LTSpice - Hochschule für angewandte Wissenschaften München

Hochschule München, FK 04 EI, Prof. Dr. N. Geng, W. Tinkl
Praktikum aus Grundlagen der Elektrotechnik
WS 2014 / 2015
Kurzeinführung zu LTSpice
Allgemeines:
LTSpice ist ein Netzwerksimulationsprogramm der Firma Linear Technology Corporation, das die Berechnung von elektrischen und elektronischen Schaltungen ermöglicht. Vorläufer des Programms waren
verschiedene Versionen von SPICE, das ursprünglich an der Berkley Universität von D.O. Pederson, L.
Nagel u.a. entwickelt wurde.
SPICE = Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis
Von den vielen anderen SPICE- Versionen hat sich besonders die für PC geeignete Version
LTSpice IV / switcher CAD der Firma Linear Technology Corporation in den vergangenen Jahren
erheblich verbreitet. Sie hat zwar die von der Firma hergestellten Halbleiter ICs bevorzugt implementiert,
aber dafür kann diese Version auch kostenlos genutzt werden. Sie kann von
http://www.linear.com/designtools/software/#LTspice heruntergeladen werden.
Das Paket enthält die Installationsdatei für LTSpice mit Infos und eine sehr ausführliche Hilfe- Datei für
eine ohne Einschränkungen nutzbare Vollversion.
Das Rechenverfahren stützt sich auf die Knotenpotenzialanalyse (KPA). Für Wechselstromschaltungen
wird die KPA mit komplexer Rechnung durchgeführt. Für nichtlineare Schaltungen wird das NewtonRaphson- Verfahren zur Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme verwendet und für transiente Vorgänge
wird die Integration mithilfe der Trapezregel durchgeführt.
Vorbereitung:
Im Hauptmenü: File / New Schematic auswählen;
Empfehlenswert: Symbol „Hammer“ = Control Panel anklicken:
bei Drafting Options die Option Draft with thick lines aktivieren (sieht besser aus).
bei Drafting Options die Option Show Grid einstellen (erleichtert die Schaltbild Eingabe)!
bei Waveforms die Option Replace „ohm“ with capital Greek 
bei Netlist options convert µ to u
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Ablauf einer Netzwerksimulation:
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

Gewünschte Aufgabenstellung klären
Schaltbild skizzieren
LTSpice aufrufen
NEW SCHEMATICS aufrufen und Schaltung mit Schaltplansymbolen eingeben.
Auf die richtige Reihenfolge der Eingabe achten, dies verhindert die unnötige Umnummerierung der
Bauteile Indizes
Bezugsknoten eintragen (Knotennummer 0  Element GROUND)
Bauelementenamen eingeben
Bauelementewerte eingeben
Schaltbild mit anschaulichen Namen abspeichern
Gewünschte Analyseart wählen und entsprechende Voreinstellungen vornehmen
Simulation mit RUN starten
Bei Fehlermeldungen die Schaltung korrigieren und erneut starten.
Ergebnisse entweder direkt oder grafisch im direkt aufgehenden Fenster darstellen.
Ergebnisse dokumentieren (Ausdruck).
Eine Übersicht über die wichtigsten Schaltflächen von LTSpice zeigt die nachfolgende Darstellung. Für
das GstrN- und WstrN- Praktikum werden für das Zeichnen von Schaltplänen vor allem die Schaltflächen
Wire, Ground, Label Net, Resistor (Alternative Widerstand, s.u.) sowie Component (für das Finden weiterer Netzwerkelemente, wie z. B. voltage oder UQuelle bzw. current oder IQuelle, in der Bauteilebibliothek, s. Erläuterungen dazu unten) benötigt.
(Spule)
(Ziehen von Bauteilen mit deren Leitungen)
Das Zeichnen eines neuen Schaltplans beginnt mit dem Befehl File / New Schematic. Die wichtigsten
Schaltelemente sind Resistor, Capacitor, Inductor oder Ground.
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Analysearten:
LTSpice muss wissen, was berechnet werden soll. Je nach Wahl der Analyseart werden unterschiedliche
Rechenverfahren angewandt. Folgende Analysearten können mit dem Edit Simulation Command ausgewählt werden:

DC op pnt .op: In einer Gleichstromschaltung wird eine Analyse mit den eingegebenen Quellenwerten durchgeführt. Bei der Schaltungseingabe ist darauf zu achten, dass keine unbestimmten Gleichspannungsarbeitspunkte auftreten, d. h., an jedem Knotenpunkt muss ein definiertes Potenzial liegen.
Beispielsweise sind die nachfolgenden Schaltungen nicht zulässig:
Sie führen dabei zu Fehlermeldungen oder nicht verständlichen Ergebnissen mit vorbesetzten parasitären Bauteilewerten. Gegebenenfalls sind zusätzliche ohmsche Widerstände einzubauen (mit vernachlässigbarem Wert).

