LTspiceの使い方【電源の使い方のまとめ】

電子回路シミュレータLTspiceの使い方で、このように考えたことはありませんか？

LTspiceの電源の使い方を知りたい方向けに、様々な電源の使い方を解説します。

LTspiceの電源の種類は3つある

独立電圧源、独立電流源

これがよく使われる一般的な電源です。

DC電圧やDC電流
SINE波形（正弦波形）
PULSE波形（パルス波形）

などを設定し、出力することができます。

制御電圧源、制御電流源

入力の電圧・電流で、出力の電圧・電流をコントロールすることができる電源です。

また、入出力に数式を利用することができるので、2つの電源の波形を加算したりすることができます。

ビヘイビア電源

数式を入力することができる電源です。

数式には、電圧・電流・時間を利用することができます。

これらを組み合わせることで、複雑な電源の波形を出力できるようになります。

LTspiceの電源の使い方

独立電圧源の使い方

独立電圧源voltageを使うと、

DC電圧（直流電圧）、SINE波形（正弦波形）、PULSE波形（パルス波形）を出力できます。

回路図「OUT1」の電圧波形：
V(out1)の信号（青線）

回路図「OUT2」の電圧波形：
V(out2)の信号（赤線）

回路図「OUT3」の電圧波形：
V(out3)の信号（緑線）

電圧源V1：
周期1秒、Duty50%のパルス波形を出力

電圧源V2：
周波数10Hz、振幅100mVの正弦波形を出力

電圧源V3：
DC電圧（直流電圧）1.0Vを出力

独立電圧源voltageの使い方は以下の通りです。

1. メニューバーのEdit → Component を選択すると、Select Component Symbolが表示される。

2. 「voltage」を選択し、回路図のV1、V2、V3に配置する。

3. 電圧源V1のV（回路図のVあるいはPULSE(…)と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「V」を「PULSE(0V 1V 0s 1n 1n 0.5s 1s)」に変更する。

※これで以下の設定になります。

LOW電圧：0V
HIGH電圧：1V
立上り時間：1n秒
立下り時間：1n秒
HIGH時間：0.5秒（←HIGH電圧1Vの時間）
周期：1秒

4. 同様に、電圧源V2を「SINE(0V 100mV 10Hz)」に変更する。

※これで以下の設定になります。

DCオフセット電圧：0V
振幅：100mV
周波数：10Hz

5. 同様に、電圧源V3を「1V」に変更する。

※これでDC電圧1Vが出力されます。

これで、PULSE波形（パルス波形）、SINE波形（正弦波形）、DC電圧を出力できます。

独立電流源の使い方

独立電流源currentを使うと、

DC電流（直流電流）、電流のSINE波形（正弦波形）、電流のPULSE波形（パルス波形）を出力できます。

回路図「R1」の電流波形：
I(R1)の信号（青線）

回路図「R2」の電流波形：
I(R2)の信号（赤線）

回路図「R3」の電流波形：
I(R3)の信号（緑線）

電流源I1：
周期1秒、Duty50%の電流のパルス波形を出力

電流源I2：
周波数10Hz、振幅100mAの電流の正弦波形を出力

電流源I3：
DC電流（直流電流）1.0Aを出力

独立電流源currentの使い方は以下の通りです。

1. メニューバーのEdit → Component を選択すると、Select Component Symbolが表示される。

2. 「current」を選択し、回路図のI1、I2、I3に配置する。

3. 電流源I1のI (回路図のIあるいはPULSE(…)と記載されている箇所)の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「I」を「PULSE(0A 1A 0s 1ns 1ns 0.5s 1s)」に変更する。

