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Análisis de CC (polarización de CC y barrido de CC)
En el análisis DC, el punto de operación también se considera el punto de equilibrio. El punto de equilibrio es un punto de operación de valor constante. En otras palabras, el punto de equilibrio es el punto de operación de valor constante. El primer paso en el análisis DC es configurar las fuentes independientes para que sean constantes, porque el circuito no puede alcanzar el equilibrio si el estímulo sigue cambiando.
Además, todas las formas de onda tienen un valor constante en el punto de equilibrio, por lo que el capacitor actúa como un circuito abierto y el inductor actúa como un cortocircuito. Hay un algoritmo básico allí para calcular el punto de equilibrio.
- Configure todas las fuentes independientes para que sean valores constantes.
- Reemplace todos los capacitores con circuitos abiertos.
- Reemplace todos los inductores con cortocircuitos.
Resolviendo las ecuaciones que describen el sistema resultante se obtiene el punto de equilibrio. Este sistema de ecuaciones es no lineal y algebraico. Resolver grandes sistemas no lineales de ecuaciones algebraicas es una tarea difícil. La única forma de resolver ecuaciones generales no lineales es usar un método iterativo como el método de Newton. Sin embargo, ni siquiera se garantiza que estos métodos funcionen. De hecho, ningún algoritmo práctico funciona todo el tiempo. Si el método iterativo falla, no convergerá a una solución. La convergencia es un problema en los simuladores de circuitos, especialmente en circuitos grandes. Una vez que el simulador converge, los resultados rara vez son inexactos, por lo que la precisión de la solución es una preocupación secundaria. La polarización de CC y el barrido de CC se consideran parte del análisis de CC, ya que son características importantes del análisis de CC.
Para la polarización de CC, funciona tomando el voltaje de nodo para cada nodo presente en el circuito. El análisis de barrido de CC calcula el punto de polarización de un circuito en un rango de valores. Este procedimiento permite simular el circuito una y otra vez mientras barre el valor de CC dentro de un rango determinado. Puede controlar el valor de la fuente eligiendo los valores inicial y final y el incremento del rango de CC. Se calcula un punto de polarización del circuito para cada valor del barrido.
Análisis de CA (Análisis de CA)
El análisis de CA se basa en la misma técnica matemática subyacente, el análisis fasorial. El análisis fasorial calcula la respuesta estacionaria sinusoidal de pequeña señal de un circuito. Esto significa que la solución calculada por el análisis de CA contiene solo sinusoides de la misma frecuencia que la señal de entrada. Por lo tanto, cada señal está representada por solo dos números, uno para la magnitud y otro para la fase. Una simple representación de tal señal no puede describir el comportamiento transitorio. El análisis de CA calcula el comportamiento de señal pequeña de un circuito linealizando primero el circuito sobre el punto de operación de CC. Debido a que el análisis de CA opera en una representación lineal invariable en el tiempo, los resultados calculados por el análisis de CA no pueden mostrar efectos (distorsión y traducción de frecuencia) normalmente asociados con circuitos no lineales y variables en el tiempo. Sin embargo, el análisis de CA proporciona una gran cantidad de información sobre el circuito linealizado, lo que lo hace invaluable en ciertas aplicaciones. También es, en general, mucho menos caprichoso que el análisis DC o transitorio. El análisis de CA es inmune a los problemas de convergencia de CC y a los problemas de precisión transitoria. El análisis de CA inexacto suele deberse a modelos de componentes incorrectos.
Práctica de análisis de CA
- Análisis XF: Spectre ofrece un análisis similar a AC llamado función de transferencia o análisis XF. Similar al análisis de CA, este es un análisis de pequeña señal basado en fasores (es decir, funciona con ecuaciones de circuito linealizadas). A diferencia del análisis AC, donde las funciones de transferencia de un solo estímulo a todos los nodos del circuito se pueden calcular simultáneamente, el análisis XF calcula simultáneamente las funciones de transferencia individuales de todas las fuentes independientes a una sola salida.
- Análisis SP: los diseñadores de circuitos de alta frecuencia utilizan los parámetros S para caracterizar circuitos y componentes lineales o casi lineales. El análisis SP de Spectre calcula directamente los parámetros S en el dominio de la frecuencia y su análisis tdr calcula directamente los parámetros S en el dominio del tiempo. Ambos análisis son análisis de señal pequeña basados en análisis fasorial, por lo que ambos comienzan linealizando el circuito alrededor del punto de operación de CC.
- Análisis de ruido: el análisis de ruido predice el rendimiento de ruido de los circuitos linealizados en el dominio de la frecuencia. El ruido es causado por fluctuaciones estocásticas de ciertos tipos de componentes. Ejemplos de fuentes de ruido de componentes incluyen ruido térmico de resistencia (también llamado ruido de Johnson o ruido de Nyquist), ruido de disparo de unión de semiconductores y parpadeo o ruido 1/f de varios componentes.
análisis transitorio
El análisis transitorio calcula la respuesta de un circuito en función del tiempo. Resolver ecuaciones diferenciales no lineales directamente numéricamente no sería posible sin alguna otra razón de que la solución es una forma de onda (es decir, un continuo de puntos de dimensión infinita). La mejor manera es encontrar una aproximación de dimensión finita a la solución real, como una secuencia finita de puntos. En el análisis transitorio, el tiempo se discretiza y la solución se calcula por partes. En otras palabras, el intervalo de simulación se divide en pequeños pasos de tiempo individuales, se realizan aproximaciones simplificadas para evaluar las derivadas en el dominio del tiempo y las ecuaciones diferenciales se resuelven en el lapso de un paso de tiempo a la vez. Por lo general, se hace una suposición simplificada de que la trayectoria de la señal sigue un polinomio de orden bajo en pasos de tiempo. Suponiendo que la trayectoria de la señal es polinomial, el simulador puede reemplazar el operador de derivada temporal de la ecuación diferencial con una aproximación de tiempo discreto, evaluando así la ecuación diferencial.
Práctica de análisis transitorio
- Control de paso de tiempo SPICE: SPICE proporciona dos algoritmos de control de paso de tiempo. El primer ejemplo utiliza una estimación del error de truncamiento local para elegir el paso de tiempo. En segundo lugar, determina el tamaño del siguiente paso de tiempo utilizando el número de iteraciones requeridas para la convergencia en el paso. No utilice este método ya que no calcula de forma fiable una forma de onda precisa.
- Control de paso de tiempo de Specre: para controlar el error de truncamiento, necesitamos medir el error de truncamiento local (LTE), que es el error de truncamiento que ocurre en cada paso. Dado que el método de varios pasos se deriva asumiendo que la forma de onda es polinomial, una medida estándar para LTE es la diferencia entre la solución calculada y la extrapolación polinomial de los pasos anteriores.
- Derivación: las señales en los circuitos digitales tienden a alternar entre dos niveles, a menudo dejando muchas otras señales en el circuito sin cambios durante la transición de una señal. SPICE implementa una característica llamada “derivación de dispositivos” que intenta aprovechar el hecho de que todos los voltajes en muchos dispositivos presentes en un circuito digital no cambian significativamente durante una gran cantidad de pasos de tiempo.