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Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Netzwerksimulation mit LTspice
Mathias Magdowski
Lehrstuhl für Elektromagnetische Verträglichkeit
Institut für Medizintechnik
Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg
Lizenz: cba CC BY-SA 3.0 (Namensnennung & Weitergabe unter gleichen Bedingungen)
LTspice-Simulation 1
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Überblick
Motivation
Einführung in LTspice
Wie funktioniert es?
Gleichspannungsarbeitspunkt
Wechselstromrechnung
Transiente Simulation
Nichtlineare Bauelemente
Zusammenfassung
LTspice-Simulation 2
Motivation
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Motivation
D1
D2
D3
D4
UAC R C UDC
Was passiert mit der Ausgangsspannung UDC wenn die
Kapazität C sich ändert?
LTspice-Simulation 4
Einführung in LTspice
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Einführung in LTspice
Website:
https://www.analog.com/en/design-center/
design-tools-and-calculators.html
LTspice-Simulation 6
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Eigenschaften
Betriebssysteme:
Windows 7, 8 und 10
macOS 10.7+
Linux mittels Wine (emuliert)
LTspice-Simulation 7
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Eigenschaften
Betriebssysteme:
Windows 7, 8 und 10
macOS 10.7+
Linux mittels Wine (emuliert)
Größe:
Windows: ca. 40 MB
macOS: ca. 100 MB
LTspice-Simulation 7
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Eigenschaften
Betriebssysteme:
Windows 7, 8 und 10
macOS 10.7+
Linux mittels Wine (emuliert)
Größe:
Windows: ca. 40 MB
macOS: ca. 100 MB
Lizenz:
Freeware
nicht quelloffen
LTspice-Simulation 7
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Maintainer – Mike Engelhardt
Quelle:
https://vdmais.ua/ltspice/
LTspice-Simulation 8
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Maintainer – Mike Engelhardt
Quelle:
https://vdmais.ua/ltspice/
Quelle:
http://www.icgamma.ru/
news1/seminar_ltspice/
LTspice-Simulation 8
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Schreibweise für Zahlen
Ganzzahlen: z. B. 1000
Dezimalzahlen: z. B. 1000.0
Wissenschaftliche Schreibweise: z. B. 1e3 oder 1.0e3
Skalierungsfaktoren: z. B. 1K oder 1K0
LTspice-Simulation 9
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Schreibweise für Zahlen
Ganzzahlen: z. B. 1000
Dezimalzahlen: z. B. 1000.0
Wissenschaftliche Schreibweise: z. B. 1e3 oder 1.0e3
Skalierungsfaktoren: z. B. 1K oder 1K0
Typische Fehler:
1M ist falsch für 1 MΩ, stattdessen ist 1MEG korrekt
1F ist falsch für 1 F, stattdessen ist 1 korrekt
ältere SPICE-Versionen unterstützen das µ-Zeichen nicht
LTspice-Simulation 9
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Alternatives
(a) Pspice (b) CONCIRC
(c) EasyEDA (d) Qucs
LTspice-Simulation 10
Wie funktioniert es?
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Problem jeder Simulation:
LTspice-Simulation 12
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Problem jeder Simulation:
Bullshit in −→ Bullshit out
LTspice-Simulation 12
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Beispiel
Iq
R3
R4
R1
R2
LTspice-Simulation 13
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Nummerierung der Knoten
Iq
R3
R4
R1
R2
0
1
2 3
LTspice-Simulation 14
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Beschreibung als eine SPICE-Netzliste
* Stromquelle
I_q 0 1 1
*
* passive Bauelemente
R_1 1 2 10
R_2 2 0 10
R_3 1 3 10
R_4 3 0 10
*
* Analyse
.OP
*
* Ende
.END
LTspice-Simulation 15
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Einführung von Knotenspannungen
Iq
R3
R4
R1
R2
0
1
2 3
U10
U20 U30
LTspice-Simulation 16
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
(Modifizierte) Knotenspannungsanalyse
Formulierung eines Gleichungssystems:


G1 + G3 −G1 −G3
−G1 G1 + G2 0
−G3 0 G3 + G4

 ·
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LTspice-Simulation 17
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
(Modifizierte) Knotenspannungsanalyse
Formulierung eines Gleichungssystems:


G1 + G3 −G1 −G3
−G1 G1 + G2 0
−G3 0 G3 + G4

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 (1)
Werte der Bauelemente:
R1 = R2 = R3 = R4 = 10 Ω und Iq = 1 A
LTspice-Simulation 17
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
(Modifizierte) Knotenspannungsanalyse
Formulierung eines Gleichungssystems:


G1 + G3 −G1 −G3
−G1 G1 + G2 0
−G3 0 G3 + G4

 ·
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Werte der Bauelemente:
R1 = R2 = R3 = R4 = 10 Ω und Iq = 1 A
G1 = G2 = G3 = G4 = 0,1 S
LTspice-Simulation 17
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
(Modifizierte) Knotenspannungsanalyse
Einsetzen der Werte der Bauelemente:


