使用 SPICE 进行电子仿真的课程的本部分中，我们将详细探讨 .OP 指令。这是一项重要功能，广泛用于快速准确地获取稳态条件下（即无动态变化）电路行为的关键信息。 .OP指令可用于分析电路的工作点，并确定电路各部分在DC（直流）平衡状态下的电压和电流。此功能对于了解组件是否正确偏置、检测任何设计错误以及确保电压和电流值在组件的规格范围内至关重要。 介绍 .OP是“工作点”的缩写，是一个重要的SPICE指令，用于计算电路的静态工作点，也称为休息点。实际上，它允许用户计算“直流稳态”条件下的电压和电流，即不包括时间或动态变化。 “.OP”仿真是运行起来简单、快的分析之一，它提供了关键且非常重要的信息，例如元件的偏置电流和工作电压，使用户可以确定电路是否按预期工作。 要运行“.OP”分析，只需将“.op”指令放入电路中即可。在这种类型的仿真中，软件将电容视为开路，将电感视为短路。分析结果可以在文本窗口中观察。在“.OP”模拟之后，如果鼠标触摸节点或组件，分析结果将在状态栏中可见。 LTspice 尝试了多种方法来查找工作点。它们如下，但是，在模拟过程中可以排除或包含它们： 直接牛顿迭代 自适应 Gmin 步进 自适应源步进 伪瞬态 为了理解“.OP”指令的基本工作原理，我们可以从检查一个简单的电路开始，如图 1 所示。这是一个由直流电压源组成的充电 RC 电路。它由 24 V 直流电源 (V1) 组成，提供对电容器缓慢充电所需的电压。在“输出”节点和地之间连接有一个 10 kOhm 电阻器 (R1) 和 220 uF 电解电容器 (C1)，与电源串联。它通过电阻器 R1 充电，直到达到电源电压 (24 V)。 SPICE指令“.tran 60 uic”表示将执行60秒的瞬态仿真。 “uic”（使用初始条件）选项忽略电容器的初始状态，假设电容器初已放电，其两端的初始电压为 0 伏。当仿真开始时，电容器C1放电。充电时，电容器两端的电压逐渐增加至 24V，遵循 RC 电路典型的指数曲线。右图显示了“输出”节点的电压与时间的函数关系。电容器在等于 5 个时间常数的时间后充电，在示例中约为 11 秒。 60秒仿真结束时，终电流和电压值如下： 电压（VCC）：24V 电压（C1）：24V 我（C1）：0A 我（R1）：0A 我（V1）：0A 为了观察这些参数，设计人员应运行瞬态仿真并在分析终点（即第 60 秒）手动分析测量结果。有时，瞬态仿真可能会非常长，并且需要高度复杂的硬件和软件资源。 
图 1：电解电容器充电的瞬态仿真 为了获得电路的工作值，即当电路达到稳定状态并且不再发生瞬变时稳定的那些值，可以使用.OP指令。该指令允许用户确定电路的实际工作条件，考虑到无功组件（例如电容器和电感器）已完成其充电和放电瞬态，因此处于直流平衡状态。 当使用.OP指令时，SPICE计算每个节点和组件的电压和电流，就好像电路已经连接了足够的时间以稳定一样。在实践中，.OP指令允许用户快速获得电路稳定条件的概览，揭示晶体管等有源元件的极化状态，并验证工作电压和电流是否符合设计阶段的预期。 这种类型的分析对于快速验证组件的正确尺寸并确保电路在平衡条件下按预期运行非常有用。与瞬态仿真等其他仿真不同，.OP 分析不考虑时间变化，因此可以快速、地分析电路的直流条件，从而促进初始设计和验证过程。因此可以在图中使用以下指令： .op 删除之前的指令： .tran 60 uic 现在，运行仿真不会创建任何图形，而只是在文本块中显示平衡时的运行结果，如图 2 所示。对于想要立即了解情况的设计人员来说，这是一种极其快速且方便的仿真类型电路的终值和工作值。
