LTspice XVII トランジェント解析方法について

LTspice

LTspiceでは、以下の6つの解析ができるようになっています。

  • トランジェント解析
  • AC解析
  • DCスイープ解析
  • ノイズ解析
  • DC伝達関数解析
  • DC動作点解析

この中でもトランジェント解析は、よく使う解析方法です。

トランジェント解析とは、回路に電源を投入した時に、時間的に電圧や電流が変化する特性について解析するものです。

トランジェント解析方法

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信号源属性の設定

回路の信号源は、通常、PULSE波かSINE波に設定することが多いと思います。「Independent Voltage Source」のダイアログを開き、Functionsの項目からPULSEかSINEを選択し数値を入力して設定します。

PULSEの設定

PULSEの場合は、下記のFunctionsの各必要項目に数値を入力して設定します。

下記は、サンプル回路(37C.asc)の電源V3の設定内容です。

  • Vinitial [V] : Loレベルの電圧値
  • Von [V] : Hiレベルの電圧値
  • Tdelay [s] : 0時間から動作開始までの遅延時間
  • Trise [s] : LoからHiになるまでの立ち上がり時間
  • Tfall [s] : Hi からLoになるまでの立下り時間
  • Ton [s] : Hiレベルになっている時間
  • Tperiod [s] : 一周期の時間（LoレベルとHiレベルの中間電圧を基準とします）
  • Ncycles : 繰り返し数（未記入の場合は、連続して出力されます）
設定すると、回路図上に下記のように表示されます。

 

 

 

SINEの設定

SINEの場合は、下記のFunctionsの各必要項目に数値を入力して設定します。

下記は、サンプル回路(118A.asc)の電源V3の設定内容です。

  • DC offset [V] : オフセット電圧値（DC成分を重畳しない場合は0を入力）
  • Amplitude [V] : 振幅電圧値
  • Freq [Hz] : 発振周波数
  • Tdelay [s] : 0時間から動作開始までの遅延時間
  • Theta [1/s] : ダンピング係数（正弦波を時間とともに減衰させる速度を入力）
  • Phi [deg] : 位相差（90度を指定すればCOS波となります）
  • Ncycles : 繰り返し数（未記入の場合は、連続して出力されます）
設定すると、回路図上に下記のように表示されます。

 

 

周波数の設定で、メガヘルツを設定する場合は、”Meg“とする必要があります。

解析の設定

解析の設定は、メニューバーの「Simulate」→「Edit Simulation Cmd」をクリックし、「Edit Simulation Command」のダイアログを表示します。

トランジェント解析の設定をしますので、「Transient」タブをクリックします。

ここでは、サンプル回路(118A.asc)を使用します。

  • Stop Time：解析終了時間を入力
  • Time to Start Saving Data：データ保存開始する時間を入力（必ず0から開始するので未記入でも可）
  • Maximum Timestep：時間間隔の最大値（Tstartを設定した場合は、必ず入力が必要）
  • Start external DC supply voltage at 0V：外部電源を0Vの初期値に設定します。（デフォルトは、無効になっています）
  • Stop simulating if steady state is detected：定常状態に達して変化しない場合、シミュレーションを停止します。（デフォルトは、無効になっています）
  • Don’t reset T=0 when steady state is detected：設定不可
  • Step the load current source：電流源をステップ変化させます。（デフォルトは、無効になっています）
  • Skip Initial operating point solution：DC動作点の解析(.op)を省略します。（デフォルトは、無効になっています）

「Transient」タブの下部に、解析の構文が自動で表示されます。（直接入力することも出来ます）

・Tranの構文は、下記のようになります。

.tran  <Tstop> <Tstart> <dTmax> <option>・・・の並びで構成されます。

「.Tran」のようにピリオドで始まるコマンドをドット・コマンドと言います。このコマンドを回路図に挿入することで、シミュレーションが実行可能となります。

シミュレーションの実行

シミュレーションの実行は、ツールバーの「Runボタン」をクリックして波形ビューワー（プロット画面）を表示します。または、メニューバーの「Simulate」→「Run」をクリックしてもOKです。

実行すると、下記のように画面が上下に分かれて、上段がプロット画面、下段が回路図画面になります。

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プロット方法の選択

シミュレーションの結果をプロットする方法は、下記の３つの方法があります。

  1. プローブによる確認
  2. メニューコマンド 「Visible Trace」による確認
  3. メニューコマンド 「add trace」による確認

一番使いやすいのは、プローブによる確認ですので、この方法でプロットしたいと思います。

プローブの種類は、下記の３つが用意されています。

(1) 電圧プローブ：カーソルを配線の近くに移動させると、赤いプローブが表示されます。

(2) 電流プローブ：「Alt」キーを押しながら配線上にカーソルを移動させると、クランプメータが表示されます。また、部品の上にカーソルを移動させても、クランプメータが表示されます。（赤い矢印は、電流が流れる方向を示します）

(3) 電力計　　　：「Alt」キーを押しながら部品の上にカーソルを移動させると、温度計が表示されます。

電圧プローブを使って、オペアンプの入出力を測定

オペアンプの入力端子（+）側のライン上にカーソルを移動させると電圧プローブに変わります。その状態で「左クリック」するとプロット画面に波形が表示されます。プロット画面の上部には、プロットしたノード名が表示されます。

同様に、オペアンプの出力端子側のライン上で「左クリック」すると、同じプロット画面に波形が追加されます。

緑が入力波形、青が出力波形です。

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電圧・周波数を計測してみます

カーソルによる電圧および周波数を測定するための方法は２つあります。

（１） Expression Editorでカーソル数を指定する方法

測定したい波形のノード名にカーソルを移動させると指マークに変わるので、その状態で「右クリック」すると　「Expression Editor」のダイアログが表示されます。Attached Cursorのプルダウンメニューから、カーソルの本数を選択します。ここでは、ノード名V(vin)を選択し、カーソルは「1st & 2nd」を選択し、OKをクリックします。

（２）マウスで直接カーソル数を指定する方法

測定したい波形のノード名にカーソルを移動させると指マークに変わるので、その状態で「左クリック」すると、カーソル１が表示されます。同時に、読み取り表も表示されます。

同じノード名の箇所で続けて「左クリック」すると、カーソル２が表示されます。（最初は、１と２のカーソルが重なっているため分かりづらいです）

 

 

このように、カーソル1とカーソル２の時間と電圧が同時に計測できます。更に、カーソル２とカーソル１の差分を計算してくれますので、周波数と時間差も同時に表示されます。