作者：Anne Mahaffey，首席應(yīng)用工程師

摘要

本文詳細介紹了在LTspice®原理圖中添加電壓控制開關(guān)的步驟。文中列舉了幾個示例，著重說明了電壓控制開關(guān)在瞬態(tài)仿真中的使用。

簡介

電壓控制開關(guān)是LTspice的基本電路元件，能夠以簡潔的方式在電路中實現(xiàn)開路或短路行為，并支持在仿真過程中動態(tài)切換。完善原理圖后，設(shè)計人員最終可能需要采用更精確的FET或開關(guān)模型，但在設(shè)計初期，較簡單的開關(guān)元件無疑是更理想的選擇。

開始前的必需步驟

本文假設(shè)讀者對LTspice的基本操作有一定了解。如果您尚未熟悉LTspice的使用方法，請先參閱入門指南和LTspice基礎(chǔ)知識視頻系列。

第1步：放置開關(guān)符號

打開需要添加開關(guān)的原理圖?；蛘哌x擇File（文件）→New Schematic（新建原理圖），創(chuàng)建一個新的原理圖。

選擇Edit（編輯）→Component（元件，或按快捷鍵P），然后從元件庫中選擇sw（開關(guān)）。使用Rotate（旋轉(zhuǎn)，CTRL+R）和Mirror（鏡像，CTRL+E）命令可以微調(diào)開關(guān)符號的方向。單擊Place（放置），再單擊原理圖以放置新的開關(guān)。參見圖1。

圖1.從Component（元件）對話框中選擇開關(guān)。

第2步：添加模型語句

選擇Edit→SPICE指令（或按快捷鍵“.”），為開關(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，SW()表示這是一個開關(guān)模型，使用默認參數(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)于開關(guān)模型指令的LTspice幫助主題，請選擇Help（幫助）→LTspice Help（LTspice幫助），并搜索Voltage Controlled Switch（電壓控制開關(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：將新開關(guān)指向相應(yīng)模型語句

將.model指令添加到原理圖后，請右鍵單擊開關(guān)值（放置開關(guān)時默認為SW），確保新的開關(guān)符號正確鏈接到模型。將SW更改為MYSW，以將此開關(guān)正確鏈接到新創(chuàng)建的MYSW模型。參見圖3。

圖3.更改開關(guān)元件的值以匹配.model指令中的名稱。

第4步：添加控制電壓源

添加一個電壓源來控制新開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。要添加電壓源，請選擇Edit（編輯）→Component（元件），從對話框中選擇一個電壓元件，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.向開關(guān)控制引腳添加控制電壓。

電壓控制開關(guān)的默認閾值參數(shù)為0 V，因此該示例三角波將以50%的占空比接通和關(guān)斷此默認開關(guān)模型。

簡單示例

使用此處提供的簡單示例進行實驗，或者選擇File（文件）→Open Examples（打開示例）→Educational（教學）→Vswitch.asc。參見圖5。

圖5.Vswitch.asc示例原理圖。

為了簡化圖表結(jié)果并展示改變Vh和Vt值的影響，請右鍵單擊值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（運行）以運行仿真。參見圖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時的行為

為探索開關(guān)在Vh改變時的行為，我們可以對Vswitch.asc示例進行一些更改。

右鍵單擊.model指令，將Vh值更改為Vh = 0，然后重新運行仿真。請注意，此開關(guān)表現(xiàn)出理想的開關(guān)行為，在Vt值處瞬間完成完全導通與完全關(guān)斷的狀態(tài)切換。本例中的Vt為0.5 V。參見圖7。

圖7.Vh = 0時，開關(guān)表現(xiàn)出理想行為。

此外，我們還可以繪制開關(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軸從時間更改為V(in)。參見圖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為正值時的行為

Vh為正值時，開關(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)。參見圖10。

圖10.Vh為正值時，開關(guān)表現(xiàn)出滯回特性。

Vh為負值時的行為

Vh為負值時，開關(guān)在導通與關(guān)斷狀態(tài)之間的切換將變得更加平滑（過渡區(qū)域由負Vh值設(shè)置）。請注意，負Vh僅會讓開關(guān)平滑過渡，而不會造成任何滯回。參見圖11。

圖11.負Vh值使過渡更平滑。

示例：可變增益運算放大器：

第二個例子的靈感來源于此處發(fā)布的電學實驗室項目。借助理想運算放大器和開關(guān)模型，我們可以模擬該電路的簡單版本。該示例原理圖名為Variable_Gain_Amplifier_Example.asc，您可以點擊此處下載。

觀察通過R3的電流路徑在開路和短路之間循環(huán)變化時，放大器電路的增益如何變化。參見圖12。

圖12.通過開關(guān)實現(xiàn)可變增益。

LTspice中的FET、開關(guān)和多路復用器宏模型

如果您設(shè)計的電路需要更貼近實際的器件來替代理想化的電壓控制開關(guān)，那么LTspice元件庫為您提供了更多模型選擇，包括晶體管、ADI開關(guān)和多路復用器。

結(jié)語

欲了解更多LTspice技巧和竅門，請點擊此處，查看LTspice推薦閱讀清單。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

作者簡介

Anne Mahaffey 2003年加入ADI公司，擔任支持直接數(shù)字頻率合成產(chǎn)品的測試工程師。她擁有美國佐治亞理工學院電氣工程學士學位及美國北卡羅來納州立大學電氣工程碩士學位。她曾投入10多年時間構(gòu)建和支持Precision Studio工具套件中的設(shè)計工具，目前，她是ADI的首席應(yīng)用工程師，主要負責LTspice的支持工作。