图 2：电路工作点的 .OP 仿真结果。 图2：电路工作点的.OP仿真结果 一个更复杂的例子 .OP 分析在具有有源器件（例如晶体管和运算放大器）的电路中特别有用。例如，对于简单的晶体管放大器，.OP 允许用户快速建立偏置电压和电流，这对于电路的正确运行至关重要。让我们考虑一个带有 NPN 晶体管的示例，如图 3 所示。 这是一个共发射极晶体管放大器，可适当偏置 NPN 晶体管 (2N2222) 以固定其工作点。它由提供 12 V 电源电压的电压源 (V1) 组成。集电极电阻 (R1) 是实际负载，值为 2.2 kOhm。基极电阻 (R2) 的值为 820 kOhm，连接在电源和晶体管基极之间。其作用是对晶体管的基极进行偏置，提供小的基极电流使晶体管进入部分导通状态，即进入线性区。本例的NETLIST如下： * .OP 分析 V1 vcc 0 12V R1 vcc 集电极 2.2k Q1 集电极基极 0 0 2N2222 R2 vcc 基极 820k .model NPN NPN .model PNP PNP .lib C:\LTspice\lib\cmp\standard.bjt .op .backanno .结尾 R1 和 R2 的组合设定晶体管的集电极电流和工作点。晶体管被偏置在有源区，在那里它充当放大器。电路图中包含的.OP指令用于计算电路的静态工作点（DC工作点）。这使得用户能够获取每个节点和组件的电压和电流，从而提供有关晶体管工作点的有价值的信息。 该晶体管偏置电路旨在将 2N2222 NPN 晶体管的正确工作点设置在 0 V 和 VCC 之间的中间位置，从而使其放大倍数保持平衡，理论上不会失真。运行仿真后，由于.OP指令的存在，结果窗口出现，显示晶体管各个节点和端子（基极、集电极、发射极）的电压和电流值，允许用户检查晶体管是否正常在活跃区或饱和区。 .OP 分析提供了一系列值来快速分析组件的偏振态： 每个元件两端的电压：有助于确认端子电压是否满足元件的要求 电路各个分支中的电流：对于确保有源组件（例如晶体管）在正确的状态下运行至关重要 .OP 分析仅计算直流稳态，不考虑时间或频率变化的影响。因此，要了解电路的动态行为，有必要使用其他指令，例如.TRAN（用于瞬态分析）或.AC（用于频率分析）。 .OP 仿真在单个解决方案中给出了以下所有结果，无需设计人员手动选择电路的每个节点及其中的每个组件，以观察电流和电压值： 电压（Vcc）：12V V（集电极）：5.68105V V（基极）：0.682097V 电流（Q1）：0.00287225A Ib(Q1): 1.38023e-05 A 即(Q1)：0.00288605A 我（R1）：0.00287225A I(R2): 1.38023e-05 A 我（V1）：0.00288605A 该晶体管处于完美的线性区，因为其工作点（静止状态）位于 VCC 和 GND (5.68 V) 之间的中间位置。从该点获取放大信号，用 V((集电极) 表示。因此，通过 .OP 模拟，您只能观察和分析瞬态后的终值，而无法检查信号的变化随着时间的推移。
图 3：晶体管放大器的仿真以及电路工作点的可视化 结论 LTspice（和其他模拟器）中的 .OP 指令是一个功能强大且简单的工具，可以立即概览电路的工作点。尽管它不提供动态信息，但它非常适合快速检查偏差和静态操作条件。它在具有有源器件的电路中特别有用，其中正确的直流条件对于避免非线性行为或超出设计人员预期规格的行为至关重要。 .OP 分析执行速度很快，并且不考虑时间或可变效应，例如随时间变化的振荡或信号。这使其成为初始电路分析的理想选择，允许用户在进行更复杂的仿真（例如瞬态或频率仿真）之前验证静态参数是否正确。因此，了解 .OP 指令的操作和应用对于任何电子电路设计人员来说都是一个基本步骤，特别是在开始使用需要仔细分析静态条件和工作点的复杂电路时。
