LTspiceの使い方【電源の使い方のまとめ】

• 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。

 

 

 

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。

 

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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