Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

LTspice łagodnie, ale po barbarzyńsku cz.1 - Jak rysować schematy?

Zgodnie z tytułem potraktujemy LTspice nieco po barbarzyńsku. LTspice to nie żadna przyprawa ani jakieś „zioło”, tylko bardzo potężne i pożyteczne narzędzie do symulacji układów elektronicznych, udostępniane przez Linear Technology (obecnie Analog Devices). Narzędzie w pełni darmowe, a mimo to nienarzucające żadnych ograniczeń, ani jeśli chodzi o wielkość symulowanego układu (liczbę elementów), ani w kwestii zakresu dostępnych funkcji i dokładności obliczeń. Pełna wersja i za darmo.
Article Image

SPICE to skrót od Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis. Istnieje szereg pakietów do symulacji, wywodzących się od pierwszych wersji, opracowanych na początku lat 70. na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Niektóre z tych pakietów są płatne, ale są też wersje darmowe o większych i mniejszych możliwościach. Mają one wspólne cechy, w szczególności w ten sam sposób określa się – definiuje układ do symulacji, a mianowicie w postaci prostego pliku tekstowego – tak zwanej netlisty.

Netlista to prosty wykaz użytych elementów, ich właściwości oraz połączeń – zawiera jedynie zwięzłe zestawienie informacji niezbędnych do symulacji. Można narysować schemat na kartce, i na piechotę szybciutko sporządzić netlistę w postaci pliku tekstowego i taką netlistę wykorzystać do symulacji.

Można. Ale niektóre programy do symulacji mają dodatkową funkcjonalność, pozwalającą w łatwy sposób narysować schemat w przyjaznej postaci graficznej. Schemat nie jest niezbędny, bo najważniejsza jest netlista, która jest wykorzystywana do właściwej symulacji. Schemat ideowy powstaje na ekranie komputera, jest zapisywany jako plik tekstowy (też zresztą zaskakująco prosty), a potem z tego schematu generowana jest netlista, będąca podstawą symulacji.

Barbarzyńskie potraktowanie LTspice polega na tym, że w niniejszym czteroczęściowym artykule całkowicie pominiemy najważniejszą funkcjonalność pakietu, czyli symulację, a wykorzystamy tylko program pomocniczy, służący do rysowania schematów.

Ma to głębokie uzasadnienie. Wiele osób pyta o łatwy w obsłudze program do rysowania schematów. Nieszczęśnicy tacy często trafiają na pakiet ExpressPCB, który rzeczywiście zawiera prosty do opanowania program do rysowania schematów (ExpressSCH), ale przez to wchodzą w ślepą uliczkę, jakim jest ExpressPCB, wymuszający realizację płytek u jednego producenta – pakiet, którego trzeba unikać jak ognia.

Natomiast jeśli ktoś opanuje rysowanie schematów w LTspice, na pewno nie wchodzi w ślepą uliczkę – wprost przeciwnie, opanowuje umiejętności potrzebne później do symulacji układów. Niniejszy artykuł przeznaczony jest więc także dla osób, które chcą zająć się symulacją. Na razie, w ramach „barbarzyńskiego podejścia” opanują drobną część możliwości pakietu, ale to będzie dobra podstawa do pełnego wykorzystania możliwości programu. Wszystko wskazuje, że zajmiemy się tym już niebawem.

Ale najpierw słowo ostrzeżenia: LTspice NIE jest pakietem do projektowania płytek. Wprawdzie ze schematu LTspice można stworzyć netlistę nie tylko do symulacji, ale taka lista nie zawiera informacji ani o rzeczywistych obudowach, ani o numerach wyprowadzeń i z realizacją w ten sposób płytki jest kłopot. Do amatorskiego projektowania płytek należy wykorzystać inny program, choćby w pełni darmowy, choć mało przyjazny KiCad, ewentualnie darmowe wersje EAGLE, DipTrace czy DesignSpark.

Pakietem LTspice warto zająć się choćby tylko z uwagi na program do rysowania schematów, który z jednej strony jest prosty i łatwy w obsłudze, a z drugiej strony specyficzny i zaskakujący wieloma szczegółami. Pobieramy program w wersji XVII (poprzednia to IV, a wcześniej był SwitcherCad III) ze strony: www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator. html.

