在SPICE中，通常使用.TRAN指令来描述电路在时间域中的行为，该指令以时间为X轴显示结果，SPICE提供了广泛的可能性来探索电路的行为，如修改电压、温度、电流、电阻等许多其他量。这种可能性可以通过结合使用.OP和.STEP指令来实现，使用户可以创建除时间以外的横坐标的图表。
通常，在使用.TRAN指令执行瞬态分析时，SPICE语言会将结果显示为时间函数。实际上，该图是在时间域中，X轴表示时间变量，该图显示的是各种电气量随时间的变化情况。例如，考虑图1所示的电路，其中包括一个限流电阻和一个电解电容器。在这种情况下，分析是在瞬态时间域中通过指令进行的：
.TRAN 1
通过向电路提供电流，电容器根据RC时间常数进行充电。此电路中有一个直流电压源，带有一个100Ω电阻和一个2200µF的电容器。指令.IC v(out)=0设置“out”节点的初始条件，换句话说，电容器初始放电，其两端为0V。仿真持续一秒钟，主要关注的节点是“out”，位于电阻和电容器之间。
电压开始通过电阻对电容器充电，电路的行为将是典型的RC电路行为(电阻和电容器串联)，其中电容器开始按照指数曲线充电。电阻限制了电容器的充电速度，“out”节点的电压逐渐增加，直到达到15V。在图中，横坐标表示从仿真开始时的零时刻到一秒钟所经过的时间。
图1：使用.TRAN指令的瞬态仿真在横坐标上显示了经过的时间。
类似地，.DC指令在直流电中执行仿真，改变电压或电流并显示想要研究的量相对于可变电压源的趋势。图2中的示例显示了另一个包含直流电压源、电阻器和二极管的电路，并通过指令在发生器的电压域中进行分析：
.DC V1 0 4 10m
在仿真开始时，V1的电压为0V，逐渐增加到4V，1K的电阻限制了流过电路的电流。1N4148二极管的阈值电压约为0.7V，这意味着对于“out”节点处低于0.7V的电压，二极管不会导通。当电压超过0.7V时，二极管将开始导通，从而允许电流流过二极管。显然，值的趋势是模拟的而不是数字的，因此电压的变化是逐渐增加的，而不是突然变化的。高于0.7V时，由于二极管的特性，二极管上的电压将几乎恒定在0.7V。
图2：使用.DC指令在直流域中进行的仿真，在横坐标上显示发生器的电压不断增加。
SPICE的一个非常有趣且强大的方面是能够显示图形，其中X轴可表示除时间或电压之外的量，例如温度、电流、电阻等。为此，您可以结合使用.OP和.STEP指令。.OP指令会执行电路工作点的分析，此分析返回的是电路中电压和电流的静态值，不会随时间变化，但也不会直接生成图形。而.STEP指令允许您执行参数仿真，即在改变温度、电阻、电压或电流等参数的同时执行电路分析。通过结合使用.STEP和.OP，您可以更改参数并观察相关图形中的变化。
图3中的示例显示了一个电路，其图形显示在晶体管R1基极电阻值的域中。事实上，横坐标中的值相对于R1，介于100kΩ和1MΩ之间，这是一个使用BJT NPN晶体管并用作放大器的简单电路。该仿真的目的是通过改变晶体管基极电阻的值来显示集电极电流和线性区域中的工作点的变化情况。.STEP指令定义一个电阻，其值介于100K和1000KΩ之间，它确保能执行多个仿真，每个仿真使用不同的R1电阻值。.OP指令针对每个R1值返回电路中电压和电流的静态值，让您可以看到R1电阻如何影响晶体管的工作。使用以下指令在基极电阻域中执行分析：
.OP
.STEP PARAM R1 100K 1000K 10K
这两个图表示了电路中晶体管相对于流过基极电阻的电流的行为。上图显示了流过电路负载电阻的电流变化，基极电流也随之变化，纵坐标轴(Y轴)表示电流(单位为毫安)，而横坐标轴(X轴)表示电阻R1的值。下图显示了集电极处的电压，同样，基极电阻也随之变化，纵坐标轴(Y轴)表示该电压(单位为伏特)，而横坐标轴与第一张图相同，显示参数R1。如您所见，集电极电压为VCC/2的理想点，是当基极电阻值约为331kΩ时，此时集电极电流为2.73mA。在电阻值域中观察图形的能力非常有用，因为它可以让用户轻松选择电子元件，而无需运行多次电子仿真，电容器和电感器也是如此。
图3：电阻域中的仿真，X轴上为相关值
本文的最后一个例子与MOSFET耗散功率图有关，X轴是温度。图4中的电路图显示了在参数仿真中使用MOSFET的电路，其中温度变化范围为-10°C至180°C。分析是在温度域中进行的，使用以下指令：
.OP
.STEP TEMP -10 180 1
.OP指令计算每个温度值下电路中的稳态电流和电压值。.STEP TEMP指令(此时不需要添加PARAM关键字)允许用户分析MOSFET的特性如何随着温度变化而变化。在较高温度下，MOSFET的行为与较低温度下的行为不同，并且仿真将显示这些变化如何影响电路的整体运行。下图显示了MOSFET耗散功率随温度变化的趋势，X轴显示的是工作温度。请记住，一般来说，MOSFET耗散功率用下面展示的公式计算：
PDMOSFET = (Vdrain × Idrain) + (Vgate × Igate)
栅极电流通常被认为是零，因为其幅度极低。温度变化会影响元件的功耗，官方数据表也证实了这一点。在温度域中观察图表的能力也非常有用，因为它可以确定正确的工作温度范围，使电路更加安全可靠。
图4：温度域中的仿真，横坐标为相关值
在SPICE中，.OP和.STEP指令的结合使用为设计人员提供了很大的灵活性，可以探索时间或电压变量之外的电路行为，例如温度、电阻、电流或功率。这种方法允许在各种工作条件下研究电路，从而更深入地了解整体性能和各个组件之间的变化。
.OP指令对电路进行静态分析，计算每个节点电压和电流的工作点或稳定状态，它不考虑时间变化，而是在假设条件不变的情况下计算给定时间的电路状态。.STEP指令允许通过在指定范围内修改一个或多个参数来运行多个仿真，从而为分析添加了动态维度，它不是简单地执行单个静态分析，而是允许设计人员查看电压、电流和其他量如何随着变量的变化而变化。
通常情况下，SPICE仿真得出的图表在X轴上使用时间(在瞬态分析中)或电压(在直流扫描分析中)来显示电气量随时间或输入电压的变化情况。但是，将.OP和.STEP结合使用可以制作X轴表示其他量(例如温度和电阻)的图表。此功能允许用户在各种场景中检查电子电路的行为，例如热设计、确定最佳值的组件尺寸等。这种额外的分析功能对于准确而稳定的电路设计至关重要，因为它允许用户测试电路本身如何响应温度或电阻等关键参数的变化，并针对不同的操作条件对其进行优化。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：SPICE Course for Electronic Simulation, Part 16: Graphs with Abscissas Different from Time，由Ricardo Xie编译。)
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