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掌握 SPICE 网表语法:元件命名、无源/有源元件与源定义

本指南聚焦核心要点,SPICE 提供全面功能集以实现精确电路仿真。以下概览浓缩关键语法规则与示例,助你编写整洁、无错的网表。

每个 SPICE 元件以单字母关键字开头:R 电阻,C 电容,L 电感,V 电压源,I 电流源,D 二极管,Q 双极性晶体管,M MOSFET,J JFET,K 变压器耦合。后续字符唯一标识同类型的各实例。名称可为最多八位字母数字序列;大小写不敏感,r1 与 R1 同指一个电阻。超出八字符会被截断,可能导致命名冲突。如 rpulldown 被解读为 rpulldow,若别处也有 rpulldow 则重名。

SPICE 支持公制前缀简化数值指定,但因 ASCII 限制和大小写不敏感,约定与标准略异。常用前缀:

也支持科学计数法。典型电阻定义:

 R1 1 0 2t ; 2 TΩ R2 1 0 4g ; 4 GΩ R3 1 0 47meg ; 47 MΩ R4 1 0 3.3k ; 3.3 kΩ R5 1 0 55m ; 55 mΩ R6 1 0 10u ; 10 µΩ R7 1 0 30n ; 30 nΩ R8 1 0 5p ; 5 pΩ R9 1 0 250f ; 250 fΩ R10 1 0 4.7e3 ; 4.7 kΩ R11 1 0 1e-12 ; 1 pΩ 

无源元件

电容

 C1 12 33 10u ; 10 µF C1 12 33 10u IC=3.5 ; 10 µF 带 3.5 V 初始电压 

初始条件 (IC) 设定直流分析开始时的电容电压;省略则默认为零。瞬态分析需在 .tran 卡加 UIC 选项以启用 IC 值。

电感

 L1 12 33 133m ; 133 mH L1 12 33 133m IC=12.7m ; 133 mH 带 12.7 mA 初始电流 

IC 指定直流开始时的电感电流(安培)。瞬态分析需 .tran 卡配合 UIC 激活 IC 值。

变压器耦合 (k-元件)

 K1 L1 L2 0.999 ; L1 与 L2 间 99.9% 耦合 

耦合系数必须严格在 0 到 1 之间。电感顺序无关。

电阻

 RLOAD 23 15 3.3k ; 节点 23 和 15 间 3.3 kΩ 

电阻功率额定值不建模;所有元件视为理想,除非另有建模。

有源元件

每个半导体器件必须由 .MODEL 卡定义其电气特性。省略参数默认用 SPICE 内部值。

二极管

 D1 1 2 MOD1 ; 使用模型 MOD1 的二极管 

模型定义示例:

 .MODEL MOD1 D ; 简单二极管模型 .MODEL MOD2 D VJ=0.65 RS=1.3 ; 带结电压和串联电阻的二极管 

关键参数包括 IS(饱和电流)、RS(结电阻)、N(发射系数)、VJ(结电位)、BV(击穿电压)。

双极结型晶体管 (BJT)

 Q1 2 3 0 MOD1 ; 使用模型 MOD1 的 BJT 

2N2222 NPN 示例模型:

 .MODEL M2N2222 NPN IS=19f BF=150 VAF=100 IKR=.18 + ISE=50p NE=2.5 BR=7.5 VAR=6.4 IKR=12m + ISC=8.7p NC=1.2 RB=50 RE=0.4 RC=0.4 CJE=26p + TF=0.5n CJC=11p TR=7n XTB=1.5 KF=0.032f AF=1 

PNP 晶体管 (2N2907) 示例:

 .MODEL M2N2907 PNP IS=1.1p BF=200 NF=1.2 VAF=50 + IKF=0.1 ISE=13p NE=1.9 BR=6 RC=0.6 CJE=23p + VJE=0.85 MJE=1.25 TF=0.5n CJC=19p VJC=0.5 + MJC=0.2 TR=34n XTB=1.5 

模型名必须以字母开头。详尽参数列表见 Andrei Vladimirescu 著《The Spice Book》(ISBN 0-471-60926-9)。

结型场效应晶体管 (JFET)

 J1 2 3 0 MOD1 ; 使用模型 MOD1 的 JFET 

JFET 模型示例:

 .MODEL MOD2 NJF LAMBDA=1e-5 PB=0.75 

参数含 VTO(阈值电压)、BETA(跨导)、LAMBDA(沟道长度调制)、电容 CGS、CGD。

MOSFET

 M1 2 3 0 0 MOD1 ; 使用模型 MOD1 的 MOSFET 

模型语法:

 .MODEL MOD1 PMOS .MODEL MOD2 NMOS LEVEL=2 PHI=0.65 RD=1.5 .MODEL MOD3 NMOS VTO=-1 ; 耗尽型 N 沟道 .MODEL MOD4 NMOS VTO=1 ; 增强型 N 沟道 .MODEL MOD5 PMOS VTO=1 ; 耗尽型 P 沟道 .MODEL MOD6 PMOS VTO=-1 ; 增强型 P 沟道 

VTO 参数区分增强/耗尽模式。P 沟道正 VTO(或 N 沟道负值)指耗尽模式;负(或正)值指增强模式。

电压与电流源

交流正弦波电压源 (用 .AC)

 V1 1 0 AC 12 SIN V1 1 0 AC 12 240 SIN ; 12 V、240° 相位 

所有源频率相同但相位不同时使用此形式。多频率用备选语法。

交流正弦波电压源 (不用 .AC)

 V1 1 0 SIN(0 12 60 0 0) 

参数:offset (DC 偏置)、voltage (峰值)、freq (Hz)、delay (相位/秒)、damping (衰减)。

直流电压源

 V1 1 0 DC ; 由 .DC 卡定义 V1 1 0 DC 12 ; 显式 12 V 直流 

使用 .dc 分析卡时,源须声明 DC 关键字。否则直接指定电压值。

脉冲电压源

 V1 1 0 PULSE(-3 3 0 0 0 10m 20m) 

产生 -3 V 到 +3 V 的方波,零上升/下降时间,20 ms 周期,50% 占空比。

交流正弦波电流源 (用 .AC)

 I1 1 0 AC 3 SIN I1 1 0 AC 1m 240 SIN ; 1 mA、240° 相位 

交流正弦波电流源 (不用 .AC)

 I1 1 0 SIN(0 1.5 60 0 0) 

直流电流源

 I1 1 0 DC ; 由 .DC 卡定义 I1 1 0 DC 12 ; 显式 12 A 直流 

注意:SPICE 中第一个指定节点为负节点;电流从负节点流向正节点。

脉冲电流源

 I1 1 0 PULSE(-3m 3m 0 0 0 17m 34m) 

产生 -3 mA 到 +3 mA 方波,34 ms 周期,50% 占空比。

受控电压源

 E1 2 0 1 2 999k 

创建增益 999k 的电压跟随器。受控源不加载输入节点;反馈网络中需谨慎使用。

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