電(diàn)路设计中的哪里找到磁滞回線(xiàn)

2021-01-20

非線(xiàn)性行為(wèi)随处可(kě)见，線(xiàn)性行為(wèi)只是任何物(wù)理(lǐ)系统中真实行為(wèi)的近似值。在電(diàn)子产品设计中，您通常可(kě)以设计许多(duō)组件，并确保電(diàn)路中的線(xiàn)性响应，但是系统中的许多(duō)组件或電(diàn)路始终是非線(xiàn)性的，并表现出饱和或整流。结合了非線(xiàn)性行為(wèi)的这两个方面的一种效应是磁滞现象，其中饱和作為(wèi)输入信号電(diàn)平发生，并且沿不同方向变化。

当您需要分(fēn)析電(diàn)路或组件中的磁滞如何影响系统行為(wèi)时，需要在单个電(diàn)路中模拟一个磁滞回線(xiàn)。您还可(kě)以在较大的電(diàn)子系统中使用(yòng)磁滞模型-作為(wèi)任何常规分(fēn)析的一部分(fēn)，您将在SPICE模拟器中运行。当您需要為(wèi)具有(yǒu)滞后的電(diàn)路创建SPICE仿真时。 

電(diàn)子中会出现磁滞回線(xiàn)的地方

在非線(xiàn)性元件以及包含非線(xiàn)性元件的電(diàn)路中会发生磁滞回線(xiàn)。它可(kě)以通过许多(duō)机制来产生，这些机制可(kě)能(néng)很(hěn)难预测，但是，磁滞在时域中很(hěn)容易可(kě)视化，或者通过查看循环的传输曲線(xiàn)（输出与输入信号之间的关系）即可(kě)看到。当发生磁滞回線(xiàn)时，在高输入信号電(diàn)平下会导致输出饱和。一旦输入信号電(diàn)平反转，传输曲線(xiàn)就会短暂地显示出整流状态，直到输入通过某个阈值為(wèi)止。

在重复输入信号周期之后，当将这两个量绘制為(wèi)传输曲線(xiàn)时，输出信号将无法返回其原点。如下图所示。 

初始输出与输入传输曲線(xiàn)以黑色显示，并随着输入信号增加到第一个反转点而达到饱和。在第一次反转（红色曲線(xiàn)）期间，输出信号沿另一条路径到达第二次反转点。在第二次反转（蓝色曲線(xiàn)）期间，信号沿另一条路径返回第一个反转点。

传递曲線(xiàn)中的磁滞回線(xiàn)。

磁滞不会在每个组件中都发生，但是在某些非常常见的组件中确实会发生磁滞。例如，可(kě)以在以下组件中观察到磁滞回線(xiàn)：

铁氧體(tǐ)组件（電(diàn)感器，铁氧體(tǐ)磁珠/钳位器，变压器）

晶闸管

由独特材料制成的二极管

陶瓷压電(diàn)换能(néng)器

物(wù)理(lǐ)吸附和化學(xué)吸附薄膜传感器

类似地，以下電(diàn)路和系统中可(kě)能(néng)会出现磁滞回線(xiàn)，即使它们可(kě)能(néng)不包含表现出磁滞的组件也是如此：

比较器和其他(tā)具有(yǒu)正反馈的電(diàn)路

基于变容二极管的倍频器

PID控制器和其他(tā)控制系统

恒電(diàn)位仪进行循环伏安法测量

迟滞对于電(diàn)路功能(néng)（例如在比较器中）可(kě)能(néng)是理(lǐ)想的效果。在比较器電(diàn)路中，磁滞具有(yǒu)抗噪声能(néng)力，正反馈可(kě)与磁滞一起使用(yòng)，以从噪声信号中产生干净的方波。在其他(tā)電(diàn)路中，例如谐振LLC转换器，磁滞会限制初级侧電(diàn)桥级和次级侧输出级之间的功率传输。為(wèi)了确定滞后是有(yǒu)益还是有(yǒu)问题，您需要将仿真与正确的组件模型一起使用(yòng)。

带有(yǒu)滞环的建筑仿真

如果您要处理(lǐ)具有(yǒu)滞后作用(yòng)的特殊组件，新(xīn)材料或独特的電(diàn)路拓扑，则需要為(wèi)系统开发SPICE模型以模拟滞后作用(yòng)。自从SPICE模拟器首次开发以来，该電(diàn)子设计领域一直是当前的研究主题。

如果需要模拟典型模拟電(diàn)路中的磁滞效应，则需要针对具有(yǒu)磁滞的特定组件的SPICE模型。在SPICE模型中定义磁滞需要根据上升和下降交叉点定义输出信号電(diàn)平。随着输入信号的循环，该值将产生不同的输出特性。换句话说，输出信号電(diàn)平定义為(wèi)输入的分(fēn)段函数。

瞬态分(fēn)析的示例结果可(kě)用(yòng)于构建磁滞回線(xiàn)。下面的窗口显示了输入1 V CMOS Schmitt触发缓冲器的三角波和9个输入波周期的9条叠加输出曲線(xiàn)。

瞬态分(fēn)析结果中显示了磁滞。

即使输入端没有(yǒu)噪声，输出波形也会发生很(hěn)大变化。通过在单个周期内绘制输出曲線(xiàn)与输入波形的关系，可(kě)以构建如下所示的磁滞回線(xiàn)。

从瞬态分(fēn)析结果构建的磁滞回線(xiàn)，例如一个反向施密特触发器電(diàn)路。