SPICE 电路仿真¶
SPICE 是一类电路求解器与网表约定，不等于某个界面。学习重点是拓扑、模型、分析类型、初始条件和收敛，而不是点击菜单。先用理想元件建立基准，再逐步引入非理想模型。
目的与学习成果¶
- 在仿真前预测直流工作点、极点或瞬态方向；
- 选择 DC、AC、瞬态、噪声或参数扫描的正确分析；
- 追踪器件模型的来源、适用范围和许可证；
- 解释收敛错误，而不是盲目放宽容差；
- 用容差、温度和故障扫描检验设计裕量。
最小环境¶
- 一个能读取文本网表或可导出网表的 SPICE 兼容求解器；
- 文本编辑器与绘图/数据导出能力；
- 基础 R、L、C 与受控源模型；
- 一个不连接真实高能量硬件的练习项目。
记录求解器、模型库和关键选项的实际版本。不要假设同名器件模型在不同发行包中完全一致。
学习顺序¶
- 工作点：用分压与简单偏置电路核对节点电压和功耗。
- 小信号：对一阶网络预测截止频率、幅度与相位。
- 瞬态：设置真实上升时间、初始条件和足够长的观察窗口。
- 参数化：把元件值集中定义，做单变量扫描并标注单位。
- 模型审计：加入器件模型，记录出处、温度范围和缺失效应。
- 鲁棒性：做容差、角落或蒙特卡洛分析，并保留随机设置。
验证任务：两级放大器证据包¶
选择安全的小信号两级放大器或有源滤波器：
- 手算直流偏置、目标增益和关键极点数量级；
- 仿真工作点并检查每个器件功耗与工作区；
- 运行 AC 分析，提取增益、带宽和相位特征；
- 运行有有限上升时间的瞬态，检查削顶和稳定时间；
- 对关键元件做容差扫描，报告最差而非只有典型值；
- 改一个连接制造故障，证明验收检查能捕获它。
验收要求手算与仿真在预先声明的容差内一致，并解释模型尚未覆盖的寄生、温漂或布局效应。
常见失败与排查¶
- 奇异矩阵或浮置节点：检查每个节点的直流路径和参考点。
- 时间步过小：检查理想开关、突变源、刚性模型和不合理寄生。
- 交流结果为零：确认激励源设置了小信号幅度。
- 瞬态与 AC 矛盾：核对偏置、线性化条件、输入幅度和初始条件。
- 模型找不到：检查包含路径、模型名、大小写和分发许可。
- 收敛靠放宽容差：先简化电路并定位元件，不把数值症状当解决方案。
可复现证据¶
- 原理图源文件与导出的文本网表；
- 求解器、模型来源、许可证和校验和；
- 参数、温度、分析指令与初始条件；
- 手算预测和数值验收容差；
- 可解析的原始输出与带单位图；
- 容差/角落设置和失败案例；
- 一条无界面批处理命令。
成本、许可与无障碍¶
自由求解器足以完成基础练习；厂商工具可用于特定模型，但要保留标准网表或可读导出。模型许可证可能限制再分发，公开仓库应改为记录获取地址与校验信息。
不要只上传波形截图。提供 CSV、测量语句结果和文字结论；曲线用线型与标签区分。低性能设备可减少扫描点，但必须保留最差值逻辑。
安全边界¶
- 模型通常不覆盖所有失效、热、封装和布局效应；
- 仿真中的理想地与现实保护地、隔离和回流路径不同；
- 不据仿真结果直接连接市电、储能、高功率射频或激光负载；
- 器件绝对最大额定值不是推荐工作点；
- 高能量设计只能在合格设施、受训监督和独立保护下验证。
完成清单¶
- 每项分析前都有数量级预测。
- DC、AC 和瞬态设置与问题匹配。
- 模型来源、版本、许可和范围已记录。
- 关键结果用测量语句或脚本提取。
- 至少完成一次容差或角落分析。
- 故意错误能触发验收失败。
- 批处理可从源文件重建全部结果。
- 未建模效应和安全限制明确。
下一步可在PCB 与 KiCad 工作流中把仿真假设转成布局约束，或用数值计算深入收敛分析。