※これで以下の設定になります

LOW電流：0A
HIGH電流：1A
立上り時間：1n秒
立下り時間：1n秒
HIGH時間：0.5秒（←HIGH電流1Aの時間）
周期：1秒

4. 同様に、電流源I2を「SINE(0A 100mA 10Hz)」に変更する。

※これで以下の設定になります。

DCオフセット電流：0A
振幅：100mA
周波数：10Hz

5. 同様に、電流源I3を「1A」に変更する。

※これでDC電流1Aが出力されます。

これで、電流のPULSE波形（パルス波形）、電流のSINE波形（正弦波形）、DC電流を出力できます。

電圧制御電圧源の使い方

電圧制御電圧源Eployを使うと、入力する電圧で出力電圧をコントロールできます。

回路図「OUT1」の電圧波形：
V(out1)の信号（青線）

回路図「OUT2」の電圧波形：
V(out2)の信号（赤線）

回路図「OUT」の電圧波形：
V(out)の信号（緑線）

電圧源V1のパルス波形と電圧源V2の正弦波を加算し、電圧で出力したシミュレーションです。

電圧源V1：
周期1秒、Duty50%のパルス波形を出力

電圧源V2：
周波数10Hz、振幅100mVの正弦波形を出力

上記、2つの電圧源を加算した大きさの電圧波形がOUTから出力されていることがわかります。

電圧制御電圧源Eployの使い方は以下の通りです。

1. メニューバーのEdit → Component を選択すると、Select Component Symbolが表示される。

2. [Misc]をクリックして、「Eploy」を選択し、回路図のE1に配置する。

3. 同様に、メニューバーのEdit → Component から、
「voltage」を選択し、回路図のV1、V2に配置する。

4. 同じく、電圧制御電圧源E1もPOLY()
（回路図のPOLY()あるいはvalue=…と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「POLY()」を「value={V(OUT1)+V(OUT2)}」に変更する。

これで、V1とV2を加算した電圧信号が「E1」から出力されるようになります。

ちなみに、数式は value = { 数式 } という形式で、電圧制御電圧源E1に入力します。

今回は加算の例で説明しましたが、自由に数式を設定すれば、意図通りの信号を出力することができるようになります。

一般的に数式には、電圧、電流、時間を使用することができます。

電圧制御電流源の使い方

電圧制御電流源Gployを使うと、入力する電圧で出力電流をコントロールできます。

回路図「OUT1」の電圧波形：
V(out1)の信号（青線）

回路図「OUT2」の電圧波形：
V(out2)の信号（赤線）

回路図「R1」の電流波形：
I(R1)の信号（緑線）

電圧源V1のパルス波形と電圧源V2の正弦波を加算し、電流で出力したシミュレーションです。

先程の電圧制御電圧源では電圧出力でしたが、電圧制御電流源Gployを使うことで電流出力になっています。

電圧源V1：
周期1秒、Duty50%のパルス波形を出力

電圧源V2：
周波数10Hz、振幅100mVの正弦波形を出力

上記、2つの電圧源を加算した大きさの電流波形がOUTから出力されていることがわかります。

電圧制御電流源Gployの使い方は以下の通りです。

1. メニューバーのEdit → Component を選択すると、Select Component Symbolが表示される。

2. [Misc]をクリックして、「Gploy」を選択し、回路図のG1に配置する。

3. 同様に、メニューバーのEdit → Component から、
「voltage」を選択し、回路図のV1、V2に配置する。

4. 同様に、電圧源V2も「SINE(0V 100mV 10Hz)」に変更する。

5. 同じく、電圧制御電流源G1もPOLY()
（回路図のPOLY()あるいはvalue=…と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「POLY()」を「value={V(OUT1)+V(OUT2)}」に変更する。

