В рамках данной статьи приводится краткий обзор приложения LTSpice 24 для моделирования электрических схем, а также представлен алгоритм действий для быстрого старта.
Довольно много компаний в России, занимающихся разработкой различной электроники, а также технические университеты применяют в работе компьютерные программы SPICE-моделирования электрических схем (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis — программа моделирования с акцентом на интегральные схемы).
На сегодняшний день существует множество приложений данного направления. Среди них такие известные программные пакеты, как: Proteus 9, Multisim 14, Microcap 12, Simulink 24, LabVIEW 2025, TINA-TI v14, Pspice в составе OrCAD X, Circuit Maker от Altium. Среди отечественных решений выделяется SimOne из пакета Delta Design 4.
Все эти программы платные или имеют очень ограниченную демо-версию. Исключение составляет Microcap, но этот продукт больше не развивается в связи с закрытием компании-разработчика Spectrum Software.
Однако есть программа, которая абсолютно бесплатная и активно поддерживается разработчиком — LTSpice от Analog Devices. Это очень мощное приложение, которое не уступает по функционалу Microcap или Multisim.
Краткий обзор
По состоянию на середину 2025 года актуальной версией является LTSpice 24.1.9. Скачать инсталляторы для Windows или MacOS можно с официального сайта:
После скачивания инсталлятора LTspice64.exe, запустите его и следуйте инструкциям. Процесс установки обычно не вызывает проблем и не требует каких-либо сложных настроек.
По завершению установки на рабочем столе и в меню «Пуск» появятся иконки приложения:
Запустив приложение, откроется её основное окно. Оно состоит из следующих частей:
— рабочая зона;
— панель главного меню;
— панель основных инструментов.
Для создания новой схемы можно кликнуть пиктограмму «листик с загнутым верхним правым углом и плюсиком» в панели инструментов, либо выбрать первый пункт New Schematic в меню File, либо комбинация клавиш Ctrl + N.
Рабочая зона станет серой — открылся новый чистый лист для работы:
На панели инструментов представлен основной, наиболее часто применяемый набор операций, которые необходимы для работы: загрузить и сохранить файл, запуск симуляции, манипуляции с внутренними окнами, основные компоненты.
Полный список инструментов можно увидеть в меню Edit:
На основной панели инструментов представлены базовые элементы: проводник, земля, источник питания, резистор, конденсатор, индуктивность, диод:
Чтобы добавить дополнительные компоненты, например, транзистор или компаратор, нужно выбрать пиктограмму в виде микросхемы (Component), которая справа от диода (быстрый доступ — кнопка P на клавиатуре). При нажатии на неё откроется окно выбора компонентов:
Откроется общий список элементов (All). Пункты в квадратных скобках — это директории с компонентами, соответствующие названию. Например, папка [Misc] — различные дополнительные компоненты, такие как батарейка. Скриншот ниже показывает, что перейдя в папку [Misc] выбран элемент cell:
Составление схемы для моделирования
Попробуем собрать и смоделировать работу простой схемы: однополупериодный выпрямитель.
Добавим на рабочую зону нужные компоненты. Для начала — выбираем на панели инструментов источник напряжения (Voltage Source, быстрый доступ — кнопка V). Наводим курсор на центр рабочей зоны и кликаем левой кнопкой мыши (ЛКМ). Будет предложено добавить ещё один экземпляр компонента, но он нам не нужен, поэтому кликаем правую кнопку мыши (ПКМ) или жмём клавишу Esc.
Если Вы вдруг добавили лишний элемент, нажмите клавишу Delete. Вместо курсора появятся ножницы. Наводите их на лишний элемент и жмите ЛКМ — он исчезает. После жмём ПКМ или Esc, чтобы убрать ножницы.
Аналогичным образом добавляем другие элементы: выпрямительный диод, электролитический конденсатор и резистор.
Чтобы в процессе размещения компонента перевернуть резистор (или любую другую деталь) из вертикального состояния в горизонтальное, зажмите Ctrl, а потом нажмите R.
Чтобы добавить электролитический конденсатор, войдите в меню Component (быстрый доступ — P) и выберите polcap:
После чего кликните Place в нижнем правом углу окна — конденсатор можно разместить в рабочей зоне.
Размещаем компоненты:
Далее необходимо соединить проводниками элементы в общую цепь. Для этого выберите на панели инструментов Wire (быстрый доступ — W). Появится координатные линии, и их пересечение — курсор мыши. Наведите на положительный электрод источника питания V1 и кликните ЛКМ. Проведите синюю линию проводника вверх, а потом нажмите ЛКМ, чтобы появилась возможность повернуть проводник направо к выпрямителю:
Доведите линию до анода диода и нажмите ЛКМ, чтобы зафиксировать соединение. После чего кликнуть ПКМ — процесс прокладки соединительной линии прекратится. Лишние проводники удаляются ножницами (кнопка Delete).
