Tutorial LTspice, tracé de courbes de caractéristique etc ..

[bozole]

Bonjour à tou(te)s

Suite à une discussion sur un autre topic, il a été évoqué l'idée de faire un petit tutorial sur le logiciel de simulation LTSpice (que vous ne connaissez peut être pas tou(te)s) qui permet, entre autres, à l'aide de modèles de tubes, de tracer les courbes de caractéristiques, bien pratique quand on ne les trouve pas dans les datasheets aux tensions utilisées dans nos montages

Voici donc une petite présentation du logiciel, très succincte et simple, car je ne suis pas du tout un utilisateur chevronné ...

A terme, il a été aussi évoquée l'idée d'en faire un article, ce à quoi réfléchiront peut être les administrateurs du site en temps voulu si ça prend suffisamment forme, personnellement je pense que mes compétences d'utilisateur de base ne me permettent pas de faire un article sur ce logiciel ...
Toutes vos remarques et contributions sont bien sur les bienvenues !!

Cette présentation évoluera sans doute petit à petit, en fonction des remarques que vous ferez ici sur le topic

PRESENTATION DU LOGICIEL :

LTSpice est un logiciel de simulation de circuits électroniques, dérivé de SPICE
Il a l'avantage d'être freeware, et est bcp utilisé dans le monde du DIY des circuits à tubes entre autres. Vous le trouverez ici :
http://www.linear.com/designtools/software/ltspice.jsp

Ce qui nous intéressera principalement dans un premier temps quant aux possibilités du logiciel, c'est la saisie d'un schéma électronique, et la simulation de celui ci. Puis dans un 2ème temps, en application, le tracé de courbes de caractéristiques pour un tube donné, et tout ce qu'on y associe quand on fait une étude théorique avant de monter un ampli : tracé des droites de charge, estimation du point de bias, estimation de la puissance de sortie du montage etc ...


INSTALLATION DU LOGICIEL :

Après avoir installé le logiciel (pas de difficulté particulière), nous allons y adjoindre des modèles de tubes, de potentiomètres et de transfos de sortie. Je précise que ces modèles de tubes ont tous été récupérés sur des forums publics, et je remercie vivement toutes les personnes qui les ont créés !!
Pour celà, téléchargez les 2 fichiers ZIP ci joints :

http://vintageamps.free.fr/symboles.zip
http://vintageamps.free.fr/modeles.zip

Vous allez ensuite décompresser le contenu du fichier symboles.zip dans le répertoire C:/Program Files/LTC/LTspiceIV/lib/sym/, et le contenu du fichier modeles.zip dans le répertoire C:/Program Files/LTC/LTspiceIV/lib/sub/


UTILISATION DU LOGICIEL :

1) Saisie d'un schéma électronique :

Dans la fenêtre principale du logiciel, allez dans le menu File puis clic G sur New Schematic
Avant de saisir votre schéma, nous allons inclure les modèles de tubes, de la façon suivante :

Menu Edit / clic G sur SPICE Directive
Une fenêtre s'ouvre, dans laquelle on saisit la ligne suivante :
.inc preamp.inc
Puis ctrl + M pour un retour à la ligne
Puis on saisit cette nouvelle ligne :
.inc puissance.inc
Et vous validez par un clic G sur OK

Vous allez maintenant dessiner votre schéma, à l'aide de la barre d'outil, dans laquelle vous trouverez toute une série de boutons.
Placez votre curseur de souris sur chaque bouton pour avoir une brève description de l'outil. L'outil crayon permet de dessiner les fils de connexions entre les différents composants. Pour dessiner un fil de connexion, on sélectionne l'outil, on fait un clic G à l'endroit souhaité, on déplace le curseur de la souris (le fil apparait), et on fait un nouveau clic G pour valider la portion dessinée. On peut croiser les fils sans aucun souci, et quand on veut se connecter à un autre fil, un noeud apparaitra (petit carré bleu)
Si on fait une fausse manip, on sélectionne l'outil ciseau, et on supprime ce que l'on veut

Pour ajouter un composant classique (résistance, diode, condensateur, inductance), on sélectionne l'outil adéquat, et on place le composant sur le schéma à l'aide d'un clic G.
Petite astuce : pour faire pivoter un composant en position verticale ou horizontale, après avoir sélectionné l'outil, appuyer sur ctrl + R