これで、V1とV2を加算した電圧が電流に変換され、G1から出力されるようになります。

電流制御電流源の使い方

電流制御電流源fを使うと、入力する電流で出力電流をコントロールできます。

回路図「R1」の電流波形：
I(R1)の信号（青線）

回路図「R2」の電流波形：
I(R2))の信号（赤線）

回路図「R3」の電流波形：
I(R3)の信号（緑線）

電流源I1のパルス波形と電流源I2の正弦波を加算し、電流で出力したシミュレーションです。

電流源I1：
周期1秒、Duty50%の電流のパルス波形を出力

電流源I2：
周波数10Hz、振幅100mAの電流の正弦波形を出力

上記、2つの電流源を加算した大きさの電流波形がF1から出力され、R3を流れていることがわかります。

電流制御電流源fの使い方は以下の通りです。

1. メニューバーのEdit → Component を選択すると、Select Component Symbolが表示される。

2. 「f」を選択し、回路図のF1に配置する。

3. 同様に、メニューバーのEdit → Component から、「current」を選択し、回路図のI1、I2に配置する。

4. 次に、電流源I1のI
（回路図のIあるいはPULSE(…)と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「I」を「PULSE(0A 1A 0s 1ns 1ns 0.5s 1s)」に変更する。

5. 同様に、電流源I2も「SINE(0A 100mA 10Hz)」に変更する。

6. 同じく、電流制御電流源fもPOLY()
（回路図のPOLY()あるいはvalue=…と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「POLY()」を「value={I(R1)+I(R2)}」に変更する。

これで、I1とI2を加算した電流信号がI1から出力されるようになります。

電流制御電圧源の使い方

電流制御電圧源hを使うと、入力する電流で出力電圧をコントロールできます。

回路図「R1」の電流波形：
I(R1)の信号（青線）

回路図「R2」の電流波形：
I(R2))の信号（赤線）

回路図「OUT」の電圧波形：
V(out)の信号（緑線）

電流源I1のパルス波形と電流源I2の正弦波を加算し、電圧で出力したシミュレーションです。

先程の電流制御電流源では電流出力でしたが、電流制御電圧源hを使うことで電圧出力になっています。

電流源I1：
周期1秒、Duty50%の電流のパルス波形を出力

電流源I2：
周波数10Hz、振幅100mAの電流の正弦波形を出力

上記、2つの電流源を加算した大きさの電圧波形がH1から出力されていることがわかります。

電流制御電圧源hの使い方は以下の通りです。

1. メニューバーのEdit → Component を選択すると、Select Component Symbolが表示される。

2. 「h」を選択し、回路図のH1に配置する。

3. 同様に、メニューバーのEdit → Component から、「current」を選択し、回路図のI1、I2に配置する。

4. 次に、電流源I1のI
（回路図のIあるいはPULSE(…)と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「I」を「PULSE(0A 1A 0s 1ns 1ns 0.5s 1s)」に変更する。

5. 同様に、電流源I2も「SINE(0A 100mA 10Hz)」に変更する。

6. 同じく、電流制御電圧源hもPOLY()
（回路図のPOLY()あるいはvalue=…と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「POLY()」を「value={I(R1)+I(R2)}」に変更する。

