在本文中，我们将深入探讨电气和电子电路中的节点概念，重点介绍如何在LTspice和ngspice仿真软件中描述和分析节点。本文介绍了节点的基本定义，强调了节点作为组件之间互连点的重要性，还说明了LTspice和ngspice是如何管理节点的，让用户可以定义标签并分配电压和电流值。
节点是电路中的基本元素，代表两个或多个电子元件之间的连接点。了解它们的作用对于分析和设计高效可靠的电路至关重要。在这种情况下，LTspice和ngspice等仿真软件提供了强大的工具，用于在虚拟环境中表示、分析和操作节点。
这两种软件都允许用户定义节点、为其分配标签并指定电压或电流值。电路中的每个节点都需要一个唯一的名称，不能有多个节点具有相同的名称。当电路中一些排布上彼此相距甚远的部分连接在一起时，它们就非常重要了。
在LTspice中，放置元件时，系统会自动为节点创建并建议一个具有编号和渐进序列的名称，例如N001、N008或N026。涉及GND的名称标记为“0”，电路必须始终有一个接地节点，否则在仿真阶段会出现报错信息。当放置的电子元件没有任何电线，其节点将被命名为NC_01、NC_02、NC_03等。
值得注意的是，在LTspice中，节点编号是自动且渐进式进行的，因此当方案被修改时，自动生成的节点名称可能会随着电路拓扑的变化而变化。这可能会产生一些问题，尤其是对于特别复杂的电路，但这些不便可以通过下面列出的方法轻松解决和克服。图1显示了晶体管放大器的电路图，其信号增益约为19倍。每个节点以及相关的电气分支都由LTspice自动分配了连续的数字后缀。
图1：节点命名由LTspice自动完成
相关的NETLIST显示了各个节点之间的实际连接。其中，连接的名称已用加粗显示，以便于理解。
V1 N001 0 12V
Q1 N002 N005 N006 0 BC547B
R1 N001 N002 2.2k
R2 N006 0 100
R3 N001 N005 12k
R4 N005 0 1k
C1 N005 N004 1uF
V2 N004 0 SINE(0 10mV 800) AC 10mV
C2 N003 N002 1uF
R5 N003 0 47k
该NETLIST中的节点以“N”开头，后跟三位数字，即：
通常，软件会按照各种元件的放置顺序选择编号。因此，在这个电路中，包括节点0在内共有7个节点。需要重申的是，对电路的修改意味着节点列表需要额外的和不同的编号，这一操作可能会非常麻烦。
自定义节点名称总是有好处的，设计人员可以从中获得许多益处，例如：
为节点指定自定义名称的过程非常简单。如图2所示，您需要右键单击要重命名的节点或电线，然后从弹出菜单中选择“Label Net(网络标号)”项，并在对话框窗口中输入节点的新名称。最后，单击“确定”以确认更改。
图2：更改电路图中节点名称所需的步骤
具有自定义节点名称的电路图当然更易读，如图3所示。该图与前一个图相同，但配备了用户自定义的节点名称。这样，节点的名称就会明确显示在电路图上，并与其位置相对应。此新NETLIST中的节点由用户直接指定的名称表示，这些名称清楚地描述了所执行的功能，因此更加明确。
在这种情况下，节点名称以加粗显示，但执行的操作与上一个示例相同：
V1 vcc 0 12V
Q1 C b e 0 BC547B
R1 vcc C 2.2k
R2 e 0 100
R3 vcc b 12k
R4 b 0 1k
C1 b in 1µF
V2 in 0 SINE(0 10mV 800) AC 10mV
C2 out C 1µF
当电路图的图形编辑器尚未出现，只能使用描述电路的文本文档时，设计人员必须手动编写NETLIST，因此使用精确的后缀可以使其更加清晰。对电路进行更改后，电路图的节点如下：“in”，“b”，“C”，“e”，“vcc”，“out”，“0”。如果设计人员尝试将名称“0”分配给某个节点，则GND符号将自动出现在光标附近，就像通过键盘上的“G”键正常放置三角形接地符号的方式一样。即使用户输入字符串“GND”作为节点名称，也是如此。
图3：如果用户为节点名称分配连贯的字符串，电路图会更加清晰
要使图表或报告的输出更加精确，自定义节点名称至关重要。使用默认节点名称的匿名走线标签无法让用户正确的进行区分。图4显示了相同信号的两个图：上图使用的是软件分配的默认节点名，而下图使用的是设计者分配的节点名。可以看出，下图更能说明问题。
图4：使用自定义节点名称，图表和报告也更加一目了然
如上所述，电路中的每个节点都需要一个唯一的名称。设计人员可以指定节点的名称，这样软件就不会自动渐进的生成节点名称。节点“0”是电路的全局接地。在分配节点名称时，可以指明它是输入、输出还是双向门。这些类型的门在图表上会以不同的方式绘制，但在NETLIST中没有任何意义。如图5所示，门类型的标示纯粹是图形化的，只是为了使电路更易于阅读。示例中的电路是交流模式下的电阻分压器，它只是将输入信号电压减半。
图5：输入、输出或双向信号有助于使图表更易于理解
如之前的文章所示，可以使用自定义节点的名称为其对应的节点分配特定的电压值。假设我们创建一个电路图，并将节点名称设置为“cap”，则为其分配6V电压的最佳方法是使用以下SPICE指令：
.IC V(cap)=6V
有关该主题的更多信息，请用户仔细阅读与初始条件和“.IC”指令相关的那部分文章。
事实证明，在LTspice中为节点手动指定名称的功能，是提高电气和电子电路设计与分析的清晰度、可读性和效率的宝贵工具。正如我们所展示的，使用描述性和有意义的名称可以简化设计人员对图表、仿真结果和NETLIST的解释，同时降低出错风险。此外，自定义节点名称的功能有助于更好地组织项目，促进用户之间的协作并创建更清晰、更完整的文档。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：Guide to Spice Simulation for Circuit Analysis and Design – Part 12: Assigning Labels to Nodes，由Ricardo Xie编译。)
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