Pour ajouter une alimentation DC ou AC, sélectionnez l'outil component, puis le symbole voltage. Ensuite, clic G sur le schéma pour placer le symbole, puis clic D sur le symbole, pour du DC on rentre directement la valeur de tension désirée, pour de l'AC clic G sur advanced, sélectionnez le type de signal, par exemple Sine, et rentrez ses paramètres d'amplitude et de fréquence

Pour ajouter un tube, sélectionner l'outil component, une fenêtre s'ouvre, dans laquelle vous trouverez 3 types de symboles : triode pour les triodes, xpentode4 A S G K et xpentode4_pg1cg2 pour les pentodes ou beam power tetrodes.
C'est là où il y a une petite subtilité : certains modèles de pentodes / tetrodes sont écrits dans "l'ordre" A S G K (Anode / Grille de contre écran / Grille de commande / cathode), et d'autres dans l'ordre P G1 C G2 (Anode / Grille de commande / Cathode / Grille de contre écran)
Voici donc parmi les modèles de tubes fournis dans le fichier ZIP les modèles à utiliser avec le symbole A S G K :

EL84
EL34
6V6
KT88
EF86

Et les autres modèles à utiliser avec le symbole PG1CG2 :

6L6GC
6550

Pour les triodes de preamp, voici la liste des modèles fournis dans le fichier preamp.inc à utiliser avec le symbole triode :

12AX7
12AT7
12AY7
12AU7
12AV7
5751
E88CC
6SL7
6SN7


Tous les modèles de tubes sont inclus dans les 2 fichiers .inc dont vous avez donné le lien au début dans votre schéma, puissance.inc pour les tubes de puissance, et preamp.inc pour les tubes de preamp.

Quand vous avez inclu le bon symbole pour le tube, vous faites un clic D sur celui ci dans le schéma, une fenêtre s'ouvre, vous double cliquez sur la ligne Value, et vous saisissez le nom du modèle de tube désiré, vous validez par un clic G sur OK

Par ailleurs, la valeur de chaque composant inséré sur le schéma se sélectionne en faisant un clic D sur le composant désiré, et en rentrant sa valeur.
Pour les résistances, la syntaxe est du type 2.7k pour 2,7kohms ou 270 pour 270 ohms ou encore 1Meg pour 1Megohm
Pour les condos, du type 0.02u pour 0,02µF, 220n pour 220nF, 220p pour 220pF
Pour les inductances, du type 1 pour 1H, 1m pour 1mH ou 1u pour 1µH

Voici un exemple de schéma :
http://vintageamps.free.fr/schema.asc

2) Simulation du circuit :

2 types de simulation nous intéresseront :

- Simulation type oscilloscope pour visualiser un signal en différents points du circuit saisi :

Utiliser l'outil component, et sélectionner le composant voltage, puis vous placez ce générateur de tension à l'entrée de votre circuit sur le schéma par un clic G. Ensuite, clic D sur le symbole dans le schéma, puis clic G sur advanced, sélectionnez Sine, et saisissez les paramètres du signal (DC offset, amplitude et fréquence)

Ensuite, vous allez dans le menu Edit, puis clic G sur SPICE Analysis, une fenêtre apparait. Vous sélectionnez l'onglet Transient, puis vous remplissez les champs Stop Time et Time to start saving data. Généralement, je rentre respectivement 100m et 95m dans ces 2 champs, et j'utilise en entrée de circuit un signal de fréquence 1KHz

Vous pouvez maintenant lancer la simulation en cliquant sur le bouton correspondant dans la barre d'outil (bonhomme qui court)
Une nouvelle fenêtre va apparaitre à coté de celle contenant votre schéma. Et pour visualiser le signal en différent points du circuit, vous placez le curseur de la souris sur le point désiré, apparait une sonde, vous faites un clic G, et le signal apparait (en tension)
Pour visualiser un courant, vous vous positionnez sur un composant, un dessin avec une flèche rouge passant dans un rond apparait, et vous faites un clic G

- Simulation pour visualiser la réponse en fréquence d'un circuit :

To be continued ...

