基于LTspice的基本电路仿真（电路模拟器）

LTspice是一种通用的、精确的和自由的电路仿真模拟器，可用于Windows和Mac操作系统中。这是交流和直流仿真的概述，以及如何分析输出信号。

LTspice是一种多功能、精确和自由的电路模拟器，可用于Windows和Mac操作系统中。在本文中，我们将概述LTspice的交流和直流仿真，以及如何分析输出信号。

推荐读者等级

初学者（您应该熟悉模拟电路的基本概念，以便能从本文中获得最大的好处）

开始了

要获得LTspice可执行文件的副本，请访问这里的ADI的技术设计工具下载页面（www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators.html）。一旦你安装了程序并运行它，你就会看到一个像下面这样的屏幕。为了真正开始绘制示意图，您需要单击文件菜单中的黑色的“ADI公司”的图标，这将创建一个新的原理图草稿：

图、开始界面

从这里开始，您可以开始放置和编辑组件，但首先让我们回顾一些键盘快捷键。如果您愿意这样访问它们的话，您可以在电路窗口上方的工具栏上，或者在“编辑”（"Edit"）和“查看”（"View"）菜单中找到其中的大部分的快捷方式。如果您在使用LTSpice时遇到困难，那么在“帮助”（“Help”）菜单中有一组相当全面的资源，包括更多关于使用的示例。下面是一些创建示意图的快捷热键列表：

R：放置电阻器

C：放置电容器

L：放置感应器

D：放置二极管

G：放置接地

F2：Component（组件）菜单

F3：拉线连线

F4：标签网标

F5：删除(按F5然后单击组件)

F6：拷贝

F7：不带连线移动

F8：带连线拖动/移动

F9：撤销(shift F9重做)

CTRL R：旋转（选择住组件时）

CTRL E：镜像（选择住组件时）

注意，CTRL Z不会撤销；另外，CTRL Z和CTRL B分别用于放大和缩小。按“ space”键是“缩放到适合大小”，它很好地匹配到您的观看区域的大小。现在我们将开始放置组件并模拟一个简单的运算放大器。按F2键访问组件菜单，在那里您将找到电压源和运放模型。查看下面的截图可以看到弹出的元件窗口（以及完成的电路原理图）。您需要输入“Opamps”子文件夹并找到名为“Universal Opamp2”的组件”：

图、弹出的组件选择窗口

把它放在示意图上的任何地方。接下来，您将希望重新打开组件菜单，并从组件菜单的顶部放置总共五个电压源（您可以在放置第一个电压源之后使用复制热键来节省时间）。其中三个应该在运放的左边，两个应该在右边。我发现通常最好在编辑值之前放置所有组件和连接走线，所以您也希望在原理图配置中放置三个电阻，就像下面再次显示的那样。请注意，您的电路中应该始终有一个接地符号，否则它将不起起作用。如果要旋转组件，请记住在放置组件时按CTRL R热键：

图、总的仿真原理图

接下来，您可以通过按F3键来绘制连线以将所有东西连接在一起。一旦您在两个组件之间绘制了一条线，单击右键以结束绘图。关于连线，单击一次将电线锚定到您单击的点，并允许您改变方向(按住CTRL，同时按F3放置不是直角的走线)，您可以直接通过多个组件绘制连线，以快速连接它们。你也会想为每一个电源和运放正极放置一个接地连线。在这一点上，你可能已经注意到，在运算放大器和上述原理图中的两个电压源上的 V和-V端子没有连接它们的走线。通过按F4（标记网表），您可以给出特定的走线或端口的名称。给两个对象赋予相同的名称则会将它们连接起来，就好像你在两者之间有一条连线一样，这是减少杂乱的好方法（以及指定你在实际模拟后探测感兴趣的位置）。继续使用这个功能，将运算放大器的供电端口连接到两个最右边的电压源上。

现在是时候给组件赋值了。通过右键单击任何组件，可以编辑其属性。你会发现，电阻将是非常简单的，可以直接定义空框中电阻值，公差和功率额定值。您输入的值只需要字母来指定数量级（因此您不必在每个数字后面写“欧姆”），重要的是要注意，在LTSPice中，“m”和“M”表示“milli”，而使用“MEG”(或类似1000k)来指定mega-ohms/farads/henries/等等。在我给出的例子中，所有四个电阻的值都是1k，所以可以分别输入每个电阻的值，虽然它比填写一个然后再复制慢一点，但在将来，在编辑组件之前放置你的电路将有助于确保你不会忘记事情。

您不需要更改操作放大器的属性中的任何内容，但是查看它们会提示您一些LTspic中的更高级的特性。至于电压源，对于这个电路，您只需输入直流值。我给出的例子的输入电压为2，3和7伏特，所以当我们模拟时，我们应该期望倒置输出一个-12V。然后将电源电压设置为 15和-15。

