LTspice用户QSPICE简介，第1部分

本文是从LTspice到QSPICE的四部分系列文章中的第一篇，介绍了一个LED闪光灯电路，我们将用这两个程序进行模拟。

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SPICE模拟对于测试、表征和改进最终将在实验室中构建或作为组装PCB生产的电路非常宝贵。在我看来，它们也是一种很好的方式，通常是最好的方式，可以更彻底地理解不同电路及其组件的功能。

简而言之，SPICE模拟器是现代工程师和工程专业学生的重要工具。尤其是LTspice已经成为电气工程界的传奇。它功能强大，应用广泛，并拥有众多IC宏模型。最重要的是，它完全免费。

我作为设计工程师和技术作家使用LTspice多年，我非常尊重它的计算能力和各种分析工具。然而，截至2023年，城里有一个新的SPICE模拟器：QSPICE。

与LTspice一样，QSPICE也是由Mike Engelhardt开发的。它完全免费使用，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，如果你进行涉及大量数字逻辑的电路模拟，QSPICE代表了一个巨大的改进：它结合了C++和Verilog编译器，可以方便有效地模拟广泛的数字功能。

根据拥有QSPICE的Qorvo公司的说法，其他卖点包括更快的模拟、更高的精度、改进的可靠性、高性能SiC模型的访问和高质量的图形。在介绍该软件的视频中，恩格尔哈特先生甚至表示QSPICE“将改变你的生活”。当然，这些观点并不完全公正。如果我们要考虑从LTspice迁移，我们需要知道QSPICE的表现如何。

了解新仿真软件的最佳方式是跳进去并开始仿真。在本文中，我们将在LTspice中创建一个电路，并检查其电流-电压关系。在后续文章中，我们将继续分析QSPICE中的电路。我们还将讨论将电路原理图从一个程序移动到另一个程序的挑战。

示例电路

图1显示了我们将要研究的电路：一个基于飞兆半导体QTLP690C系列的双晶体管LED闪光灯。

LTspice中的双晶体管LED闪光灯电路示意图。

图1 LTspice中的双晶体管LED闪光灯电路示意图。图片由Robert Keim提供

这是一个操作细节复杂的简单电路。LED闪光灯的整体功能并不令人兴奋，但即使是经验丰富的电路设计师也可能很难准确解释其组件的电相互作用是如何产生短周期的LED光脉冲的。对于那些对电路分析相对较新的人，或者主要设计数字电路的人来说，闪光灯的操作可能会让人完全困惑。

在这种情况下，我要做的第一件事是启动SPICE模拟器，开始研究电压和电流关系——这正是我们要做的，首先在LTspice中，然后在QSPICE中。虽然本系列最终是关于模拟器的，而不是被模拟的电路，但我们也应该更好地了解LED闪光灯的行为。

有了这些，让我们开始我们的模拟。

LTspice中的关键电流和电压

为了确定照明行为，我们可以进行基本的瞬态分析，并绘制通过LED的电流图。如图2所示。

在10秒的时间间隔内通过LED的电流。

图2 在10秒的时间间隔内通过LED的电流。图片由Robert Keim提供

图3提供了LED亮起时电流的放大视图。

LED亮起时通过LED的电流。

图3 LED亮起时通过LED的电流。图片由Robert Keim提供

眨眼持续时间约为7.2毫秒，每秒约有2.8次眨眼。我立刻想到了两个问题：

是什么导致了模拟开始时的延迟？

这是否足以点亮LED？

让我们简要地回答这两个问题。

是什么导致了延误？

有了这样的延迟，我们应该本能地怀疑储能元件。为了测试这种怀疑，图4添加了一个闪光灯电路电容器（C1）两端电压的轨迹。

显示LED正向电流和电容器两端电压的仿真图。

图4 通过LED的电流（绿色轨迹）和电容器两端的电压（橙色轨迹）。图片由Robert Keim提供

从图4中可以清楚地看出，电容器的电压最初为非零。只有当电容器放电到一定水平时，才会开始闪烁。为了纠正这一点，我们在LTspice的组件属性编辑器中将初始电容器电荷设置为零。该过程如图5所示。

在LTspice的组件属性编辑器中指定C1的初始电荷。

图5 在LTspice的组件属性编辑器中指定C1的初始电荷。图片由Robert Keim提供

图6显示了新的模拟结果。

当电容器的初始电压设置为零时，通过LED的电流。

图6当电容器的初始电压设置为零时，电流通过LED一次。图片由Robert Keim提供

正如你所看到的，我们已经成功地消除了延误。

我们有足够的正向电流吗？

我们的模拟图显示，当LED打开时，正向电流约为8mA。为了确认这足以满足LED照明，我们可以检查与我们的SPICE模型相对应的数据表。正如我在本文前面提到的，我们的模拟电路基于QTLP690C表面贴装LED灯。

图7取自QTLP690C的数据表。它绘制了20mA下LED的相对发光强度与直流正向电流的关系图。

LED的相对亮度与直流正向电流。

图7 相对发光强度（在20mA下归一化）与直流正向电流的关系。图片由Mouser Electronics提供

根据该图，8mA的正向电流将为我们提供20mA时产生的强度的约40%。20mA时的典型发光强度如表1所示。

表1 QTLP690C LED在20mA正向电流下的预期发光强度。数据由Mouser Electronics提供

QTLP690C LED在20mA正向电流下的预期发光强度。

除QTLP690C-AG外，20mA正向电流通常产生35mcd的发光强度。其中40% 将是14 mcd。即使勉强能看到，也足够明亮。

下一篇

虽然本篇文章结束了，但我们的分析还远未结束。在下一篇文章中，我们将把这个电路移到QSPICE中。一旦我们做到了这一点，我们将使用QSPICE模拟来收集额外的信息，并将其拼凑成更完整的LED闪光灯操作图。