Modellierung von Schaltern

In diesem Tutorial simulieren wir nur mit idealen Schaltern. Deshalb genügt es, den Schalter als schaltbaren Widerstand zu modellieren. Im Simulationstool geben wir dafür den ON-Widerstand (Schalter geschlossen) und den OFF-Widerstand (Schalter offen) an. Eine Spannung am Steuereingang bestimmt, ob der Schalter offen oder geschlossen ist.

In Multisim (www.multisim.com) werden die Parameter eines SPST-Schalters folgendermaßen eingestellt:

Liegt die Steuerspannung zwischen den beiden linken Eingängen des Schalters bei 0V, ist der Schalter offen. Beträgt sie mindestens 5V, ist der Schalter geschlossen. Der Widerstand zwischen den Schalteingängen oben und unten am Schaltersymbol ändert sich beim Schalten. Im Zustand offen (0V am Steuereingang) liegt der OFF-Widerstand (hier 1MΩ) zwischen den Schalteingängen an. Übersteigt die Steuerspannung den Wert von VON=5V, liegt der ON-Widerstand von 10mΩ an.

In LT-Spice ist die Modellierung komplizierter. Der Schalter SW in LT-Spice weist 4 Anschlüsse auf. Die Anschlüsse links und rechts von S1 in der unteren Abbildung werden geschaltet. Der Widerstand zwischen diesen Anschlüssen ändert sich beim Schalten. An den Steueranschlüssen „+“ und „-„ wird eine Spannungsquelle angeschlossen. Übersteigt die Steuerspannung dieser Quelle einen Schwellwert, schließt der Schalter. Unterschreitet sie den Schwellwert öffnet der Schalter.

Die Schalterparameter Schwellwert, ON-Widerstand und OFF-Widerstand werden global im Modell für alle Schalter vorgegeben.

Die obere Abbildung zeigt den Schalter S1 mit seiner Steuerquelle V2 in LT-Spice. In dieser Konfiguration schließt eine positive Spannung der Quelle V2 den Schalter. Eine negative Spannung von V2 öffnet den Schalter. Unter dem Reiter „Edit“ finden Sie die „Spice Directive“, die Sie einmalig für alle Schalter auf der Oberfläche des Schaltplans platzieren. Editieren Sie die Directive und fügen Sie den folgenden Schriftzug ein:

.model SW SW(Ron=1m Roff=10Meg Vt=1 Vh=0)


Parameter Vt stellt die Schaltschwelle ein, die zwischen den Steuereingängen anliegen muss, damit der der Schalter umschaltet.

Weiter