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原理图设计中线性和非线性电路的直流分析
原理图设计中线性和非线性电路的直流分析
如果您正在使用涉及一些自定义电路的新设计，了解电路在直流中的行为总是有帮助的。这有一些优点，特别是在您设计定制电源调节系统、放大器、均衡器或其他电路时。这些电路以及更多电路需要进行一系列分析来评估其功能，但其中最基本的是直流分析。
什么是直流分析？
尽管这是最简单的分析之一，但它会告诉您有关电路行为的一些有价值的信息。直流分析有效地检查了用直流电压驱动时电路的稳态，即在所有瞬态衰减到零并且系统达到稳定工作点之后。此分析适用于时不变电路（线性或非线性），并使用 SPICE 仿真器直接从原理图执行。
在直流分析中，您只是针对直流电源的给定输入检查电路的输出。这涉及扫描不同的输入电压值并监控电路的输出电压/电流。您还可以在每个输入电压值下检查电路中特定组件的电压和电流。对于线性时不变电路，直流分析的输出将只是一条直线。如果您正在测量输出电流，这条线的斜率与电路戴维南电阻的倒数有关。
在具有非线性元件（例如二极管或晶体管）的电路中，直流分析的输出不会是一条直线。尽管曲线可能具有奇怪的形状，但这使您可以检查电路的许多属性。需要确定的一点是电路输出中是否存在饱和或指数增长。这些属性可以帮助您解释电路在使用不同输入信号驱动时的稳定性。
可以使用 DC 分析检查此 DC-DC 转换器的不同部分
需要注意的是，虽然直流分析结果是进一步电路设计的重要基准，但您无法仅通过直流分析来确定许多其他行为，尤其是非线性电路。一些重要的例子包括谐振和谐波的产生、调制、反馈如何影响信号行为，以及更先进电路的其他重要方面。但是，这允许您快速确定电路的适当操作限制并做出一些重要的设计决策。
超越直流分析并做出设计决策
作为模拟电路设计的一部分，直流分析为进一步的模拟仿真提供了一个起点。线性电路直流分析的输出产生输入电压和输出电流之间的函数关系。当电路中存在非线性元件时，您可以在这些元件周围放置探针，以确定当电路的电源电压变化时电流如何变化。这可以帮助您确定电路的特定工作点。
考虑放大器电路的一个例子。放大器电路中的晶体管最终会饱和，您需要确定产生饱和的电路中的输入电压电平。如果您想在线性或饱和状态下工作，您可以确定应输入特定电路的适当电压范围。
为电路确定合适的工作点后，您就有了电路中小信号分析、灵敏度分析和其他分析的起点。如果您的电路将在不同的工作点之间切换，您应该执行瞬态信号分析或零极点分析，以检查任何瞬态信号在电路在工作点之间转换时的行为。可能需要执行哪些其他模拟取决于您的特定电路的确切功能。
您可以使用正确的仿真工具直接从原理图中执行直流分析。
PDN 中的 DC 分析
在处理原理图时，运行直流分析以了解配电可能是一个困难的过程。有许多的原因。首先，原理图不考虑电路板或走线的几何形状。这意味着它无法解释走线的固有直流电阻，从而导致IR 压降。它也不能解释通孔和平面层的直流电阻。
由于 PCB 中导体的固有直流电阻，并且电阻取决于电路板中各种导体的几何形状，因此您需要使用布局后仿真工具来检查 PCB 中的功率分布。在这里，PDN 分析器工具可以向您显示热点、沿过孔和电源轨的过度电压降，甚至 PDN 中潜在的接地回路等问题。
Altium Designer中强大的 PCB 设计和分析工具非常适合直接从原理图运行各种电路仿真，包括直流分析。这允许您在创建 PCB 布局之前检查电路的性能。您还将拥有一套完整的工具，用于分析信号完整性并为您的制造商准备可交付成果。