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【LTspice】SPICEモデルを定義する『.modelコマンド』の使い方

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この記事では.modelコマンドの使い方について、以下の目次の内容を詳しく説明します。

『.modelコマンド』とは

.modelコマンドとは、ダイオード、バイポーラトランジスタ、MOSFET、スイッチなどのモデルを定義するコマンドです。

例えば、ダイオードは「飽和電流IS」や「直流抵抗RS」など様々なパラメータを持っています。『.modelコマンド』を用いて各パラメータに値を設定することで、ユーザーが自由にモデルを定義することができるようになります。

補足

『.modelコマンド』は損失のある伝送線路や均一のRCモデル等も定義できます。
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『.modelコマンド』の構文

【LTspice】『.modelコマンド』の構文
『.modelコマンド』の構文は以下のようになっています。

構文

.model <modname> <model type> (<param1>=<val1> <param2>=<val2>…)

<modname>

モデル名を入力します。モデル名には規則がなくユーザーが自由に設定することができます。

<model type>

モデルタイプを入力します。このモデルタイプには規則があります(例えばDはダイオード、NPNはNPNトランジスタなど)。以下にLTspiceで使うことができるモデルタイプの表を示します。

モデルタイプ 対応回路素子
R 抵抗
C コンデンサ
L インダクタ
SW 電圧制御スイッチ
CSW 電流制御スイッチ
URC 均一分布RC線路
LTRA 損失伝送ライン
D ダイオード
NPN NPNバイポーラトランジスタ
PNP PNPバイポーラトランジスタ
NJF NチャネルJFET
PJF PチャネルJFET
NMOS NチャネルMOSFET
PMOS PチャネルMOSFET
NMES NチャネルMESFET
PMES PチャネルMESFET
VDMOS 縦型二重拡散パワーMOSFET

<param1>=<val1> <param2>=<val2>…

モデルのパラメータと値を入力します。各モデルで設定できるパラメータが別々です。また、各モデルで複数のパラメータを持っています。例えば、ダイオードでは飽和電流ISや直流抵抗RSなど、NPNトランジスタではエミッタ抵抗REやコレクタ抵抗RCなどです。今後、各モデルについて設定できるパラメータをまとめて記事にします。

『.modelコマンド』のコマンド例

  • .model D_ideal D(Ron=0.0001 Roff=100G Vfwd=0)
  • →モデルタイプはダイオード(D)でモデル名は「D_ideal」である。パラメータ値はオン抵抗Ronが0.0001Ω、オフ抵抗Roffが100Gオーム、順方向電圧効果VFが0Vである。

上記のようにモデルを定義します。なおこのモデルは理想ダイオードを示しています。理想ダイオードについては以下の記事に記載しています。

『.modelコマンド』の入力方法

【LTspice】『.modelコマンド』の入力方法
ツールバーの「.op」をクリックする(ショートカットキーは”s”)と、[Edit Text on the Schematic]ダイアログボックスが表示されます。「SPICE Directive」が選択されていることを確認して『.modelコマンド』を入力し、[OK]ボタンをクリックします。

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シミュレーション例

シミュレーション回路

【LTspice】『.modelコマンド』のシミュレーション回路
上図は電圧源V1とダイオードD1を接続したシミュレーション回路図です。『.dc解析』を行っており、電圧源V1の電圧を0Vから1.2Vまで0.01V刻みで変化させています。また、以下の『.modelコマンド』を用いてダイオードモデルMyDiodeを定義しています。

.model MyDiode D( IS=60p RS=40m BV=1.00k IBV=5.00u JO=15p M=0.3 N=1.4 TT=3u)

ダイオードモデルを使用するためには、ダイオードD1のシンボルを「Ctrl+右クリック」すると表示される[Component Attribute Editor]ダイアログボックスのValueにモデル名「MyDiode」を入力します。
【LTspice】ダイオードにモデルを与える

補足

  • [Component Attribute Editor]ダイアログボックス内にあるSpiceModel,Value2,SpiceLine,SpiceLine2のどれかにモデル名を入力してもダイオードモデルを読み込むことができます。ただし、ValueとSpiceModelなど2箇所にモデル名「MyDiode」を入力するとシミュレーション実行時にエラーが表示されるので注意してください。
  • ダイオードの素子値を右クリックすることで表示される[Enter new Value for D1]ダイアログボックスにモデル名「MyDiode」を入力してもダイオードモデルを読み込むことができます。

シミュレーション結果

【LTspice】『.modelコマンド』のシミュレーション結果
上図の右はダイオードD1に流れる電流I(D1)をプロットしたものとなっています。『.modelコマンド』を用いて定義したダイオードモデルの特性を観測することができます。

基本のおさらい(グラフの表示方法)

I(D1)のグラフ表示方法について説明します(基本的な内容なのですでに知っている方は飛ばしてください)。シミュレーション中(またはシミュレーション実行後)に、回路図ウィンドウをアクティブにして、カーソルをダイオードD1に近づけると、カーソルが電流プローブの形に変わります。その状態で左クリックすると、波形ウィンドウにグラフが表示されます。なお、波形ウィンドウの上部には選択した信号名(今回はI(D1))が表示されます。

まとめ

この記事では『.modelコマンド』について構文を説明した後、実際にシミュレーションで確認をしました。[SPICE Directive]で『.modelコマンド』を記述することでモデルを定義することができますが、一般的には『.modelコマンド』が記述されたSPICEモデルファイル(拡張子がlib,sub,modのもの)を『.libコマンド』を用いて読み込むことの方が多いと思います。

なお、LTspiceに関する記事は以下にまとめてあるのでぜひ参考にしてください。

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