DC Sweep .dc: Bis zu drei Quellen Parameter können in einer Gleichstromschaltung veränderlich
gestaltet werden.

AC Analysis .ac: In einer Wechselstromschaltung wird die Frequenz in einem wählbaren Bereich
variiert. Es können Frequenzgänge im Bodediagramm oder als Ortskurve (Nyquist) berechnet werden.

Transient .tran: Die Transienten- Analyse erlaubt die Berechnung von Schalt- und Übergangsvorgängen.

Noice .noice: Simulation des Rauschverhaltens elektrischer Netzwerke

Sollen nicht nur Quellengrößen verändert werden (über DC sweep), so lassen sich über die .step-Anweisung globale Parameter definieren und variieren (Hinweis: Damit kann z.B. die Berechnung des
Arbeitspunktes mit .op automatisch für einen variierenden Netzwerkparameter erfolgen). Dazu wird
über die Schaltfläche SPICE Directive
und den Spice-Befehl .step param eine Variable und deren
Variation definiert. Das nachfolgende Bild zeigt ein Beispiel, für das der Wert des Widerstands RV
zwischen 1k und 10k mit dem Inkrement 0.5 k variiert wird (Achtung: Statt eines Zahlenwerts
ist bei RV nun der Verweis {RVvar} auf den Parameter RVvar erforderlich).
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Werden DC sweep und die .step-Anweisung gleichzeitig verwendet, ist z.B. die Simulation von
Kennlinienscharen möglich.
Mit dem .step- Befehl lässt sich ein Parameter jedoch nicht nur linear zwischen Minimal- und Maximalwert verändern. Der Parameter lässt sich auch logarithmisch variieren oder es kann eine
explizite Liste von Werten angegeben werden. Beispiele sind:

.step Uq 10 100 5: lineare Variation einer unabhängigen Quellengröße (hier 10, 15, 20, ..., 100)

.step param RVvar LIST 2 4 7 10: Angabe einer Liste expliziter Werte für den Parameter RVvar

.step param RVvar 10k 100k 2k: lineare Variation des Parameters RVvar (hier 10 k, 12 k, ..., 100 k)

.step DEC param RVvar 1k 100k 20: logarithmische Variation des Parameters RVvar (Hinweis:
Bei diesem Beispiel wird RVvar zwischen 1 k und 100 k variiert, mit jeweils 20 Werten pro Dekade)
Werteeingabe:
Historisch bedingt gibt es einige unschöne Besonderheiten für die Vorsätze der Maßeinheiten. Natürlich
kann auch auf die Vorsätze verzichtet werden, wenn die Eingabe mit Zehnerpotenzen erfolgt. Allerdings
wird dadurch ein Stromlaufplan meist etwas unübersichtlicher.
3
6
9
12
Folgende Vorsätze kennt LTSpice: 1 k = 10 , 1 Meg = 10 , 1 G = 10 , 1 T = 10 ,
1 f = 10
– 15
, 1 p = 10
– 12
–9
–6
, 1 n = 10 , 1 u = 10 , 1 m = 10
–3
Hinweise zu häufigen Fehlerquellen:
LTSpice unterscheidet nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung:
1 M ist gleichbedeutend mit 1 m, bedeutet also 1 milli !!
LTSpice kennt keine griechischen Buchstaben:
1µ darf nicht eingegeben werden, es führt zu einer unübersichtlichen Fehlermeldung.
Stattdessen wird 1u verwendet. Ein u kann aber im Schaltbild durch eine Einstellung
in ein µ ausgegeben werden (siehe oben).
Für 1  wird 1 Ohm eingegeben.
– 11
Zehnerpotenzen:
Sie werden in der Form 310
Kommastellen:
Werden durch Punkte gekennzeichnet z. B. 3.11 E 9; 0.10 = .1
Achtung:
Einheiten:
= 3e – 11 (auch 3E – 11) eingegeben.
Ein fälschlich eingegebenes Komma wird nicht sofort gemeldet. Es führt ebenfalls
zu einer unübersichtlichen Fehlermeldung.
Wird keine Einheit angegeben, so wird automatisch die zum Bauelement passende
SI- Einheit verwendet. Also A für Stromquellen, V für Spannungsquellen, Ohm für
Widerstände, F für Kondensatoren, H für Spulen, Hz für Frequenzen usw..
Aus Gründen der besseren Lesbarkeit eines Stromlaufplanes sollten aber die Einheiten
angegeben werden.
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Stromrichtungen:
Beim Aufruf eines Zweipols (R, L, C usw.) wird dieser in horizontaler Lage auf den Bildschirm gebracht.
Nun befindet sich der Anschluss 1 links und der Anschluss 2 rechts. Leider sind die Anschlüsse nicht bezeichnet. Der Stromzählpfeil für Zweipole ist immer von 1 nach 2 orientiert, d. h., er weist beim aufgerufenen Zweipol von links nach rechts.
Soll ein Bauelement senkrecht eingesetzt werden, so kann es durch gleichzeitiges Drücken der STRG- und
der r- Taste um 90 ° nach links rotiert  werden. Damit ist Anschluss 2 oben und 1 unten, der Stromzählpfeil zeigt von unten nach oben! Will man dies vermeiden, so kann durch zwei weitere Rotationsvorgänge
der Anschluss 1 nach oben gebracht werden. Nun würde der Stromzählpfeil von oben nach unten weisen.
Bei Bauelementen mit mehr als zwei Anschlüssen sind die Stromzählpfeile grundsätzlich so orientiert, dass
sie zum Bauelement hin weisen.
In LTSpice lassen sich eigene Netzwerkelemente und deren Symbole definieren. In Anlehnung an die
DIN- Symbole für Netzwerkelemente wurden von Prof. Dr. Brücklmeier:





