet. Dette støtter vektrgrafikk, g på den måten får man fte mindre filer g et bedre resultat m man skalerer figurer pp/ned. Ønsker man et annet filfrmat må man

12 knvertere videre. På ifi s linux pc er finner man kmmanden cnvert sm kan knvertere mellm mange ulike frmater. Spørsmål Spørsmål kan rettes til gruppelærer i kurset. Våren 2009 er dette Hans Kristian Berge, sm har fast kntrplass på rm 2402, i annen etasje innenfr kantina. Mailen er hansbe@ifi.ui.n g telefnnummeret er , men jeg ser helst at dere ikke ringer i helger eller etter på hverdager. Hans Kristian Otnes Berge, Januar 2009