LTSpice 입문

LTSpice는 제조업체인 Analog Devices사에서 제공하는 무료 회로 시뮬레이터로 SPICE 명령어 뿐만 아니라 꽤 많은 수동 및 능동 부품 라이브러리가 포함된 회로도도 함께 사용할 수 있습니다. 또한 이 소프트웨어는 어떠한 크기의 하위 회로나 계층 구조 블록도 사용할 수 있으며, 현재 라이브러리에서 사용할 수 없는 부품을 서드 파티의 자료를 통해 추가할 수도 있습니다. 이미 이 프로그램에 대한 지원은 많이 있지만 온라인 상에서 질문 대한 답변이 모호한 경우 항상 더 많은 지원이 필요합니다. 또한 이 툴은 고전류를 사용해야하는 시험과 같은 많은 안전 요인이 필요한 아이디어를 시험하는 데 유용합니다. 이 소프트웨어에 대한 첫 번째 게시물은 설치와 회로를 그리는 것에 대한 내용입니다.

설치

다운로드 페이지는 여기를 클릭하십시오.

이 게시물에서는 좀 더 사용자 친화적인 윈도우즈 버전에 대해서 다룰 것입니다. 매킨토시 버전도 있기는 하지만 저자가 써보니 사용하기 매우 어려웠습니다. 설치는 일반적인 실행 파일의 설치 과정과 동일하니 권장 윈도우즈 기본 설치 과정 을 따르십시오. 설치가 완료되면, C:\Program\Files\LTC\LTspiceXVII\ 에 기본 프로그램 파일들이 있는 새 폴더가 생성됩니다. (운영 체제에 따라 다를 수 있지만)XVIIx64라는 이름의 프로그램(실행파일)을 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 바탕 화면에 바로 가기를 만드는 것을 추천합니다. 바탕 화면에 바로 가기가 생성되면 프로그램의 이름을 좀 더 쉬운 걸로 변경하십시오. 라이브러리 및 다른 중요한 실행 파일들의 실행 방식 때문에 정상적으로 동작하기 위해서는 설치 폴더 내에 프로그램이 있어야만 합니다.

기본 사용자 인터페이스

프로그램을 열면, 메인 인터페이스가 표시될 것입니다:

이 소프트웨어는 회로도용 윈도우, 새 부품을 그리는 윈도우 그리고 임베디드 “오실로스코프” 윈도우 등의 임베디드 윈도우들을 사용합니다. 이 윈도우들을 계단식으로 배열하거나 재배열할 수 있으며 프로그램은 한 번에 여러 개의 회로도 실행할 수 있습니다. 프로그램 시작 시 회로도가 로딩되는 것은 아니기 때문에, File 아래에 있는 아이콘(New Schematic)을 클릭하거나 File에 있는 드롭 다운 메뉴 중 New Schematic을 사용해서 새 회로도를 만들어야 합니다. 이 프로그램에 사용되는 주요 도구들은 File, View, Tools 그리고 Help에 있습니다. 이 프로그램이 제공하는 기능들을 확인하시려면 툴 바를 살펴보십시오. 저자가 가장 많이 사용하는 기능은 실행(Run), 전체 보기(Zoom full extents), 오토레인지(Auto-range)와 결선(Wire), 접지(Ground), 넷 이름 지정(Label Net), 커패시터(Capacitor), 인덕터(Inductor), 다이오드(Diode) 외 기타 부품들(Component, AND 게이트처럼 생긴 아이콘)과 같은 기초 부품들 입니다. 부품의 이동, 복사, 붙여넣기, 삭제, 미러링, 회전에 사용할 수 있는 단축키는 제어판에 열거되어 있습니다:

  1. 제어판을 열기 위해 망치 아이콘을 클릭하십시오.
    CtrlPanel

  2. Drafting Options 탭을 클릭하십시오.
    draftopts

  3. Hot Keys[*] 버튼을 클릭하여 모든 단축키를 확인할 수 있으며, 단축키를 편집할 수도 있습니다.
    image

이 첫 번째 게시글의 마지막 부분을 다루기 전, 한 가지 추천 사항이 있습니다. 회로도, 심볼, 하위 회로 및 그래프(오실로스코프 출력)를 저장할 수 있도록 바탕 화면 또는 원하는 위치에 로컬 폴더를 만드는 것입니다. 이렇게 하면 회로를 한 곳에 쉽게 저장할 수 있으며, 하위 회로 또는 계층 구조 블록(회로)가 같은 폴더를 참조할 수 있어서 다른 폴더를 설정했다가 나중에 혼동하지 않을 수 있습니다. 이 폴더를 LTSpice가 검색하는 디렉토리에 연결하면 하나의 마스터 폴더를 사용함으로 인해 나머지 주제들도 쉽게 다뤄질 수 있습니다. 첫 번째 단계는 단순하게 원하는 위치에 폴더를 만드는 것입니다. 여기서는 바탕 화면을 예로 들겠습니다. 그리고 이 작업을 수행하려면 대상 주소를 알아야만 하며, 저자가 사용 중인 폴더에 대한 경로는 “C:\Users\kaleb_kohlhase\Desktop\test” 입니다. 작업 디렉토리 문자(저자의 경우 C:)를 포함한 모든 부분을 기록하거나 복사해야 합니다. 경로를 복사한 후 또는 별도의 창에서 제어 패널 버튼(망치)을 다시 클릭한 후 심볼 및 라이브러리 검색 경로(Sym. & Lib. Search Paths) 탭을 클릭합니다:

  1. 검색 경로 탭 :
    SymLibTab

  2. 심볼 검색 경로와 라이브러리 검색 경로에 해당 경로를 붙여 넣거나 입력하십시오.
    TypeinPath
    각각의 새 경로는 새로운 줄 또는 세미콜론으로 구분합니다. 사진 속 LTCustom 경로는 무시하십시오. 그런 다음, 프롬프트 창 아래에 있는 확인 버튼을 클릭하십시오. 아래에 있는 주의사항에 따르면 이 설정들은 세션 간에 보존될 것입니다; 나중에 하위 회로의 경로가 깨진 경우 라이브러리 경로가 역참조 되었다면 이 경로가 소스가 될 수 있습니다.

기본 회로 시뮬레이션 예제

이 첫 번째 게시글의 마지막 부분은 DC 전압원이 하나 있는 기초 RLC 회로에서 분석을 진행하기 위한 적절한 도구의 사용법입니다. 이 예제 회로에는, 하나의 저항과 하나의 인덕터가 직렬로, 하나의 커패시터는 병렬로, 그리고 이 커패시터에 저항이 하나 더 병렬로 연결되어 있습니다.

원하는 경우 위의 회로에 있는 아래 부품들은 마음에 드는 아무 값으로 대체할 수 있습니다. LTSpice가 올바르게 동작하기 위해서는 모든 회로도에 기준 접지가 필요합니다.

  1. 전압원 결선, 접지 그리고 수동 소자들을 회로도에 배치합니다.

    a. 전압원은 Components에 이미 로딩된 라이브러리 파일 목록 중에 있습니다.
    PreDesignedParts

    b. 위의 아이콘을 누르면 라이브러리는 다음과 같이 표시될 것입니다:
    UIforPartSelect

    c. "Open this macro model’s test fixture"라는 문구 아래에 부품을 검색할 수 있는 검색창이 있습니다.
    searchFunc
    기본적인 전압원(AC, DC 그리고 기타 옵션들이 사용가능 함)은 일반적으로 "vol"을 입력합니다. OK를 클릭하고 화면의 원하는 위치에 전압원을 배치합니다(부품 회전은 Ctrl+R, 부품 미러는 Ctrl+E). 전압원을 배치한 후, 다른 여러가지 부품들을 배치해야 하므로 키보드의 Esc 키를 누르십시오. 모든 기초 부품과 이동 또는 드래그와 같은 명령에서도 동일하므로 Esc 키를 잊지 말고 누르십시오. Esc 키를 누르는 것을 잊어버려 윈도우가 부품으로부터 매우 멀리 떨어져 움직이는 바람에 여러 번 당황한 적이 있습니다. 회로도를 찾기 어려울 경우 전체 보기(Zoom full extents) 아이콘을 클릭하십시오: ZoomExtents

    d. 해당 아이콘을 눌러 다른 모든 기초 부품들을 추가하십시오.
    BasicCompList



    결선을 줄이기위해 각 부품의 핀들을 서로 겹치게 배치해서 부품들을 서로 연결할 수도 있습니다. 이동(Move) 또는 드래그(drag, 드래그는 부품 간 연결을 끊지 않고 결선 길이를 늘입니다)를 사용하여 부품을 이동합니다. 접지(Ground) 아이콘의 왼쪽에 있는 결선(Wire) 아이콘을 사용하여 회로도를 결선합니다. 결선 툴은 각 핀의 노드끼리 연결할 때 Esc 키를 누르지 않아도 자동으로 종료됩니다. 눈금 위 아무 곳이나 클릭해서 결선 방향을 바꿀 수 있습니다. 실수했을 때만 Esc 키가 필요합니다. 취소(Undo) 아이콘은 드래그(Drag) 아이콘의 오른쪽에 있습니다(이 프로그램에서 Ctrl+Z는 Zoom 명령에 할당되어 있음[변경 가능]). 한 쪽 결선의 끝을 다른 결선에 연결하면 노드(파란 네모 점)가 만들어 집니다. 결선을 (복사해서)기존 결선 위에 중첩되게 붙여 넣어도 노드는 만들어지지 않습니다. 이 작업은 다른 편집기에서는 기존 결선 위에 "점프"하는 것과 같습니다.