„UQuelle“ als Alternative für „voltage“
„IQuelle“ als Alternative für „current“
„Widerstand“ als Alternative für „res“ (resistor)
„Kondensator“ als Alternative für „cap“ (capacitor)
„Spule“ als Alternative für „ind“ (inductor)
definiert, diese DIN- Symbole mit Stromrichtungsangabe finden Sie nur unter Components.
Diese Quellensymbole stehen bei der Analyse mit .op für Gleichstromquellen und bei der Analyse mit
AC Sweep
für Wechselstromquellen
Bei diesen Eurosymbolen entfällt auch die Suche nach der Stromrichtung in diesen Bauteilen.
Erzeugte Dateien und deren Endungen:
Wird eine Schaltung erstellt und simuliert, so entstehen mehrere Dateien mit demselben Namen aber mit
verschiedenen Endungen.
Das Abspeichern eines Schaltbildes erzeugt eine Datei mit folgender Endung < >.asc, es ist darauf zu
achten einen frei verfügbaren Ordner zu wählen. Das Abspeichern eines grafisch dargestellten Simulationsergebnisses erfolgt mit dem gleichen Dateinamen wie die Schaltung, nur mit der Endung
< >.raw oder < >.plt . Bei einigen Simulationen wird auch eine Log Datei abgespeichert < >.log
neuer Schaltplan
Laden
Speichern
Einstellungen
Simulation
starten
(Run)
Simulation
starten
Simulation abbrechen
hinein zoomen
neuer Mittelpunkt
heraus zoomen
fensterfüllend darstellen
Simulationsergebnis
automatische Skalierung
Fenster anordnen (Var.1)
Fenster anordnen (Var.2)
Fenster anordnen (Var.3)
Entfernen-Mode (Löschen)
Kopier-Mode (Copy)
Einfügen-Mode (Paste)
Suche
Druckeinstellungen
Drucken
leitende Verbindungen
Masse (Ground)
Knoten benennen.
Widerstand (res)
Kondensator (cap)
Spule (ind)
Diode
Bauteilebibliothek
Verschieben (Move)
Verschieben mit Verb. (Drag)
Rückgängig
Wiederherstellen
Drehen (<Strg >+ r)
hor. Spiegeln (<Strg> + e)
Textfeld einfügen
SPICE Directirve einfügen
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Übersicht über Schaltflächen der Menüleiste und Tastaturkurzbefehle
Anfangs wurden bereits die wichtigsten Schaltflächen kurz erläutert. Hier werden nun noch alle für das
Arbeiten im Schematic- Mode relevanten Schaltflächen kurz beschrieben.