摘要

　　本文詳細(xì)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(xiàn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)讀者對(duì)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(qǐng)先參閱入門(mén)指南和LTspice基礎(chǔ)知識(shí)視頻系列。

　　第1步：放置開(kāi)關(guān)符號(hào)

　　打開(kāi)需要添加開(kāi)關(guān)的原理圖。或者選擇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(kù)中選擇sw（開(kāi)關(guān)）。使用Rotate（旋轉(zhuǎn)，CTRL+R）和Mirror（鏡像，CTRL+E）命令可以微調(diào)開(kāi)關(guān)符號(hào)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(duì)話框中選擇開(kāi)關(guān)。

　　第2步：添加模型語(yǔ)句

　　選擇Edit→SPICE指令（或按快捷鍵“?！保?，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(rèn)參數(shù)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(qǐng)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(yīng)模型語(yǔ)句

　　將。model指令添加到原理圖后，請(qǐng)右鍵單擊開(kāi)關(guān)值（放置開(kāi)關(guān)時(shí)默認(rèn)為SW），確保新的開(kāi)關(guān)符號(hào)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(qǐng)選擇Edit（編輯）→Component（元件），從對(duì)話框中選擇一個(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(rèn)閾值參數(shù)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(rèn)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(yàn)，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(jié)果并展示改變Vh和Vt值的影響，請(qǐng)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(yùn)行）以運(yùn)行仿真。參見(jiàn)圖6。

　　圖6.V2變成1 V后得到的仿真結(jié)果。

　　設(shè)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(duì)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(yùn)行仿真。請(qǐng)注意，此開(kāi)關(guān)表現(xiàn)出理想的開(kāi)關(guān)行為，在Vt值處瞬間完成完全導(dǎo)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(xiàn)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，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(shè)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(xiàn)出滯回特性。在Vswitch.asc示例中，將Vh更改為0.2 V，以展示相應(yīng)的滯回效應(yīng)。參見(jiàn)圖10。

　　圖10.Vh為正值時(shí)，開(kāi)關(guān)表現(xiàn)出滯回特性。

　　Vh為負(fù)值時(shí)的行為

　　Vh為負(fù)值時(shí)，開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)之間的切換將變得更加平滑（過(guò)渡區(qū)域由負(fù)Vh值設(shè)置）。請(qǐng)注意，負(fù)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(fù)Vh值使過(guò)渡更平滑。

　　示例：可變?cè)鲆孢\(yùn)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(yàn)室項(xiàng)目。借助理想運(yùn)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(xiàn)可變?cè)鲆妗?/p>

　　LTspice中的FET、開(kāi)關(guān)和多路復(fù)用器宏模型

　　如果您設(shè)計(jì)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(kù)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(fù)用器。

　　結(jié)語(yǔ)

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