    이 프로그램은 부품이 어떻게 결선 되었는지 상관치 않을 뿐만 아니라 결선 길이가 분석에 적용되지도 않습니다. 회로의 양극 및/또는 음극에 빠짐없이 연결이 되어 도통이 된 상태라면, 대부분의 경우에서 시뮬레이션이 될 것입니다. 부품에 기생 성분이 없다면 작은 직렬 저항을 추가해야 하는 경우가 있습니다.

  2. 각 부품 값은 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 편집하십시오. 부품의 유형에 따른 사용자 지정 대화 상자가 나타납니다.
    VoltEdit
    ResEdit
    IndEdit
    CapEdit

    대부분의 부품들은 편집할 수 있습니다(몇 가지 라이브러리는 편집할 수 없지만 흔치 않습니다). 기초 부품들은 기본 값은 반드시 필요하며, 다른 값들은 실제 등가 부품을 기반으로 한 기생 성분 또는 보다 정확한 모델을 위한 선택 사항입니다.

  3. 아래 아이콘을 클릭하여 원하는 분석 유형에 따른 시뮬레이션을 실행합니다.
    RunSimToolbar

    상단 메뉴 중 Simulate에서 Run을 클릭하여 시뮬레이션을 하는 두 번째 방법도 있습니다.
    SimMenu

    과도 분석부터 DC 동작점(operating point) 찾기까지 시뮬레이션에는 많은 옵션이 있습니다. 저자는 첫 세 개를 가장 많이 사용하는 편입니다. 이번 예제에서는, 기본 시뮬레이션을 5초 동안 실행하고 시작하자 마자 데이터를 저장하고 싶습니다. 이렇게 하려면 Stop time은 5라는 하나의 입력만 있으면 됩니다(국제단위계(SI Unit)를 바탕으로 합니다). "OK"를 클릭하면, SPICE directive 가 회로도 위에 표시됩니다.(창이 방해 된다면 드래그(Drag) 툴로 이동시킬 수 있습니다). 회로도 위에 검은색의 그래프가 나타날 것이며 이것이 시뮬레이션 된 오실로스코프입니다.



    전압은 두 가지 방법으로 측정할 수 있습니다. 접지가 아닌 아무 노드/결선을 클릭하면 단일 노드의 전압을 출력할 것입니다. 테스트 리드를 클릭해서 드래그하면 여러 개 또는 한 개의 부품에 걸친 전압 강하를 측정할 수 있습니다. (전압 강하의)극성은 마우스를 드래그하는 방향에 따라 바뀔 것입니다. 부품의 전류는 부품 위에 마우스를 올린 후 (전류 프로브로 변경되면)클릭해서 측정할 수 있으며, 결선의 전류는 결선 구간 위에서 Alt 키를 눌러서 측정할 수 있습니다(Alt 키를 누르면 전압 프로브가 전류 프로브로 변경). 저항은 때때로 음의 전류를 출력할 수 있는데, 이는 극성이 반대로 계산된 똑같은 전류 입니다. 예상되는 전류의 방향을 나타내는 결선 또는 부품의 전류를 측정하는 것이 좋습니다. Alt 키를 누른 상태에서 부품을 클릭하면 전력을 측정합니다. 다음은 R1과 L1을 지나는 전압 강하와, C1 경로의 전류, 그리고 R2가 소모하는 전력에 대한 파형입니다:


    새롭게 측정되는 각 값들은 새로운 색상으로 표시됩니다. 색상에는 제한이 있어 순환되지만, 테스트 지점의 이름이 그래프 상단에 표시됩니다:


    그래프 왼쪽과 오른쪽에 있는 눈금은 가장 최근의 측정에 맞게 자동 조정되어 시작할 것입니다. 측정 눈금에도 단위가 표시되어 있습니다. 눈금은 마우스 오른쪽 버튼을 클릭해서 로그 스케일로 변경할 수도 있습니다. 고유 테스트 포인트 이름을 Ctrl+마우스 왼쪽 버튼 클릭해서 RMS로 계산할 수 있습니다. 그래프에서 다른 계산을 수행하기 위한 고급 설정이 더 있지만 다음에 다루도록 하겠습니다. 프로그램을 보다 쉽게 사용할 수 있는 몇 가지 개인적인 팁을 포함한 기본 사용자 인터페이스와 시뮬레이션의 소개를 끝으로 이 게시물을 마치도록 하겠습니다.

다음 게시글도 참고 바랍니다:

영문 원본: An Introduction to LTSpice