3) Tracer des courbes de caractéristique pour des pentodes ou tetrodes :

Téléchargez le fichier LTSpice suivant :
http://vintageamps.free.fr/courbes.asc

Vous l'ouvrez dans LTSpice, et vous choisissez d'abord si vous souhaitez tracer des courbes en mode pentode, triode ou UL. Pour ça, modifier le paramètre "Value" sur E1 (accès par clic droit sur E1), en double cliquant sur la ligne "Value". à 0, on est en mode pentode, à 1 en mode triode, et en UL 40% par exemple, on rentrera 0.4

Ensuite, on définit la tension Ug2, dans le fichier c'est le V0, donc clic droit sur la ligne ".param V0 = 480", et on rentre la valeur désirée à la place de 480

Puis on choisit les différentes tensions de grille, dans l'exemple donné dans le fichier, j'ai pris de 0V à -65V par incréments de -5V, on peut le modifier en faisant un clic droit sur la ligne ".dc V1 0 {V02} 1 V2 0 -65 -5" et en modifiant les 2 dernières valeurs

Et enfin, on choisit son tube, en insérant le symbole correspondant au tube souhaité sur le schéma, puis clic D sur le symbole, et on rentre le nom du tube dans la ligne "Value"

Enfin, on peut lancer la simulation, une fenêtre courbe.raw apparait. On fait un clic D sur cette fenêtre, clic G sur "visible traces" et on sélectionne la ligne "Ix(U2:Anode)", ça vous donne les courbes de caractéristique, par dessus lesquelles on peut tracer des droites de charge en faisant tjs un clic D sur la fenêtre .raw, puis clic G sur "Add Trace", et on rentre l'équation de la droite de charge :
par exemple, pour une droite classe B avec un transfo à primaire de Raa = 4,8k sur un circuit simple push pull, ce serait : (500V-v(a))/1200 : 500V c'est la tension d'anode Ua au repos au point de bias, v(a) c'est la tension d'anode Ua, et 1200 c'est Raa / 4 pour le fonctionnement classe B

Dernière chose, quand on trace les droites de charge, tout va disparaitre sur la fenêtre raw, pas de panique, on modifie l'échelle de l'axe des abscisses (clic G sur l'axe des abscisses) et de l'axe des ordonnées (clic G aussi). Par contre, ne pas être surpris, il y aura 2 axes des ordonnées : 1 en mV sur la gauche, ce sont en fait des mA et 1 en mA sur la droite. Il faudra bien mettre les mêmes échelles à G et à D, sinon ce sera fossé sur le tracé

Pour le tracé de la droite classe A, c'est le même principe, sauf que ce serait par exemple : 35mA+((500V-v(a))/2400) Les 35mA c'est le courant au point de bias au repos, et 2400 c'est Raa / 2


Voilà, si ça peut vous servir en vous aidant un peu dans vos projets, tant mieux !!

à+

EDIT :
Je vous précise qu'il ne faut pas se fier à 100% aux tracés de courbes de caractéristiques, mais c'est une bonne approximation quand on a un bon modèle de tube, et très utile quand on étudie de façon théorique son circuit.
Pour voir à quel point vous pouvez vous fier à vos simulations, simulez des courbes avec les données d'un exemple précis d'un datasheet, et comparez vos courbes simulées à celles du datasheet, ça vous donnera une idée de la précision de la simulation ...

[bilbo_moria]

Je me permets de tenter de compléter le paragraphe "Simulation pour visualiser la réponse en fréquence d'un circuit"

Je découvre totalement LTSpice (j'aborde de façon un peu sérieuse PSpice en priorité, car j'ai été formé sur ce logiciel, bien que la version démo de Orcad PSpice soit rapidement limitée). Et donc, si j'écris des âneries, à corriger ...

Cela étant posé :

Simulation pour visualiser la réponse en fréquence d'un circuit :

Ce paragraphe s'inscrit dans le post de Bozole, suite à la simulation de type oscilloscope.

Alors que la simulation précédente était de type "transient", de type transitoire avec un axe des "x" représentant le temps, cette simulation-ci se fera en fonction de la fréquence, puisque l'on se propose de mesurer la bande passante du circuit. En "langage SPICE", on fera une analyse AC "petits signaux", ou encore "AC Analysis". SPICE linéarise alors les composants non linéaire (tubes, mais aussi diodes, transistors etc.) et pour la petite histoire effectue des calculs de type développements limités plutôt que de simuler la totalité du circuit en injectant un sinus en entrée avec moult fréquences... Ca, c'est la théorie pour faire son intéressant, en pratique on s'en fout totalement.

