簡介

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

開始前的必需步驟

本文假設讀者對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基礎知識視頻系列。

第1步：放置開關符號

打開需要添加開關的原理圖。或者選擇File（文件）→New Schematic（新建原理圖），創建一個新的原理圖。

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）。使用Rotate（旋轉，CTRL+R）和Mirror（鏡像，CTRL+E）命令可以微調開關符號的方向。單擊Place（放置），再單擊原理圖以放置新的開關。參見圖1。

圖1 從Component（元件）對話框中選擇開關

第2步：添加模型語句

選擇Edit→SPICE指令（或按快捷鍵“.”），為開關添加模型指令。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()表示這是一個開關模型，使用默認參數值（圖2）。單擊OK（確定），然后單擊原理圖以放置.model指令。要查看關于開關模型指令的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），查閱相關的SW()模型指令。

圖2 向原理圖添加.model指令

第3步：將新開關指向相應模型語句

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

圖3 更改開關元件的值以匹配.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的開/關狀態。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命令以創建三角波（如圖4所示）。

PULSE(-1 1 0 .5m .5m 0 1m)

圖4 向開關控制引腳添加控制電壓

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

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1V后得到的仿真結果

設置控制滯回的行為

Vh=0時的行為

為探索開關在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，此開關表現出理想的開關行為，在Vt值處瞬間完成完全導通與完全關斷的狀態切換。本例中的Vt為0.5V。參見圖7。

圖7 Vh=0時，開關表現出理想行為

此外，我們還可以繪制開關行為與輸入電壓的關系圖。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 將橫軸設置為V(in)

圖9 繪制V(out)與V(in)的關系圖

Vh為正值時的行為

Vh為正值時，開關將表現出滯回特性。在Vswitch.asc示例中，將Vh更改為0.2 V，以展示相應的滯回效應。參見圖10。

圖10 Vh為正值時，開關表現出滯回特性

Vh為負值時的行為

Vh為負值時，開關在導通與關斷狀態之間的切換將變得更加平滑（過渡區域由負Vh值設置）。請注意，負Vh僅會讓開關平滑過渡，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布的電學實驗室項目。借助理想運算放大器和開關模型，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。

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

圖12 通過開關實現可變增益

LTspice中的FET、開關和多路復用器宏模型

如果您設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，那么LTspice元件庫為您提供了更多模型選擇，包括晶體管、ADI開關和多路復用器。

作者簡介

Anne Mahaffey 2003年加入ADI公司，擔任支持直接數字頻率合成產品的測試工程師。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多年時間構建和支持Precision Studio工具套件中的設計工具，目前，她是ADI的首席應用工程師，主要負責LTspice的支持工作。