Program zostanie zainstalowany domyślnie w katalogu C:\Program Files\LTC\LTspiceXVII, ale już podczas instalacji widać, że „roboczy” katalog \LtspiceXVII zostanie zainstalowany „na ścieżce”: C:\Users\Piotr\Documents\LTspiceXVII, czyli Dokumenty – LtspiceXVII.

Instalacja nie wymaga żadnej ingerencji użytkownika. Potem, po kliknięciu pierwszej z lewej ikonki (albo po wybraniu z menu File – NewSchematic, albo Ctrl+N) stworzony zostaje nowy arkusz do rysowania schematu. Aktywne stają się prawie wszystkie ikonki menu, jak pokazuje rysunek 1.

Rys.1 Ikonki menu (LTspice)

My na początek chcemy stworzyć schemat jak na rysunku 2. LTspice pozwala umieścić na schemacie niektóre elementy w zaskakująco prosty sposób. Są to: rezystor (R), kondensator (C), cewka (L) i dioda (D) – wystarczy nacisnąć na klawiaturze komputera klawisz z daną literką, myszką ustawić symbol w odpowiednim miejscu schematu i kliknąć (lewy klawisz myszki). Potem następny, następny,... Prawy klawisz myszki lub klawisz Esc kończy umieszczanie elementów wybranego rodzaju.

Rys.2 Przykładowy schemat

Z tranzystorami tak łatwo nie pójdzie. Naciśniecie klawisza T otworzy okno do umieszczenia tekstu – komentarza, a klawisz Q nie reaguje (Q to powszechnie stosowane oznaczenie tranzystorów bipolarnych). Nie tędy droga! Inne elementy umieścimy, naciskając klawisz F2. Wtedy otworzy się okno. Zwróć uwagę, że w tym oknie mamy szereg pojedynczych elementów, ale z lewej strony okna widać szereg katalogów (żółta podkładka), z których później też będziemy korzystać, zwłaszcza z katalogu [Misc]. Ku naszej radości od razu w głównym oknie mamy symbol tranzystora pnp. Zaznaczamy go jak na rysunku 3 i „dwuklik” myszki umieszcza go na schemacie.

Rys.3 Dodawanie elementu do schematu (LTspice)

Owszem umieszcza, ale nie w tej pozycji, co potrzeba. Zapamiętaj: naciśnięcie Ctrl+R obróci symbol elementu o 90 stopni, a Ctrl+E – odbije go w osi pionowej jak w lustrze. Aby odpowiednio umieścić T1, który na schemacie zostanie automatycznie oznaczony Q1, dwa razy naciskamy Ctrl+R, raz Ctrl+E i dosuwany go blisko rezystora R3.

Rys.4 Przemieszczanie symboli

Możemy zostawić miejsce między zaznaczonymi niebieskimi kwadracikami końcówkami rezystora i emitera tranzystora, jak na rysunku 4, albo można połączyć „kwadraciki”, co od razu połączy „elektrycznie” emiter tranzystora z R3. Od razu możemy umieścić T2 (Q2), a potem za pomocą klawisza F2 znaleźć i umieścić na schemacie tranzystor npn.

Symbolu baterii, źródła zasilania nie widać po naciśnięciu klawisza F2. Zasadniczo źródło napięciowe ukrywa się tu pod symbolem bv, ale my chcemy na schemacie mieć popularny symbol baterii. Jest on dostępny, ale „głębiej” – w katalogu [Misc]. Możemy tam wejść: F2, „dwuklik” na katalogu Misc i trzeba wybrać albo element battery, albo cell – rysunek 5. Po kolejnym „dwukliku” mój ekran wyglądał jak na rysunku 6.

Rys.5 Dodawanie elementu cell lub battery
Rys.6 Schemat w trakcie tworzenia

Gdy szukamy potrzebnego elementu, naciskamy F2 i sprawdzamy najpierw w głównym oknie, a gdy nie znajdziemy, to w podkatalogach (wyróżnionych na rysunku 3 żółtą podkładką). Podświetlenie nazwy spowoduje pokazanie symbolu elementu w okienku, jak widać na rysunkach 3, 5. Ale jeśli już poznamy nazwę potrzebnego nam elementu, w tym przypadku symbolu baterii (cell), następnym razem nie musimy wchodzić do katalogu [Misc].

