Ajouter un interrupteur commandé en tension dans LTspice

Cet article indique la marche à suivre pour ajouter un interrupteur commandé en tension à un schéma LTspice®. Plusieurs exemples mettent en lumière l’utilisation d’un interrupteur commandé en tension dans la simulation de transitoires.

Les interrupteurs commandés en tension (Voltage-Controlled Switches — VCS) constituent l’un des circuits les plus souvent utilisés dans l’environnement de simulation LTspice. Ils constituent en effet un moyen simple d’ajouter un comportement en circuit ouvert ou court-circuit dans un circuit et de le modifier en pleine simulation. Bien qu’ils puissent être amenés à incorporer un modèle de transistor FET ou d’interrupteur plus précis à mesure qu’ils affinent leur schéma, les concepteurs ont la possibilité d’utiliser un interrupteur élémentaire pour lancer leur projet.

Le présent article suppose que le lecteur maîtrise le fonctionnement de base du langage LTspice. Dans le cas contraire, il se reportera au Guide de démarrage et à la série de vidéos LTspice Basics.

Étape 1?: ajouter le symbole d’un interrupteur

Ouvrez le schéma auquel vous voulez ajouter un interrupteur, ou sélectionnez File ??New schematic pour créer un nouveau schéma.
Sélectionnez Edit ? Component (ou appuyez sur P), et sélectionnez sw (switch) dans la bibliothèque de composants. L’orientation du symbole peut être ajustée en utilisant les commandes Rotate (CTRL+R) et Mirror (CTRL+E). Cliquez sur Place, puis sur le schéma pour placer le nouvel interrupteur (figure 1).

Figure 1. Sélectionner un interrupteur dans la boîte de dialogue Component.

Étape 2?: Ajouter une déclaration de modèle

Sélectionnez la directive Edit ? SPICE (ou appuyez sur «?.?»), puis ajoutez une directive de modèle pour l’interrupteur. Commençons avec l’exemple suivant?:
.model MYSW SW(),
où MYSW est le nom attribué à cette directive de modèle et SW() indique qu’il s’agit du modèle d’un interrupteur en utilisant les paramètres par défaut (Figure 2). Cliquez sur OK, puis sur le schéma pour placer la directive .model. Se reporter à la rubrique d’aide de LTspice pour connaître la directive de modèle d’interrupteur en sélectionnant Help ? LTspice Help et en recherchant l’aide sur les interrupteurs commandés en tension (Voltage-Controlled Switch) en tant que directive de modèle SW() associée.

Figure 2. Ajout d’une directive .model au schéma.

Étape 3?: Pointer le nouvel interrupteur vers la déclaration de modèle correspondante

Après avoir ajouté une directive .model au schéma, vérifiez que le nouveau symbole d’interrupteur est correctement relié au modèle en effectuant un clic droit sur la valeur de l’interrupteur (SW par défaut lorsque l’interrupteur a été placé dans le schéma). Remplacez SW par MYSW pour relier correctement cet interrupteur au modèle MYSW que vous venez de créer (figure 3).

Figure 3. Modifier la valeur de l’interrupteur pour qu’elle corresponde au nom figurant dans la directive .model.

Étape 4?: ajouter une source de tension de commande

Ajoutez une source de tension pour commander l’état marche/arrêt (On/Off) du nouvel interrupteur. Pour ajouter une source de tension, sélectionnez Edit ? Component, puis sélectionnez une composante de tension dans la boîte de dialogue, puis cliquez sur Place (ou appuyez sur V). Cliquez sur le schéma pour placer la source de tension.

D’un clic droit sur la valeur V, entrez la commande PULSE ci-dessous pour créer un signal triangulaire (voir également la figure 4).
Ajouter la ligne PULSE(-1 1 0 .5m .5m 0 1m)

Figure 4. Ajout d’une tension de commande aux broches de commande de l’interrupteur.

Par défaut, le paramètre de seuil d’un interrupteur commandé en tension est de 0?V. Cet exemple de signal triangulaire activera et désactivera ce modèle d’interrupteur par défaut selon un rapport cyclique de 50?%.