0,2 S −0,1 S −0,1 S
−0,1 S 0,2 S 0
−0,1 S 0 0,2 S

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 (2)
LTspice-Simulation 18
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
(Modifizierte) Knotenspannungsanalyse
Einsetzen der Werte der Bauelemente:


0,2 S −0,1 S −0,1 S
−0,1 S 0,2 S 0
−0,1 S 0 0,2 S

 ·


U10
U20
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
 =
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
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Berechnung der Knotenspannungen:


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U20
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
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

0,2 S −0,1 S −0,1 S
−0,1 S 0,2 S 0
−0,1 S 0 0,2 S

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−1
·


1 A
0
0

 =


10 V
5 V
5 V

 (3)
LTspice-Simulation 18
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Simuliere das Beispiel in LTspice (DC OP)!
1 A
R3 = 10 Ω
R4 = 10 Ω
R1 = 10 Ω
R2 = 10 Ω
LTspice-Simulation 19
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Simuliere das Beispiel in LTspice (AC-Analyse)!
10 V
R3 = 10 Ω
C1 = 1 mF
R1 = 10 Ω
R2 = 10 Ω
LTspice-Simulation 20
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Simuliere das Beispiel in LTspice (Transiente Analyse)!
10 V
R3 = 10 Ω
C1 = 1 mF
R1 = 10 Ω
R2 = 10 Ω
Rbr = 10 kΩ
LTspice-Simulation 21
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Simuliere das Beispiel in LTspice (Transiente Analyse)!
10 V
R3 = 10 Ω
C1 = 1 mF
R1 = 10 Ω
R2 = 10 Ω
D
LTspice-Simulation 22
Zusammenfassung
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Zusammenfassung
Tipps:
Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen!
LTspice-Simulation 24
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Zusammenfassung
Tipps:
Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen!
Verstehe, was du tust!
LTspice-Simulation 24
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Zusammenfassung
Tipps:
Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen!
Verstehe, was du tust!
Hinterfrage deine Ergebnisse!
LTspice-Simulation 24
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Zusammenfassung
Tipps:
Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen!
Verstehe, was du tust!
Hinterfrage deine Ergebnisse!
Validiere und vergleiche deine Modelle/Ergebnisse mit:
anderen Simulationswerkzeugen
Messungen
analytischen Formeln
LTspice-Simulation 24
Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung
Danke für Eure Aufmerksamkeit!
Gibt es Fragen?
LTspice-Simulation 25

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Netzwerksimulation mit LTspice

