LTspice用戶(hù)QSPICE簡(jiǎn)介，第1部分

本文是從LTspice到QSPICE的四部分系列文章中的第一篇，介紹了一個(gè)LED閃光燈電路，我們將用這兩個(gè)程序進(jìn)行模擬。

SPICE模擬對于測試、表征和改進(jìn)最終將在實(shí)驗室中構建或作為組裝PCB生產(chǎn)的電路非常寶貴。在我看來(lái)，它們也是一種很好的方式，通常是最好的方式，可以更徹底地理解不同電路及其組件的功能。

簡(jiǎn)而言之，SPICE模擬器是現代工程師和工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要工具。尤其是LTspice已經(jīng)成為電氣工程界的傳奇。它功能強大，應用廣泛，并擁有眾多IC宏模型。最重要的是，它完全免費。

我作為設計工程師和技術(shù)作家使用LTspice多年，我非常尊重它的計算能力和各種分析工具。然而，截至2023年，城里有一個(gè)新的SPICE模擬器：QSPICE。

與LTspice一樣，QSPICE也是由Mike Engelhardt開(kāi)發(fā)的。它完全免費使用，而且——至少乍一看——它似乎提供了LTspice所做的一切，甚至更多。例如，如果你進(jìn)行涉及大量數字邏輯的電路模擬，QSPICE代表了一個(gè)巨大的改進(jìn)：它結合了C++和Verilog編譯器，可以方便有效地模擬廣泛的數字功能。

根據擁有QSPICE的Qorvo公司的說(shuō)法，其他賣(mài)點(diǎn)包括更快的模擬、更高的精度、改進(jìn)的可靠性、高性能SiC模型的訪(fǎng)問(wèn)和高質(zhì)量的圖形。在介紹該軟件的視頻中，恩格爾哈特先生甚至表示QSPICE“將改變你的生活”。當然，這些觀(guān)點(diǎn)并不完全公正。如果我們要考慮從LTspice遷移，我們需要知道QSPICE的表現如何。

了解新仿真軟件的最佳方式是跳進(jìn)去并開(kāi)始仿真。在本文中，我們將在LTspice中創(chuàng )建一個(gè)電路，并檢查其電流-電壓關(guān)系。在后續文章中，我們將繼續分析QSPICE中的電路。我們還將討論將電路原理圖從一個(gè)程序移動(dòng)到另一個(gè)程序的挑戰。

示例電路

圖1顯示了我們將要研究的電路：一個(gè)基于飛兆半導體QTLP690C系列的雙晶體管LED閃光燈。

LTspice中的雙晶體管LED閃光燈電路示意圖。

圖1 LTspice中的雙晶體管LED閃光燈電路示意圖。圖片由Robert Keim提供

這是一個(gè)操作細節復雜的簡(jiǎn)單電路。LED閃光燈的整體功能并不令人興奮，但即使是經(jīng)驗豐富的電路設計師也可能很難準確解釋其組件的電相互作用是如何產(chǎn)生短周期的LED光脈沖的。對于那些對電路分析相對較新的人，或者主要設計數字電路的人來(lái)說(shuō)，閃光燈的操作可能會(huì )讓人完全困惑。

在這種情況下，我要做的第一件事是啟動(dòng)SPICE模擬器，開(kāi)始研究電壓和電流關(guān)系——這正是我們要做的，首先在LTspice中，然后在QSPICE中。雖然本系列最終是關(guān)于模擬器的，而不是被模擬的電路，但我們也應該更好地了解LED閃光燈的行為。

有了這些，讓我們開(kāi)始我們的模擬。

LTspice中的關(guān)鍵電流和電壓

為了確定照明行為，我們可以進(jìn)行基本的瞬態(tài)分析，并繪制通過(guò)LED的電流圖。如圖2所示。

在10秒的時(shí)間間隔內通過(guò)LED的電流。

圖2 在10秒的時(shí)間間隔內通過(guò)LED的電流。圖片由Robert Keim提供

圖3提供了LED亮起時(shí)電流的放大視圖。

LED亮起時(shí)通過(guò)LED的電流。

圖3 LED亮起時(shí)通過(guò)LED的電流。圖片由Robert Keim提供

眨眼持續時(shí)間約為7.2毫秒，每秒約有2.8次眨眼。我立刻想到了兩個(gè)問(wèn)題：

是什么導致了模擬開(kāi)始時(shí)的延遲？

這是否足以點(diǎn)亮LED？

讓我們簡(jiǎn)要地回答這兩個(gè)問(wèn)題。

是什么導致了延誤？

有了這樣的延遲，我們應該本能地懷疑儲能元件。為了測試這種懷疑，圖4添加了一個(gè)閃光燈電路電容器（C1）兩端電壓的軌跡。

顯示LED正向電流和電容器兩端電壓的仿真圖。

圖4 通過(guò)LED的電流（綠色軌跡）和電容器兩端的電壓（橙色軌跡）。圖片由Robert Keim提供

從圖4中可以清楚地看出，電容器的電壓最初為非零。只有當電容器放電到一定水平時(shí)，才會(huì )開(kāi)始閃爍。為了糾正這一點(diǎn)，我們在LTspice的組件屬性編輯器中將初始電容器電荷設置為零。該過(guò)程如圖5所示。

在LTspice的組件屬性編輯器中指定C1的初始電荷。

圖5 在LTspice的組件屬性編輯器中指定C1的初始電荷。圖片由Robert Keim提供

圖6顯示了新的模擬結果。

當電容器的初始電壓設置為零時(shí)，通過(guò)LED的電流。

圖6當電容器的初始電壓設置為零時(shí)，電流通過(guò)LED一次。圖片由Robert Keim提供

正如你所看到的，我們已經(jīng)成功地消除了延誤。

我們有足夠的正向電流嗎？

我們的模擬圖顯示，當LED打開(kāi)時(shí)，正向電流約為8mA。為了確認這足以滿(mǎn)足LED照明，我們可以檢查與我們的SPICE模型相對應的數據表。正如我在本文前面提到的，我們的模擬電路基于QTLP690C表面貼裝LED燈。

圖7取自QTLP690C的數據表。它繪制了20mA下LED的相對發(fā)光強度與直流正向電流的關(guān)系圖。

LED的相對亮度與直流正向電流。

圖7 相對發(fā)光強度（在20mA下歸一化）與直流正向電流的關(guān)系。圖片由Mouser Electronics提供

根據該圖，8mA的正向電流將為我們提供20mA時(shí)產(chǎn)生的強度的約40%。20mA時(shí)的典型發(fā)光強度如表1所示。

表1 QTLP690C LED在20mA正向電流下的預期發(fā)光強度。數據由Mouser Electronics提供

QTLP690C LED在20mA正向電流下的預期發(fā)光強度。

除QTLP690C-AG外，20mA正向電流通常產(chǎn)生35mcd的發(fā)光強度。其中40% 將是14 mcd。即使勉強能看到，也足夠明亮。

下一篇

雖然本篇文章結束了，但我們的分析還遠未結束。在下一篇文章中，我們將把這個(gè)電路移到QSPICE中。一旦我們做到了這一點(diǎn)，我們將使用QSPICE模擬來(lái)收集額外的信息，并將其拼湊成更完整的LED閃光燈操作圖。