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電路設(shè)計(jì)復(fù)雜性之簡并點(diǎn)

嘉峪檢測網(wǎng)        2025-01-01 17:22

引言

 

電路設(shè)計(jì)和分析中,往往電路中存在多個(gè)解,多穩(wěn)態(tài)的情況。即在給定的電路條件下,電路的某些參數(shù)可以有多個(gè)不同的值。這種現(xiàn)象在電路理論中被稱為“簡并”(degeneracy),它涉及到電路的穩(wěn)定性、可靠性以及設(shè)計(jì)優(yōu)化等多個(gè)方面。本文將探討電路簡并點(diǎn)的概念及成因。

 

簡并點(diǎn)的定義

 

電路方程組存在多穩(wěn)態(tài)解,另外一個(gè)名稱為“簡并”。簡并點(diǎn)在電路中指的是在特定的工作條件下,電路的某些參數(shù)(如電壓、電流或功率)可以取多個(gè)不同的值,而這些值都能滿足電路的基本工作要求。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在非線性電路中,尤其是在含有理想運(yùn)算放大器的電路或者含有非線性元件(如二極管、晶體管)的電路中。

 

常見的存在簡并點(diǎn)的電路及其成因分析:

 

1.帶隙基準(zhǔn)電路(Bandgap Voltage Reference)

 

成因分析:

 

• 多穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn):帶隙基準(zhǔn)電路可能存在多個(gè)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn),即電路可以在多個(gè)不同的工作點(diǎn)穩(wěn)定工作。這些工作點(diǎn)可能是由于電路的非線性特性導(dǎo)致的,例如雙極型晶體管(BJT)的電流-電壓特性曲線可能有兩個(gè)交點(diǎn),導(dǎo)致電路在這兩個(gè)點(diǎn)上都能穩(wěn)定工作。

 

• 電路對(duì)稱性:電路的對(duì)稱性可能導(dǎo)致多個(gè)解的存在。例如,某些帶隙基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)中,由于對(duì)稱性,電路可能在不同的對(duì)稱點(diǎn)上穩(wěn)定工作。

 

• 漏電流:在低電壓或低功耗的CMOS帶隙基準(zhǔn)電路中,漏電流的存在可能導(dǎo)致額外的簡并點(diǎn)。漏電流可能使電路在非預(yù)期的工作點(diǎn)上穩(wěn)定,尤其是在電源電壓較低時(shí)。

 

2.運(yùn)算放大器電路(Operational Amplifier Circuits)

 

成因分析:

 

• 理想化模型:在分析運(yùn)算放大器電路時(shí),通常假設(shè)運(yùn)算放大器具有無限增益和輸入阻抗。這種理想化模型可能導(dǎo)致電路方程有多個(gè)解,即存在簡并點(diǎn)。

 

• 非線性負(fù)載:當(dāng)運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)非線性負(fù)載時(shí),電路的行為可能變得復(fù)雜,導(dǎo)致多個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)的存在。

 

3.振蕩器電路(Oscillator Circuits)

 

成因分析:

 

• 正反饋機(jī)制:在振蕩器電路中,正反饋機(jī)制可能導(dǎo)致電路在不同的振幅和頻率下穩(wěn)定工作,形成多個(gè)簡并點(diǎn)。

 

• 非線性元件:振蕩器中使用的非線性元件,如二極管或晶體管,其非線性特性可能導(dǎo)致電路在多個(gè)工作點(diǎn)上穩(wěn)定。

 

4.電源管理電路(Power Management Circuits)

 

成因分析:

 

• 多模式操作:電源管理電路可能需要在不同的電源模式下工作,如正常模式、待機(jī)模式等。這些不同的模式可能導(dǎo)致電路存在多個(gè)簡并點(diǎn)。

 

• 電壓轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié):在電壓轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)過程中,電路可能在不同的工作點(diǎn)上穩(wěn)定,尤其是在電壓轉(zhuǎn)換的臨界點(diǎn)附近。

 

5.邏輯電路(Logic Circuits)

 

成因分析:

 

• 亞穩(wěn)態(tài):在數(shù)字邏輯電路中,尤其是在時(shí)鐘信號(hào)的邊沿附近,電路可能處于亞穩(wěn)態(tài),這是一種特殊的簡并點(diǎn),電路在這種狀態(tài)下可能隨機(jī)地穩(wěn)定在0或1的狀態(tài)。

 

歸納下來,簡并點(diǎn)的成因:

 

• 非線性元件:非線性元件的引入是簡并點(diǎn)形成的主要原因之一。例如,在含有二極管的電路中,二極管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)可以導(dǎo)致電路參數(shù)的多重解。

 

• 理想化模型:在電路分析中,理想運(yùn)算放大器被假設(shè)為無限輸入阻抗和無限增益,這種理想化模型在某些情況下會(huì)導(dǎo)致電路解的多重性。

 

• 電路對(duì)稱性:電路的對(duì)稱性也可能導(dǎo)致簡并點(diǎn)的出現(xiàn)。對(duì)稱電路在某些參數(shù)變化下可能保持不變,從而產(chǎn)生多個(gè)解。

 

在設(shè)計(jì)這些電路時(shí),了解和控制簡并點(diǎn)是至關(guān)重要的,因?yàn)樗鼈兛赡苡绊戨娐返男阅芎涂煽啃?。通過電路設(shè)計(jì)優(yōu)化,如增加啟動(dòng)電路、調(diào)整元件參數(shù)、引入反饋控制等方法,可以減少簡并點(diǎn)的影響,確保電路在預(yù)期的工作點(diǎn)上穩(wěn)定工作。

 

 

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來源:Internet

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