Аналогично соедините все остальные части схемы:
Обязательно необходимо добавить символ общего провода питания — земля. Пиктограмма Ground (G). Без неё симуляция не запустится.
Теперь нужно настроить каждый элемент. Наведите курсор на источник питания V1 и нажмите ПКМ. Появится небольшое окно с параметрами: уровень постоянного напряжения и выходное сопротивление источника:
Но нам нужен источник переменного синусоидального напряжения, так что кликаем Advanced и попадаем в окно дополнительных параметров:
Нам нужно выбрать Functions — SINE. Появятся нужные нам для работы параметры:
— постоянная составляющая (смещение): DC offset;
— амплитудное значение синусоиды: Amplitude;
— частота: Freq.
Выбираем диод, откроются базовые параметры:
Переходим в меню Pick New Diode, чтобы выбрать нужную модель выпрямительного диода 1N4007:
Далее настроим конденсатор. Нажав ПКМ по компоненту, откроется меню с параметрами. Нам для работы будет достаточно указать ёмкость (1000u, что значит 1000 микроФарад) и рабочее напряжение — 25 В (так как у нас источник 12 вольт):
Аналогично уточним параметры для резистора: сопротивление 10 Ом, точность 10%, мощность рассеивания 5 Вт.
В итоге, настроенная цепь выглядит следующим образом:
Настройка симуляции
Теперь можно приступить к симуляции. Перейдите в меню конфигурации через раздел Simulate в главном меню (Configure Analyses — быстрый доступ A) или через иконку .ac панели инструментов:
Откроется окно с настройкой параметров анализа цепи. Перед нами будет представлена вкладка Transient, определяющая анализ по постоянному току. Как раз нам нужен этот режим.
Для исследования амплитудно-частотной характеристики фильтров применяется вкладка AC Analysis.
Во вкладке Transient нужно установить общее время длительности анализа. В форме ввода «Stop time» введите 0,1. Иногда пишут 1E-1, что означает 1×10⁻¹ = 1× 0,1 = 0,1. Это соответствует 0,1 секунде, или 100 миллисекунд. То есть через это время завершится симуляция после старта (поэтому и Stop time называется).
Формы «Time to start saving data» и «Maximum Timestep» можно оставить пустыми, приложение автоматически рассчитает нужные значения.
Time to start saving data — момент, с которого начнутся записываться данные, которые потом войдут в итоговый график. По умолчанию запись данных начинается с момента старта.
Maximum Timestep — временной шаг интегрирования при расчёте переходных процессов. Чем меньше шаг, тем точнее график. Тут нужно соблюдать баланс. Большое время симуляции и маленький шаг могут создать нагрузку, которая выражается в затратах времени для расчётов (вплоть до нескольких минут).
Установив Stop time = 0,1 секунда, выберите кнопку OK и расположите надпись под источником питания:
Запуск симуляции
Чтобы запустить моделирование в LTSpice, кликаем пиктограмму Run/Pause с зелёным треугольником (Alt + R). Рабочая зона разделится на два окна: сверху будет график зависимости напряжения от времени, снизу — исследуемая принципиальная схема.
Чтобы увидеть график, наведите курсор на проводник между положительным электродом электролитического конденсатора и резистором. Курсор станет выглядеть как измерительный щуп. Нажав ЛКМ, вверху отобразится график напряжения на выходе выпрямителя, которое фильтруется конденсатором и прикладывается к нагрузке в виде резистора 10 Ом.
Потом наведите курсор на проводник между плюсом источника и анодом диода. На графике отобразится форма напряжения в виде синусоиды:
Таким образом, мы видим, как работает однополупериодный выпрямитель: синусоидальный сигнал (на графике выделено зелёным V(n001)) преобразуется в пульсирующее напряжение (обозначено синим V(n002)), фильтруемое электролитическим конденсатором.
Проводя курсором по графику, в нижнем левом углу окна программы будет отображаться временная координата (x) и амплитуда сигнала (y). На скриншотах ниже красными точками на графиках указаны амплитудные значения напряжения на входе и выходе выпрямителя:
Видно, что уровень сигнала после выпрямителя несколько ниже исходной величины на источнике (некоторое падение на диоде).
Теперь увеличим ёмкость фильтра, установив значение в 10000 мкФ. Повторим симуляцию, кликнув зелёный треугольник «Run/Pause Simulation». В результате уровень пульсаций значительно снизился:
Дополнительно можно посмотреть форму тока, который проходит через нагрузку. Для этого надо навести курсор на резистор, чтобы отобразилось кольцо с пронизывающей её стрелкой (что-то вроде трансформатора тока), после чего нажать ЛКМ. На графике появится дополнительная линия, отображающую форму тока (обозначено красным I(R1)):
Выводы
Программа LTSpice 24 является весьма простым для освоения средством SPICE-моделирования. Но, не смотря на свою простоту, приложение является весьма мощным инструментом для исследования электрических схем и быстрой проверки схемотехнических решений, значительно экономя время на сборку и анализ макетов.