Kurzeinführung LTspice

LTspice ist ein kostenloses Programm zur Simulation von elektrischen Schaltungen. Im Praktikum werden Sie die Transientensimulation nutzen. Diese Art der Simulation liefert den zeitaufgelösten Verlauf von Spannungen und Ströme innerhalb der Schaltung. Das entspricht in etwa dem, was in der Realität ein Oszilloskop leistet.

Installation

Das Programm LTspice erhalten Sie von der WWW-Seite des Anbieters Analog. Dort gibt es Versionen für Microsoft Windows und Apple MacOS:

Download LTspice Installer

Für Linux betreibt man die Windows-Variante mit dem Windows-Emulator Wine. Die Entwickler von LTspice haben darauf geachtet, dass die das Programm von wine in allen Funktionen vollständig unterstützt wird. Der Emulator wine ist in allen großen Linux-Distributoren enthalten. Zusätzlich benötigen Sie aus der Distribution die Libraries für mono und gecko. Führen Sie mit wine den Installer LTspiceXVII.exe aus.

Tipp: Die Größe der Schriften in der Benutzerschnittstelle kann bei wine mit der Anwendung wincfg eingestellt werden: wincfg → Graphics → Screen_resolution

Erste Schritte

Für den Einstieg finden Sie hier ein Video zur Bedienung von LTspice, das speziell an den Anforderungen im Praktikum ausgerichtet ist.

Screencast erste Schritte in LTSpice

Zweite Schritte

Bei der Bearbeitung der Aufgaben werden Sie auf Aspekte stoßen, die von dem Video nicht abgedeckt sind. An dieser Stelle empfiehlt sich ein Blick in eine der online verfügbaren Anleitungen. Wobei Qualität und Anspruch unterschiedlich ausfallen. Die folgenden Dokumente sind empfehlenswert:

Simon Bramble: LTspice Tutorial (englisch, sechs “Kapitel” mit jeweils etwa zehn Bildschirmseiten)

Züricher Hochschule für angewandte Wissenschaften: LTspice - Einführung ins Simulations-Tool (deutsch, PDF, 23 Seiten)

Linear Technology: LTspice IV Getting Started Guide - Das Tutorial des Herstellers bezieht sich auf eine etwas ältere Version. Im Großen und Ganzen ist es aber auch auf die aktuelle Verion anwendbar. Sehr ausführlich und anschaulich. (Englisch, PDF, 53 Seiten)

Anfangsbedingungen

Eine Simulation benötigt eindeutige Bedingungen zum Zeitpunkt . LTspice nimmt grundsätzlich an, dass zu Beginn der Simulation kein Strom durch Leitungen fließt und dass alle Potentiale anfangs identisch mit Masse sind. Eine Ausnahme von dieser Regel sind Strom und Spannung am Ausgang von Signalquellen und Versorgungsleitungen.

Eine weitere Möglichkeit ist, dass im Schaltplan die Anfangsbedingung an einer Leitung unmittelbar gesetzt wird. Das ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn ein Kondensator zu Beginn der Simulation bereits geladen sein soll. Die Einstellung, welcher Schaltknoten auf welchem Potential liegen soll, erfolgt mit einer SPICE-Anweisung (“SPICE directive”).

Im abgebildeten Beispiel wird die Spannung des Kondensators zu Beginn der Simulation auf 10 V gesetzt. Die SPICE-Anweisung dafür lautet:

.IC V(n001)=10

Dabei steht .IC für “Initial Condition”, n001 für den Schaltknoten und V()=10 legt das Startpotential auf 10 V fest.1)Syntax der .IC-Anweisung im ltwiki Um herauszufinden, welchen Namen ein Schaltknoten hat, fährt man mit der Maus über die zugehörige Leitung. Dann wird, wie im Screenshot zu sehen, unten links im Fenster der Name des Schaltknotens angezeigt – hier also “N001”.

Transienten-Analyse

Die zweite SPICE-Anweisung im Screenshot (.tran 3ms) legt fest, dass eine drei Millisekunden langer Zeitverlauf simuliert werden soll. Die Abkürzung “tran” lehnt sich dabei an das englische Wort “transient” an.

Neben dem Zeitpunkt zu dem die Simulation beendet wird, gibt es weitere Parameter2)Syntax der .TRAN-Anweisung und Optionen3)Optionen zur .TRAN-Anweisung. Dabei kann man zum Beispiel den Zeitpunkt festlegen, ab dem die Darstellung des Ergebnisses beginnen soll, oder LTspice entscheiden lassen.