電子回路シミュレータ

LTspiceの使い方【電源の使い方のまとめ】

LTspiceの電源のイメージ図

  • LTspiceの電源の使い方を知りたい。
  • LTspiceで電圧制御電圧源、電圧制御電流源、電流制御電流源、電流制御電圧源の使い方を知りたい。

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。

 

 

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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。

 

独立電圧源のシミュレーション

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。

 

独立電流源のシミュレーション

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。

 

電圧制御電圧源のシミュレーション

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。

 

電圧制御電流源のシミュレーション

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。

 

電流制御電流源のシミュレーション

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。

 

電流制御電圧源のシミュレーション

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。

 

ノイズを加算した電圧制御電圧源のシミュレーション

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。

 

ホワイトノイズを加算した電圧制御電圧源のシミュレーション

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。

 

ホワイトノイズの大きさを調整した電圧制御電圧源のシミュレーション

 

 

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。

 

ビヘイビア電圧源のシミュレーション

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。

 


電子回路シミュレータ LTspice XVIIリファレンスブック


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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