Tout d'abord, sélectionnez la source de tension et choisissez les paramètres suivants :
- Functions : (none)
- small signal AC analysis (cadre à droite) : AC amplitude = 1, AC phase = 0, case Make this information visible on schematic cochée.
(Là encore, en analyse petits signaux, on se fout un peu de l'amplitude, 1V est une valeur souvent utilisée, qui permet de déduire facilement la tension en sortie en fonction du gain, mais c'est secondaire)

Ensuite, il faut indiquer au simulateur le type de simulation que l'on veut. Dans la barre de menu, Edit -> SPICE Analysis, cliquez sur l'onglet "AC Analysis" dans la fenêtre qui apparaît.
Type of Sweep : Octave
Number of points per octave : 100
Start frequency : 20
Stop frequency : 200k
(on va tracer la courbe de 20 à 200kHz)

Dans la barre d'icône en dessous du menu, cliquez sur l'homme qui court afin de lancer la simulation.

Placez la sonde sur la borne supérieure de R9 représentant le HP (l'autre borne, c'est la masse, le résultat serait décevant !)

On obtient ce type de courbe : en vert trait plein, la tension de sortie (BP à -3dB environ 25Hz à 50kHz). En vert pointillés, le déphasage par rapport à la source.
http://cdn.tonegeek.com/wp-content/uplo ... dwidth.jpg

Edit : courbe tracée à nouveau de 10Hz à 200kHz. Application d'une grille sur la courbe afin de faciliter la lecture (Plot Settings -> Grid)
http://cdn.tonegeek.com/wp-content/uplo ... width2.jpg

[Croquignol]

Ensuite, il faut indiquer au simulateur le type de simulation que l'on veut. Dans la barre de menu, Edit -> SPICE Analysis, cliquez sur l'onglet "AC Analysis" dans la fenêtre qui apparaît.
Type of Sweep : Octave
Number of points per octave : 100
Start frequency : 20
Stop frequency : 200k
(on va tracer la courbe de 20 à 200kHz)

Pour start fréquency : mettre 10 permet d'avoir un graphique avec des graduations plus facilement lisible.

Attention, avec cette analyse, car elle ne précise pas si le signal sature ou non. De fait parfois le gain est très élevé mais l'amplitude du signal reste limitée par la saturation.

Un autre tru que j'aime bien faire:
créer un paramètre variable avec une commande:
".step param f list 100 500 1000 5000"

et au sein d'une simu standard (une transient), imposé ce paramètre comme la fréquence de la source, ça permet de visualiser un peu l'effet des différents condos de liaisons sur la satu des basses médiums et aigus.

[bilbo_moria]

Croquignol : merci pour l'astuce, j'ai édité mon post pour placer une courbe partant de 10Hz + la grille facilitant l'interprétation des résultats ...
Pour la saturation, en AC Sweep, tu es sûr ? J'ai testé une amplitude de 1V, 100V, 1000V (!), j'ai toujours un gain d'environ 12dB ...)
Pas mal l'astuce du paramètre fréquence pour la réponse en transitoire, à essayer !

Je ne sais pas jusqu'où on peut se fier à la simulation pour la saturation des étages (en transient), cela doit dépendre de la "finesse" de modélisation. Il faudrait que je compare par exemple la 12AX7 du modèle fourni par Bozole, à un modèle que j'ai de Norman Koren ains que le modèle Duncan (sauf s'ils dérivent tous les uns des autres ...)

Piou : ouaip, je suis sous Mac et j'utilise ces logiciels sous Seven dans une VM vmWare Fusion.

[Croquignol]

Tenez une compil de quelques schémas de préamp sous spice:
https://sites.google.com/site/kermesser ... ects=0&d=1

[The_Setlaz]

Juste un petit détail pour compléter ce super travail : Préciser dans la description que ce logiciel (à ma connaissance) ne fonctionne que sous Windows. Les utilisateurs Linux ou Mac devront chercher une autre solution ou le tester sous émulation.

Encore bravo et merci pour ce travail !

Sous Linux, il fonctionne parfaitement avec Wine/PlayOnLinux !