  • 1. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Netzwerksimulation mit LTspice Mathias Magdowski Lehrstuhl für Elektromagnetische Verträglichkeit Institut für Medizintechnik Otto-von-Guericke-Universität, Magdeburg Lizenz: cba CC BY-SA 3.0 (Namensnennung & Weitergabe unter gleichen Bedingungen) LTspice-Simulation 1
  • 2. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Überblick Motivation Einführung in LTspice Wie funktioniert es? Gleichspannungsarbeitspunkt Wechselstromrechnung Transiente Simulation Nichtlineare Bauelemente Zusammenfassung LTspice-Simulation 2
  • 4. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Motivation D1 D2 D3 D4 UAC R C UDC Was passiert mit der Ausgangsspannung UDC wenn die Kapazität C sich ändert? LTspice-Simulation 4
  • 6. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Einführung in LTspice Website: https://www.analog.com/en/design-center/ design-tools-and-calculators.html LTspice-Simulation 6
  • 7. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Eigenschaften Betriebssysteme: Windows 7, 8 und 10 macOS 10.7+ Linux mittels Wine (emuliert) LTspice-Simulation 7
  • 8. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Eigenschaften Betriebssysteme: Windows 7, 8 und 10 macOS 10.7+ Linux mittels Wine (emuliert) Größe: Windows: ca. 40 MB macOS: ca. 100 MB LTspice-Simulation 7
  • 9. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Eigenschaften Betriebssysteme: Windows 7, 8 und 10 macOS 10.7+ Linux mittels Wine (emuliert) Größe: Windows: ca. 40 MB macOS: ca. 100 MB Lizenz: Freeware nicht quelloffen LTspice-Simulation 7
  • 10. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Maintainer – Mike Engelhardt Quelle: https://vdmais.ua/ltspice/ LTspice-Simulation 8
  • 11. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Maintainer – Mike Engelhardt Quelle: https://vdmais.ua/ltspice/ Quelle: http://www.icgamma.ru/ news1/seminar_ltspice/ LTspice-Simulation 8
  • 12. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Schreibweise für Zahlen Ganzzahlen: z. B. 1000 Dezimalzahlen: z. B. 1000.0 Wissenschaftliche Schreibweise: z. B. 1e3 oder 1.0e3 Skalierungsfaktoren: z. B. 1K oder 1K0 LTspice-Simulation 9
  • 13. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Schreibweise für Zahlen Ganzzahlen: z. B. 1000 Dezimalzahlen: z. B. 1000.0 Wissenschaftliche Schreibweise: z. B. 1e3 oder 1.0e3 Skalierungsfaktoren: z. B. 1K oder 1K0 Typische Fehler: 1M ist falsch für 1 MΩ, stattdessen ist 1MEG korrekt 1F ist falsch für 1 F, stattdessen ist 1 korrekt ältere SPICE-Versionen unterstützen das µ-Zeichen nicht LTspice-Simulation 9
  • 14. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Alternatives (a) Pspice (b) CONCIRC (c) EasyEDA (d) Qucs LTspice-Simulation 10
  • 16. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Problem jeder Simulation: LTspice-Simulation 12
  • 17. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Problem jeder Simulation: Bullshit in −→ Bullshit out LTspice-Simulation 12
  • 18. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Beispiel Iq R3 R4 R1 R2 LTspice-Simulation 13
  • 19. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Nummerierung der Knoten Iq R3 R4 R1 R2 0 1 2 3 LTspice-Simulation 14
  • 20. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Beschreibung als eine SPICE-Netzliste * Stromquelle I_q 0 1 1 * * passive Bauelemente R_1 1 2 10 R_2 2 0 10 R_3 1 3 10 R_4 3 0 10 * * Analyse .OP * * Ende .END LTspice-Simulation 15
  • 21. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Einführung von Knotenspannungen Iq R3 R4 R1 R2 0 1 2 3 U10 U20 U30 LTspice-Simulation 16
  • 22. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung (Modifizierte) Knotenspannungsanalyse Formulierung eines Gleichungssystems:   G1 + G3 −G1 −G3 −G1 G1 + G2 0 −G3 0 G3 + G4   ·   U10 U20 U30   =   Iq 0 0   (1) LTspice-Simulation 17
  • 23. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung (Modifizierte) Knotenspannungsanalyse Formulierung eines Gleichungssystems:   G1 + G3 −G1 −G3 −G1 G1 + G2 0 −G3 0 G3 + G4   ·   U10 U20 U30   =   Iq 0 0   (1) Werte der Bauelemente: R1 = R2 = R3 = R4 = 10 Ω und Iq = 1 A LTspice-Simulation 17
  • 24. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung (Modifizierte) Knotenspannungsanalyse Formulierung eines Gleichungssystems:   G1 + G3 −G1 −G3 −G1 G1 + G2 0 −G3 0 G3 + G4   ·   U10 U20 U30   =   Iq 0 0   (1) Werte der Bauelemente: R1 = R2 = R3 = R4 = 10 Ω und Iq = 1 A G1 = G2 = G3 = G4 = 0,1 S LTspice-Simulation 17
  • 25. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung (Modifizierte) Knotenspannungsanalyse Einsetzen der Werte der Bauelemente:   0,2 S −0,1 S −0,1 S −0,1 S 0,2 S 0 −0,1 S 0 0,2 S   ·   U10 U20 U30   =   1 A 0 0   (2) LTspice-Simulation 18
  • 26. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung (Modifizierte) Knotenspannungsanalyse Einsetzen der Werte der Bauelemente:   0,2 S −0,1 S −0,1 S −0,1 S 0,2 S 0 −0,1 S 0 0,2 S   ·   U10 U20 U30   =   1 A 0 0   (2) Berechnung der Knotenspannungen:   U10 U20 U30   =   0,2 S −0,1 S −0,1 S −0,1 S 0,2 S 0 −0,1 S 0 0,2 S   −1 ·   1 A 0 0   =   10 V 5 V 5 V   (3) LTspice-Simulation 18
  • 27. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Simuliere das Beispiel in LTspice (DC OP)! 1 A R3 = 10 Ω R4 = 10 Ω R1 = 10 Ω R2 = 10 Ω LTspice-Simulation 19
  • 28. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Simuliere das Beispiel in LTspice (AC-Analyse)! 10 V R3 = 10 Ω C1 = 1 mF R1 = 10 Ω R2 = 10 Ω LTspice-Simulation 20
  • 29. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Simuliere das Beispiel in LTspice (Transiente Analyse)! 10 V R3 = 10 Ω C1 = 1 mF R1 = 10 Ω R2 = 10 Ω Rbr = 10 kΩ LTspice-Simulation 21
  • 30. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Simuliere das Beispiel in LTspice (Transiente Analyse)! 10 V R3 = 10 Ω C1 = 1 mF R1 = 10 Ω R2 = 10 Ω D LTspice-Simulation 22
  • 32. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Zusammenfassung Tipps: Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen! LTspice-Simulation 24
  • 33. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Zusammenfassung Tipps: Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen! Verstehe, was du tust! LTspice-Simulation 24
  • 34. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Zusammenfassung Tipps: Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen! Verstehe, was du tust! Hinterfrage deine Ergebnisse! LTspice-Simulation 24
  • 35. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Zusammenfassung Tipps: Starte mit einfachen Modellen/Schaltungen! Verstehe, was du tust! Hinterfrage deine Ergebnisse! Validiere und vergleiche deine Modelle/Ergebnisse mit: anderen Simulationswerkzeugen Messungen analytischen Formeln LTspice-Simulation 24
  • 36. Motivation LTspice Wie funktioniert es? Zusammenfassung Danke für Eure Aufmerksamkeit! Gibt es Fragen? LTspice-Simulation 25