Wystarczy nacisnąć F2, a po otwarciu głównego okna zacząć wpisywać za pomocą klawiatury kolejne literki nazwy potrzebnego elementu: c e l l, i program znajdzie go w odpowiednim katalogu bez naszego udziału. To duże ułatwienie. Wykorzystuj je! Ja postanowiłem w pierwszej kolejności wpisać na schemacie wartości elementów, a dopiero potem dokończyć rysowanie.

Rys.7 Edycja elementu (LTspice)
Rys.8 Wartość elementu i inne parametry

Zwróć uwagę, że gdy najedziesz kursorem na element, to kursor zmienia się w „rączkę”, jak na rysunku 7, a na dole ekranu pojawia się podpowiedź, że kliknięcie prawym klawiszem myszki pozwoli edytować niejako cały element. Otworzy się okno, w którym możesz wpisać wartość elementu i inne parametry – przykład na rysunku 8. Można też nieco prościej: jeśli najedziesz kursorem nie na element, tylko na jego wartość (napis) albo na numer elementu, to kursor zmieni kształt, jak pokazuje rysunek 9 i po kliknięciu prawym klawiszem myszki możesz edytować dany napis. Otworzy się okno jak na rysunku 10, gdzie masz dodatkowe opcje dotyczące wyglądu i ustawienia napisu.

Rys.9 Edycja napisu (LTspice)
Rys.10 Dodatkowe opcje dotyczące wyglądu i ustawienia napisu

U mnie po takich operacjach ekran wyglądał niezbyt atrakcyjnie, jak pokazuje rysunek 11. Moglibyśmy teraz poprzestawiać elementy, ale więcej się nauczymy, jeśli najpierw narysujemy wszystkie połączenia elektryczne, a dopiero potem uporządkujemy rysunek.

Najpierw na klawiaturze naciśnij klawisz spacji, a powiększysz tym rysunek na cały ekran. Schemat możesz przesuwać, przeciągając go myszką z naciśniętym lewym przyciskiem. Kółko myszki powiększa i pomniejsza schemat (podobnie jak Ctrl+B). Ctrl+Z pozwoli wybrać fragment schematu do powiększenia.

Gdy rysunek trzeba przesunąć na ekranie, wystarczy nacisnąć klawisz Esc (na wszelki wypadek) i po prostu przeciągnąć rysunek, naciskając lewy przycisk myszki. W różnych dziwnych przypadkach dobrą reakcją jest naciśnięcie klawisza spacji (rozciągniecie schematu na cały ekran) i ewentualna późniejsza zmiana skali i przeciąganie rysunku.

Rys.11 Schemat po edycji

Naciśnij klawisz F3 i zacznij rysować połączenia elektryczne – druty (Draw Wire). Musi to być połączenie elektryczne, a nie „zwykła linia”, którą mógłbyś wykonać, wybierając z menu polecenia: Edit – Draw – Line. „Zwykła linia” może wyglądać tak samo, ale nie ma właściwości „elektrycznych”. Sprawdź!

Gdy naciśniesz F3, kursor zmieni się w duży krzyż. Jedno kliknięcie rozpoczyna rysowanie połączenia, następne albo je kończy, albo kończy rysowanie segmentu i tworzy załamanie linii pod kątem prostym. Na przykład kliknięcie kończy rysowanie linii – połączenia, gdy skończysz na małym niebieskim kwadraciku (na wyprowadzeniu elementu) albo gdy skończysz na istniejącej linii – wtedy program automatycznie wstawi tam punkt połączenia linii – tak zwane złącze (junction).

Rysowanie połączeń jest intuicyjne – najpierw naciskasz F3, potem operujesz tylko lewym przyciskiem myszki, a prawy przycisk kończy rysowanie. Domyślnie połączenia prowadzone są pionowo i poziomo, ale możesz zrealizować połączenia ukośne, naciskając podczas rysowania linii klawisz Ctrl.