Un exemple simple

Faites l’essai avec l’exemple indiqué ici (https://www.analog.com/media/en/simulation-models/LTspice-demo-circuits/vswitch.asc) ou en sélectionnant File ? Open Examples ? Educational ? Vswitch.asc (figure 5).

Figure 5. Schéma de l’exemple Vswitch.asc.

Afin de simplifier les résultats du tracé et de montrer ce qui se produit lorsque les valeurs Vh et Vt sont modifiées, fixez la tension V2 sur 1 d’un clic droit sur la valeur 3,3 et en définissant la valeur à 1.
Exécutez la simulation en sélectionnant Simulate ? Run (figure 6).

Figure 6. Résultats de la simulation après modification de la tension V2 sur 1?V.

Réglage du comportement de l’hystérésis de tension de commande Comportement avec Vh = 0

Apportez quelques modifications à l’exemple Vswitch.asc pour explorer le comportement de cet interrupteur lorsque nous modifions la tension d’hystérésis Vh.

Effectuez un clic droit sur la directive .model, fixez la valeur de la tension Vh sur 0, puis relancez la simulation. Vous remarquez que l’interrupteur se comporte de manière idéale, passant d’une position entièrement bloquée (On) à une position entièrement ouverte (Off) à la valeur Vt. Dans cet exemple, la tension Vt est de 0,5?V (figure 7).

Figure 7. Comportement idéal de l’interrupteur lorsque la tension Vh = 0.

Le comportement de l’interrupteur en fonction de la tension d’entrée peut également être tracé. Supprimez la trace V(in), puis, d’un clic droit, fixez l’axe des abscisses (temps) sur V(in) (figures 8 et 9).

Figure 8. Réglez l’axe horizontal sur V(in).

Figure 9. Tracé de V(out) en fonction de V(in).

Comportement avec une tension d’hystérésis Vh positive

Les valeurs positives de la tension Vh ajoutent de l’hystérésis à l’interrupteur. Le passage de Vh à 0,2?V dans l’exemple Vswitch.asc illustre l’ajout d’hystérésis. (figure 10).

Figure 10. Ajout d’hystérésis à l’aide d’une tension Vh positive.

Comportement avec tension d’hystérésis Vh négative

Les valeurs de tension Vh négatives ajoutent une transition plus douce entre les états passant et bloqué (On / Off), la région de transition étant définie par la valeur négative de la tension Vh. Il est à noter que la tension Vh négative applique uniquement une période de transition douce et n’applique pas d’hystérésis (figure 11).

Figure 11. Ajout d’une transition plus douce avec tension Vh négative.

Exemple?: Amplificateur opérationnel à gain variable

Un deuxième exemple s’inspire des travaux consacrés par un laboratoire d’ADI aux amplificateurs à gain variable. Une version élémentaire de ce circuit peut être simulée au moyen de modèles idéaux d’amplificateurs opérationnels et d’interrupteurs. Baptisé Variable_Gain_Amplifier_Example.asc, le schéma de cet exemple est téléchargeable en cliquant ici.

Observez comment le gain du circuit d’amplification évolue lorsque le trajet du courant via la résistance R3 passe de la position ouverte à la position court-circuitée (figure?12).

Figure 12. Gain variable mis en œuvre avec un interrupteur.

Macromodèles de transistors à effet de champ (FET), d’interrupteurs et de multiplexeurs dans LTspice

Si le circuit créé exige des composants plus réalistes pour remplacer l’interrupteur commandé par tension idéal, il suffit de consulter la bibliothèque de composants LTspice?: transistors, interrupteurs et multiplexeurs d’ADI.

Conclusion

Pour découvrir d’autres astuces concernant LTspice, consultez la liste de guides et instructions recommandés en cliquant ici.

À propos de l’auteure

Titulaire d’une licence en ingénierie électrique (BSEE) du Georgia Institute of Technology et d’un master en génie électrique (MSEE) de l’Université d’État de Caroline du Nord, Anne Mahaffey a rejoint ADI en 2003 en tant qu’ingénieur de test spécialisée dans les produits de synthèse numérique directe (DDS). Elle a consacré plus de 10 ans à la conception et au support d’outils de conception de la suite d’outils Precision Studio, et occupe le poste d’ingénieur d’applications spécialiste de l’environnement LTspice.

Source : com-trail.com

Lectures : 19