これで、I1とI2を加算した電流が電圧に変換され、H1から出力されるようになります。

LTspiceでノイズを重畳する電源の使い方

現実の通信信号は、パルス波形に少しノイズが乗っています。

これまでのシミュレーションでは、パルス波形に理想的な正弦波形を重畳（加算）しました。

このパルス波形に実際のノイズを重畳してみましょう。

実測したノイズ波形を出力する電源の使い方

今のオシロスコープであれば、測定した波形データをCSVなどのテキストデータで保存することができます。

実際に使用する回路でノイズを測定し、テキストデータで保存すればLTspiceに取り込めます。

ノイズを測定して波形データを取り込んだシミュレーションです。

回路図「OUT1」の電圧波形：
V(out1)の信号（青線）

回路図「OUT2」の電圧波形：
V(out2)の信号（赤線）←実際のノイズ波形

回路図「OUT」の電圧波形：
V(out)の信号（緑線）

「電圧制御電圧源の使い方」で解説した回路と同じ回路です。電圧源V2の正弦波形を、実際のノイズに変更しています。

電圧源V1：
周期1秒、Duty50%のパルス波形を出力

電圧源V2：
実際に測定したノイズ波形データを出力

上記、2つの電圧源を加算し、より現実に近い電圧波形がOUTから出力されていることがわかります。

実際のノイズ波形を出力する電圧源の使い方は以下の通りです。

1. オシロスコープで実際のノイズ波形を測定し、テキストデータとして保存する。

2. 電圧源V2のシンボルの上で右クリックすると、
「Independent Voltage Source」ウィンドウが表示される。

3. PWL FILE → Browse を選択して、実測したノイズ波形のテキストデータを選択する。

（上図では「noise.txt」。
シミュレーションファイル(.asc)と同じフォルダに保存しておくことをお勧めします。）

これで、電圧源V2から実測したノイズ波形を出力することができます。

ホワイトノイズ（ランダムノイズ）を出力するビヘイビア電源の使い方

オシロスコープに測定した波形データを保存する機能がない、

あるいは実測データを用意するのに手間がかかるという方には、

ホワイトノイズ（ランダムノイズ）を出力する電源の使い方を解説します。

ホワイトノイズを電源から出力したシミュレーションです。

回路図「OUT1」の電圧波形：
V(out1)の信号（青線）

回路図「OUT2」の電圧波形：
V(out2)の信号（赤線）←ホワイトノイズ波形

回路図「OUT」の電圧波形：
V(out)の信号（緑線）

「電圧制御電圧源の使い方」で解説した回路で、電圧源V2をビヘイビア電圧源B1に変更しています。

電圧源V1：
周期1秒、Duty50%のパルス波形を出力

ビヘイビア電圧源B1：
ホワイトノイズ波形を出力

ノイズ波形を実測しなくても、ビヘイビア電圧源を利用すれば、

ノイズを重畳した電圧波形がOUTから出力されていることがわかります。

ホワイトノイズを出力する電圧源の使い方は以下の通りです。

1. 「電圧制御電圧源の使い方」で解説した回路において、
メニューバーのEdit → Delete を選択し、電圧源V2を削除する。

2. メニューバーのEdit → Component を選択すると、
Select Component Symbolが表示される。

3. 「bv」を選択し、回路図のB1に配置する。

4. ビヘイビア電圧源B1のV=F(…)
（回路図のV=F(…) あるいはV=white(2*pi*1k*time)と記載されている箇所）の上で右クリックを押すと、
「Enter new Value」ウィンドウが表示されるので、
「V=F(…)」を「V=white(2*pi*1k*time)」に変更する。

これで、ビヘイビア電圧源B1からホワイトノイズ波形を出力することができます。

また、実際のノイズの大きさがわかっているのであれば、

「V=0.5*white(2*pi*1k*time)」のように調整すると良いでしょう。

こちらの方が先程の実測したノイズ波形に近いと思います。

電源の使い方をマスターすれば自由に電圧・電流を出力できる

これまで電圧源、電流電を利用して、加算したり、数式を入力したりしました。

使い方を習得すると、自由に電圧や電流を出力できるようになります。

ビヘイビア電圧源に数式を入力したシミュレーションです。

この回路では、電圧源V1からパルス波形を出力し、

1.0Vのときだけビヘイビア電圧源B1で積分する設定になっています。

また、5msのときに積分値をリセットする設定にもなっています。

このように複雑な動作も実現できるので、電源の使い方を習得すれば、

自分の表現したい電圧・電流を電源から出力することができます。

まとめ

今回は電源の使い方について説明しました。

電子回路は電源なくして動作しません。

ぜひLTspiceでも電源を使いこなせるようになってください。

より詳しくLTspiceの電源の使い方について知りたい方は、以下の参考図書をオススメします。

第5章に独立電圧源と独立電流源、コラム5-Fに制御電圧源と制御電流源の解説があります。

ぜひ参考にしてください。

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