节点分析电路设计是什么?
关键的外卖
节点分析是一种数学方法,用于分析电路的线路图中节点之间的电压降。
节点分析可以执行在时域或频域,但它仅限于线性定常(LTI)系统。
虽然节点分析算法的解决方案只是定义了线性系统、非线性系统可以近似在一个操作点和节点分析中使用。
电路仿真结果需要在原型和生产与现场测量。
电路分析是至关重要的保证现代科技是否按预期运行。大多数现代电子经历某种形式的模拟和评估过程,确保设计工作,并提供一组参考计算与软件测试。香料的主力是模拟电路设计和分析,提供了许多内置的模拟和今天的商业解决方案。
在香料中的模拟仿真器、节点分析是一个基本的技术用于检查电路的电压和电流分布。这种技术有效地结合了基尔霍夫定律和欧姆定律到一个矩阵方程。继续阅读更多地了解什么是节点分析和如何使用它在电路设计和分析。
节点分析是什么?
节点分析是一种数学计算方法的分布电压电路中节点之间。也称为节点电压的方法,这种策略使用欧姆定律,基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律定义一个相关的方程之间的电压测量每个电路节点(通常是地面)和一些参考。相邻节点之间的电压降测量作为一组线性方程中的变量和系统可以解决使用标准算法(如高斯消去法)。
在节点构造一个矩阵方程分析
构造一个矩阵方程的一般过程节点分析是使用基尔霍夫定律中每个节点之间线路图写出一组方程有关的不同组件的电压降电流流入每个节点。使用以下过程:
画出电路图与电流在每个节点定义。
选择一个参考节点(通常是地面)为每个节点的电压和写一个变量对参考节点。
写出基尔霍夫电流定律为每个节点的电路阻抗和电压在邻近的节点。
重写系统节点电压方程的矩阵形式。
使用一个逆矩阵求解矩阵方程。
看到这是如何工作的,它有助于看一个简单的例子。
节点分析的一个例子
下面的示例线路图显示4和1电压源阻抗,不同的节点。节点就是输入电压,电压3其他节点待定。通过应用步骤1 - 3,我们到达以下组对每个节点的电压方程:
线路图和方程组用来确定每个节点的电压。
我们可以重写上述3方程写成矩阵方程:
重写电路图的方程组的矩阵方程。
这个矩阵方程是那么容易解决乘以系数矩阵的逆。在上面的线路图,我们定义了一个“参考节点”的共同点连接。电压测量变量都对这一点。这是重要的不仅仅是创建一个闭合电路;它集所有电压的测量参考变量出现在上面的矩阵方程。
参考节点
进行节点分析成功的关键之一是正确定义参考节点,也称为数据节点。在节点分析,参考节点,用于比较测量电压时,由于电压只定义两个点之间的空间。想象你的线路图上使用电压表;参考节点将负铅连接,并积极的领导将连接到任何其他节点。这就是为什么在香料模拟电压测量探针通常显示为一个探针;测量电压是电路中的一个参考节点。
在这个PSpice软件仿真结果,电压之间的电压测量测量在这个调查只是R4和接地;这是使用节点分析决定。
在香料模拟,参考节点通常是作为地面。如果有两个理由,作为最近的参考节点连接接地电位。在节点的分析中,任何节点都可以作为一个参考点。这给你一个优势,你可以定义一个潜在的区别两种不同的地面点,比如你可能会发现在一个通电的孤立的PCB与地面两种不同的飞机。
节点分析非线性电路工作如何?
因为一个非线性组件的电流和电压是一个非线性函数(即关系不服从欧姆定律吗),节点分析的矩阵方程发展将有条件在不同的节点电压的功能。
解决电压列向量方程中定义的一个非线性阻抗矩阵和当前在每个部分的电路。这个先验的矩阵方程可能包括耦合条件,需要同时迭代数值技术来确定解决方案。
在这个通用公式,应用节点分析非线性电路需要解决一个先验的矩阵方程为多个未知数。这是一个非常困难的数学问题解决,取决于导出矩阵方程的形式。
因此,为了研究非线性电路使用节点分析,相邻节点之间的电流与电压关系测量电路需要近似在一些操作点。典型的方法是使用的一般近似非线性定常系统的技术:
泰勒级数:为N的系统组件,定义2 N新变量转移远离目的操作点与一个线性变换。现在,扩大电流电压函数非线性组件泰勒级数的这些新变量。
麦克劳林级数:扩大电流电压函数为每个非线性组件在操作点没有直接定义新的变量作为一个麦克劳林级数。
通过保持只有一阶条件(即。,linear terms), you now have a linearized circuit that includes nonlinear components. The results from this procedure are only valid within a small deviation from the operating point, depending on the impedance function for each nonlinear component in the system. Circuit simulators that use iterative solution techniques will apply these approximations for you and can solve operating point matrix equations in nodal analysis for nonlinear circuits.
至关重要的节点电压和节点电压分析需要一个强大的的理解当前的源在你的电子电路但是,当负责未知的节点电压或独立的电压源,你的节点方程可以获得困难。看着主要节点为你的当前的源和分支当前的引用可以鼓励更好的理解节点电压。但一般为电电路的性能,电路分析通过香料仿真将解锁所有类型的电路变量从瞬态分析来并联电路各种矩阵甚至更远。用你的节点方程在你的下一个明智的电电路设计。
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