Je me permet de linker le User Guide qui est pas mal du tout et qui montre quelques fonction très utile :
http://ltspice.linear.com/software/LTsp ... dGuide.pdf

Il est aussi basé sur le moteur Spice, l'interface graphique ne permet pas de tout faire : les "directives" offrent alors encore plus de possibilité ! (simulation en température, paramétriques, etc.)

[hrh]

Bonjour,

-> Je relance le sujet car j'ai quelque probleme avec la simulation des TS.

- Je voudrait savoir à quoi correspond les variables La, Lb, Ra1, Rser, Rpar, Cpar

- Merci de vos reponses
--- Amicalement

[Christiancm]

Quelle expression utilises-tu pour insérer la courbe maximale de dissipation du tube STP ?

Edit:
J'ai essayé avec (par exemple pour une el84) 12/v(a) mais le résultat n'est pas du tout celui que j'attendais.

[bozole]

Quelle expression utilises-tu pour insérer la courbe maximale de dissipation du tube STP ?

Edit:
J'ai essayé avec (par exemple pour une el84) 12/v(a) mais le résultat n'est pas du tout celui que j'attendais.

Salut

Désolé pour cette réponse tardive
Il te faut préciser l'unité (ici les watts), donc il faut saisir 12W/V(a)
Cependant, ça marche aussi sans l'unité, mais il te faudra modifier l'échelle de l'axe des ordonnées sur la droite qui apparait, l'unité sera V-1, il te faudra donc saisir la même chose que sur l'axe des ordonnées de gauche, mais cette fois ci en mV-1 au lieu de mA, voici ce que ça donne :

http://vintageamps.free.fr/spice.jpg

[Christiancm]

Bonjour Bozole,

Merci de ton post, c'est impecc.

Je me suis aperçu que je gérais mal les unités des ordonnées, mea culpa.

[Lemontheo]

Bonjour les loulous,

ça y est, je m'y suis enfin mis Bon grâce à Bilbo

C'est vrai que c'est pas mal du tout, notamment pour voir l'évolution des courbes en fonction de la valeur de Rg2 (grid stopper de G2). Les coudes qui s'écrasent....

Du coup j'ai quelques questions:

1. J'imagine qu'il est judicieux de prendre en compte Rg2 dans le tracé de courbes avant de faire les droites de charge ; ça correspond mieux à ce qui se passe en "vrai" ?

2. comment intégrer les tubes au format texte comme ceux ici? >viewtopic.php?f=5&t=4389

3. comment tracer les courbes Ug1=0V pour différentes valeurs de Ug2 sur un même graphe?


merci les mecs (ou les filles...)

Théophile

[bill_baroud]

2. comment intégrer les tubes au format texte comme ceux ici? >viewtopic.php?f=5&t=4389

Ca je sait! Tu copies le texte dans un fichier texte .lib que tu peux inclure à ton schéma avec la directive .INCLUDE path/de/ton/fichier.lib
Si tu mets le fichier dans ton répertoire lib de ltspice, ca doit s'inclure tout seul sinon (à vérifier)
Utiliser le nom situé après ".SUBCKT" dans le texte dans les attributs du composant pour qu'il soit utilisé à la simu.

Une bonne ref: http://denethor.wlu.ca/ltspice/

edit: sinon tu créé une directive spice dans ton schéma et tu colles directement les textes du topic

[McColson]

Euh flag !
On l'a mis en article ? Post-it ?

P'tai#@ ce forum est une mine d'or j'avais oublié ce topic !!!

[Lemontheo]

Oui, il est génial.

Et si on veut ajouter la limite PaMax :
-clic D sur la fenêtre des courbes
-clic "Add Trace"
-dans le cadre "Expression to add", écrire la formule suivante > Pamax/V(a), avec Pamax la valeur de la lampe utilisée (pour une el84 > 12/V(a) )
-clic sur "ok"
-clic D sur la graduation de droite (une règle apparait quand on passe dessus)
-entrer les mêmes valeurs que la gaduation de gauche mais en mV
- "ok"

Et voilà le travail!!

[Mikka]

Je ne sais plus si on avait fait un pdf général pour ça mais en tous cas je viens de vous en produire un avec les dernières infos de Lemontheo en sus ... si ça n'a pas encore été fait ça sera l'occasion de le mettre dans la boite à outils ou alors de faire la mise à jour.

Tutorial LTspice, tracé de courbes de caractéristique.pdf

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