在我们进行模拟之前，最后一件事是：您可能已经注意到，我使用网表标签来指定“SUM”和“OUTPUT”。您可以这样做，以使选择跟踪更容易，但请记住，“SUM”端口实际上应该在0V左右。

仿真我们的求和电路

一旦你像上面的截图那样设置了电路，你就可以做你的第一次仿真模拟了。 LTspice能够进行几种类型的模拟，但今天我们只讨论两种：.tran(瞬态)和.AC（交流），分别代表瞬态和交流扫描分析。根据我自己的经验，这是两种最常用的仿真模拟形式，并获得了一些有价值的信息。打开“Simulate”菜单，转到“Edit Simulation Cmd”。这里有几个选项，但这次我们只需要使用.tran(瞬态)部分。需要填写一些合理的值(我选择了5s的停止时间和0.2的时间步长)。点击OK，您将有一个最后的组件放置，其中包含模拟参数；把它放在任何你喜欢的地方。在此之后，右键单击原理图并点击“运行”，或者在Simulate菜单中按下它。您应该看到一个仿真结果图填充了LTspice窗口的一半，但其中还没有任何东西：

图、仿真结果图填充了LTspice窗口的一半

为了查看电路输出，您需要选择要查看的电路的哪些部分。你可以做这两种方式之一：

右键单击黑色图形并点击“Add Trace”，然后选择要显示的网络。

更简单的方式是单击要查看跟踪的电路部分。单击走线以查看电压，或单击组件以获得电流（此示例不需要此电流）。

继续单击V1、V2和V3上面的走线，然后再次单击“OUT”标签（如果没有添加网表标签，则单击走线）。这将绘制四条直线，每条直线的颜色不同。您将看到输出为-12V。

图、仿真结果

AC扫描和滤波器模拟

恭喜你！你已经模拟了你在LTSPICE的第一个电路。这是相当基本的，但你应该足够熟悉了仿真界面，现在你可以继续，而不会太过迷失。模拟时关于traces的几点注意事项：

如果您想绘制参考某个接地信号的其它信号，您可以右键单击电路上的节点并单击“Mark Reference”。直到你再次设置接地点作为参考，你对电路的所有绘图都将相对于这一接地点的情况。

您可以通过单击带有探头的电路的一部分并拖动到第二个（负）节点来查看两个节点之间的差分电压。

如果您想看到某条走线中的电流，请在按住ALT键时单击它。为某组件执行此操作将显示该组件的瞬时功率。

删除某条“trace”可以通过右键单击输出结果绘图窗口顶部的名称或按F5并单击它来完成。

现在让我们继续讨论另一个例子。这次我们将模拟一个中心频率在50MHz左右的带通LC滤波器。请看下面的仿真电路截图：

图、模拟带通滤波器

这个示意图上有一些新的东西，让我们来了解它们。继续放置两个电阻来表示源和负载值，并放下一个电容器和电感，如图所示，所有这些都使用列出的值。请注意，电压源现在的值为“AC 12”；为了做到这一点，当您要设置电压源的值时，请单击“Advanced”按钮。在这里，您将看到信号类型的各种选项，但您现在不需要使用它们中的任何一种。选择“None”单选按钮，在“Small Signal AC Analysis”部分的“AC Amplitude”框中写入12的值，然后按OK键。

现在我们将设置一个交流扫描（ AC sweep），这将输入一个频率范围给我们的滤波器，并允许我们看到预期的电压衰减情况。为了做到这一点，转到Simulate->Edit Simulation Cmd，并选择“AC Analysis”选项。您应该尝试这些设置，看看它如何影响您的输出-特别是，增加或减少每个倍频程的点数将对您的输出信号的形状产生显著影响。如下面的设置一样：

图、设置交流（AC）扫频参数

点击“运行”并探测电压源输出处和滤波器后的电压。你应该看到一个看起来像这样的曲线：

图、仿真结果

现在您已经看到了显示带通电路工作的仿真模拟结果了，您可能希望确切地看到峰值所代表的衰减值和频率值。为了做到这一点，您需要在绘图中添加一个光标-通过右键单击输出跟踪的名称(对我来说，它是蓝色的V(N002))，在弹出窗口中，从“附加光标（Attached Cursor）”下拉列表中选择“1st”并点击OK。您可以将其拖过跟踪，以查看不同频率的衰减、相位和延迟值。准确评估跟踪的峰值可能很困难，因此需要放大。您可以通过使用CTRL Z或者CTRL B来放大或者缩小，或者您可以单击并拖动峰值周围的黑色背景以放大；然后您可以更准确地放置光标。这样做，我们可以看到电路在50.3MHz的频率下引起1.40dB的衰减。