Jeżeli chcesz cokolwiek usunąć ze schematu, naciśnij klawisz F5 i wtedy kursor zmieni się w... nożyczki. Gdy klikniesz „nożyczkami” na cokolwiek: np. połączenie czy element, zniknie ze schematu. Gdy chcesz skasować większy blok, zaznacz go myszką.

A jeżeli zechcesz cofnąć błędną operacje – wykorzystaj klawisz F9.

Klawisz F6 możesz wykorzystać do powielania (kopiowania) elementów lub bloków zaznaczonych myszką. Kopiować możesz elementy i bloki na danym arkuszu – schemacie, ale możesz otworzyć kilka okiem – schematów i najpierw z użyciem F6 skopiować potrzebny fragment, przejść do innego okna – schematu i tam umieścić kopiowany fragment czy nawet cały schemat.

Gdy natomiast chcesz coś na schemacie zmienić, pomocne będą klawisze F8 i F7. F8 (Drag) powoduje przesuwanie elementów z dołączonymi „gumowymi połączeniami” (Wire). Czyli F8 pozwala przesunąć element lub blok, zachowując połączenia elektryczne, natomiast F7 (Move) przesuwa tylko element/blok, ale bez połączeń. Polecenia F7 i F8 pozwalają też przesuwać napisy (opisy elementów) oraz połączenia (Wire), a także zaznaczone myszką dowolnie duże bloki. W szczególności trzeba wiedzieć, że przy przesuwaniu połączeń (Wire) za pomocą F8 (Drag) możliwe jest „złamanie” linii – połączenia przez kliknięcia na niej.

Do symulacji w programach rodziny SPICE wymagane jest jeszcze dodanie na każdym schemacie symbolu masy (GND – węzła o numerze 0), co robi się najprościej, naciskając klawisz G. Po naciśnięciu F7 albo F8 i wybraniu obiektu można też go obracać (Ctrl+R) i odbijać (Ctrl+E).

Mój schemat po uporządkowaniu wyglądał jak na rysunku 12.

Rys.12 Schemat w LTspice po uporządkowaniu

W sumie rysowanie schematu jest naprawdę bardzo łatwe i przyjemne. Trzeba tylko troszkę poćwiczyć i przyzwyczaić się do konwencji, że najpierw wybieramy funkcję, a potem pokazujemy element lub blok, na którym ma ona działać. W wielu innych programach konwencja jest odwrotna: najpierw zaznaczamy obiekty, a potem określamy funkcję, która coś z nimi zrobi. To drobiazg, do którego naprawdę łatwo się przyzwyczaić.

Rys.13 Opcje menu Edit (LTspice)

W powyższym opisie nieprzypadkowo proponuję jak najczęstsze wykorzystanie klawiszy do wyboru zadań – funkcji, choć to samo można zrobić, wybierając je z górnego menu albo z menu Edit – rysunek 13. Wykorzystanie klawiszy jest zdecydowanie szybsze – przyzwyczaj się do nich, a pomocą będzie ściągawka – rysunek 14.

Rys.14 Ściągawka skrótów klawiaturowych do LTspice

Proponuję, żebyś poćwiczył w LTspice rysowanie i modyfikacje schematów z wykorzystaniem podanych skrótów klawiaturowych. Zrób to, choćby tylko dla ciekawości. To naprawdę fajna zabawa, która wcale nie jest stratą czasu, z uwagi na przyszłe wykorzystanie do symulacji. Opanujesz też narzędzie do tworzenia estetycznych schematów, co udowadnia rysunek tytułowy. I właśnie w drugiej części artykułu omówione zostaną sposoby polepszania wyglądu schematu oraz pozyskania wydruków w sensownej, powtarzalnej skali. A później zajmiemy się modyfikacją wyglądu i tworzeniem symboli nowych elementów.

Do pobrania
Download icon LTspice łagodnie, ale po barbarzyńsku cz.1 - jak rysować schematy?
Tematyka materiału: LTspice, symulacja, SPICE
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich luty 2019
Udostępnij
UK Logo