【LTspice】『.savebiasコマンド』と『.loadbiasコマンド』の使い方

この記事では、.savebiasコマンドと.loadbiasコマンドについて詳しく説明します。

『.savebiasコマンド』と『.loadbiasコマンド』とは

『.savebiasコマンド』と『.loadbiasコマンド』は対となっているコマンドであり、それぞれ以下の機能となっています。

『.savebiasコマンド』と『.loadbiasコマンド』の構文

『.savebiasコマンド』と『.loadbiasコマンド』の構文は以下のようになっています。

<filename>

『.savebiasコマンド』の場合は保存するファイル名を入力します。『.loadbiasコマンド』の場合は読み込むファイル名を入力します。このファイル名の拡張子には「*.txt」などメモ帳で扱いやすい形式にするのをお勧めします。

[internal]

internalをコマンドにつけると、デバイスの内部ノード電圧を保存することができます。例えば、NPNトランジスタのコレクタ電圧やベース電圧など保存することができるようになります(後ほど、シミュレーション例を用いて説明します)。

temp=<value>

半導体など温度によって変化する素子を用いている場合、ある温度の直流動作点のみ保存します。例えば、温度を『.tempコマンド』を用いて、「.temp 25 100 150」と3パターンで変化させていた場合、「temp=25」と指定すると、「temp=25」における直流動作点、「temp=100」と指定すると、「temp=100」における直流動作点が保存されます。また、何も記述しない場合、『.tempコマンド』で変化させた時の最後の値(この例だとtemp=150)における直流動作点が保存されます。また、『.tempコマンド』で変化させた温度以外を「temp=<value>」で指定しても最後の値(この例だとtemp=150)における直流動作点が保存されます。

time=<value>(『.tran解析』のみ使用)

『.tran解析』においてある時間における直流動作点を保存します。[repert]を指定すると、「time=<value>」で指定した値ごとに動作点データを更新し保存します。

step=<value>

『.stepコマンド』でパラメータ等をステップしている場合、あるステップの直流動作点のみ保存します。例えば、コンデンサの値を『stepコマンド』を用いて、「.step param C list 1u 2u 3u」と3パターンで変化させていた場合、「step=0」と指定すると、「C=1u」における直流動作点、「step=1」と指定すると、「C=2u」における直流動作点が保存されます。また、何も記述しない場合、『stepコマンド』で変化させた時の最後の値(この例だと3u)における直流動作点が保存されます。

[DC1=<value>] [DC2=<value>] [DC3=<value>](『.dc解析』のみ使用)

『.dc解析』から1つの動作点を保存します。例えば、電圧源V1と電流源I1をスイープ(掃引)するDC解析において、「DC1=X DC2=Y」と入力すると、電圧源V1の電圧がX、電流源I1の電流がYにおける動作点を保存します(後ほど、シミュレーション例を用いて説明します)。
 

シミュレーション例(『.savebiasコマンド』で動作点を保存する)

シミュレーション回路

上図は1kΩの抵抗R1と1uFのコンデンサC1を直列接続した積分回路となっており、この積分回路にパルス電圧を印加しています。『.savebiasコマンド』は以下のように記述しており、12[ms]におけるノード電圧を「test01.txt」というテキストファイルに保存してます。

シミュレーション結果

シミュレーション結果を上図に示します。シミュレーションにおいて、ノードOUTの電圧はグラフのカーソル値を見ると、12[ms]において約8.64Vになっていることが分かります。

シミュレーションにより生成したテキストファイルの中身

回路図ファイルと同じフォルダ内に『.savebiasコマンド』で指定したテキストファイル「test01.txt」が保存されます。このテキストファイルの中身を見ると上図のように、『.nodesetコマンド』の形式で保存されています。これはtime=0.0120056[s]≒12[ms]において、ノードOUTの電圧V(out)は約8.65Vであるということを示しています(グラフと0.01V異なっているのは、図のカーソルでは完全に0.0120056[s]に揃えてないためです)。次にこのテキストファイルを『.loadbiasコマンド』で読み込むシミュレーションを行います。

シミュレーション例(『.loadbiasコマンド』で直流動作点を読み込む)

シミュレーション回路

シミュレーション回路を上図に示します。この回路は先ほど『.savebiasコマンド』で使用した回路図と同じです。ここでは『.loadbiasコマンド』で先ほど保存したテキストファイル「test01.txt」を読み込んでいます。『.loadbiasコマンド』は以下のように記述します。

この『.loadbiasコマンド』でテキストファイル「test01.txt」を読み込む際に注意点があります。
『.savebiasコマンド』によって保存される直流動作点は『.nodesetコマンド』の形式で保存されています。この『.nodesetコマンド』は回路に初期の動作点を与えることで、.tran解析における初期状態を計算しやすくするコマンドです。そのため、テキストファイル「test01.txt」をそのまま『.loadbiasコマンド』で読み込んでも『.savebiasコマンド』で保存した直流動作点から『.tran解析』が始まるわけではありません。『.savebiasコマンド』で保存した直流動作点から『.tran解析』を行いたい場合には、『.nodesetコマンド』を以下のように.icコマンドに変更して再保存することが必要となります。

シミュレーション結果

シミュレーション結果を上図に示します。上図より、『.savebiasコマンド』で保存した直流動作点V(out)=8.65Vから『.tran解析』が開始されていることが分かります。

シミュレーション例(『.savebiasコマンド』を『.dc解析』で使用した場合)

シミュレーション回路

シミュレーション回路を上図に示します。上図はNPNトランジスタQ1に対して、電流源I1をベースに、電圧源V1をコレクタに接続した回路図です。
DC解析のコマンドは

と入力しており、各Sourceは

となっています。

また、『.savebiasコマンド』は以下のように記述しており、電圧源V1が0.5V、電流源I1が40uAにおける直流動作点をテキストファイル「test2.txt」に保存しています。なお、「intenal」を記述しているので、トランジスタQ1のコレクタ電圧、ベース電圧、エミッタ電圧も保存されます。

シミュレーション結果

シミュレーションにおいて、ノードBの電圧は電圧源V1が0.5V、電流源I1が40uAにおいて710mVとなっていることが確認できます。

シミュレーションにより生成したテキストファイルの中身

回路図ファイルと同じフォルダ内に『.savebiasコマンド』で指定したテキストファイル「test02.txt」が保存されます。このテキストファイルの中身を見ると上図のように、『.nodesetコマンド』の形式で保存されています。これはV(c)(←電圧源V1と同電位)=0.5[V]において、ノードBの電圧V(b)は約710mVであるということを示しています。