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電路設(shè)計(jì)中的哪里找到磁滯回線
非線性行為隨處可見(jiàn)，線性行為只是任何物理系統(tǒng)中真實(shí)行為的近似值。在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，您通常可以設(shè)計(jì)許多組件，并確保電路中的線性響應(yīng)，但是系統(tǒng)中的許多組件或電路始終是非線性的，并表現(xiàn)出飽和或整流。結(jié)合了非線性行為的這兩個(gè)方面的一種效應(yīng)是磁滯現(xiàn)象，其中飽和作為輸入信號(hào)電平發(fā)生，并且沿不同方向變化。
當(dāng)您需要分析電路或組件中的磁滯如何影響系統(tǒng)行為時(shí)，需要在單個(gè)電路中模擬一個(gè)磁滯回線。您還可以在較大的電子系統(tǒng)中使用磁滯模型-作為任何常規(guī)分析的一部分，您將在SPICE模擬器中運(yùn)行。當(dāng)您需要為具有滯后的電路創(chuàng)建SPICE仿真時(shí)。
電子中會(huì)出現(xiàn)磁滯回線的地方
在非線性元件以及包含非線性元件的電路中會(huì)發(fā)生磁滯回線。它可以通過(guò)許多機(jī)制來(lái)產(chǎn)生，這些機(jī)制可能很難預(yù)測(cè)，但是，磁滯在時(shí)域中很容易可視化，或者通過(guò)查看循環(huán)的傳輸曲線（輸出與輸入信號(hào)之間的關(guān)系）即可看到。當(dāng)發(fā)生磁滯回線時(shí)，在高輸入信號(hào)電平下會(huì)導(dǎo)致輸出飽和。一旦輸入信號(hào)電平反轉(zhuǎn)，傳輸曲線就會(huì)短暫地顯示出整流狀態(tài)，直到輸入通過(guò)某個(gè)閾值為止。
在重復(fù)輸入信號(hào)周期之后，當(dāng)將這兩個(gè)量繪制為傳輸曲線時(shí)，輸出信號(hào)將無(wú)法返回其原點(diǎn)。如下圖所示。
初始輸出與輸入傳輸曲線以黑色顯示，并隨著輸入信號(hào)增加到第一個(gè)反轉(zhuǎn)點(diǎn)而達(dá)到飽和。在第一次反轉(zhuǎn)（紅色曲線）期間，輸出信號(hào)沿另一條路徑到達(dá)第二次反轉(zhuǎn)點(diǎn)。在第二次反轉(zhuǎn)（藍(lán)色曲線）期間，信號(hào)沿另一條路徑返回第一個(gè)反轉(zhuǎn)點(diǎn)。
傳遞曲線中的磁滯回線。
磁滯不會(huì)在每個(gè)組件中都發(fā)生，但是在某些非常常見(jiàn)的組件中確實(shí)會(huì)發(fā)生磁滯。例如，可以在以下組件中觀察到磁滯回線：
鐵氧體組件（電感器，鐵氧體磁珠/鉗位器，變壓器）
晶閘管
由獨(dú)特材料制成的二極管
陶瓷壓電換能器
物理吸附和化學(xué)吸附薄膜傳感器
類似地，以下電路和系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)磁滯回線，即使它們可能不包含表現(xiàn)出磁滯的組件也是如此：
比較器和其他具有正反饋的電路
基于變?nèi)荻O管的倍頻器
PID控制器和其他控制系統(tǒng)
恒電位儀進(jìn)行循環(huán)伏安法測(cè)量
遲滯對(duì)于電路功能（例如在比較器中）可能是理想的效果。在比較器電路中，磁滯具有抗噪聲能力，正反饋可與磁滯一起使用，以從噪聲信號(hào)中產(chǎn)生干凈的方波。在其他電路中，例如諧振LLC轉(zhuǎn)換器，磁滯會(huì)限制初級(jí)側(cè)電橋級(jí)和次級(jí)側(cè)輸出級(jí)之間的功率傳輸。為了確定滯后是有益還是有問(wèn)題，您需要將仿真與正確的組件模型一起使用。
帶有滯環(huán)的建筑仿真
如果您要處理具有滯后作用的特殊組件，新材料或獨(dú)特的電路拓?fù)洌瑒t需要為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)SPICE模型以模擬滯后作用。自從SPICE模擬器首次開(kāi)發(fā)以來(lái)，該電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域一直是當(dāng)前的研究主題。
如果需要模擬典型模擬電路中的磁滯效應(yīng)，則需要針對(duì)具有磁滯的特定組件的SPICE模型。在SPICE模型中定義磁滯需要根據(jù)上升和下降交叉點(diǎn)定義輸出信號(hào)電平。隨著輸入信號(hào)的循環(huán)，該值將產(chǎn)生不同的輸出特性。換句話說(shuō)，輸出信號(hào)電平定義為輸入的分段函數(shù)。
瞬態(tài)分析的示例結(jié)果可用于構(gòu)建磁滯回線。下面的窗口顯示了輸入1 V CMOS Schmitt觸發(fā)緩沖器的三角波和9個(gè)輸入波周期的9條疊加輸出曲線。
瞬態(tài)分析結(jié)果中顯示了磁滯。
即使輸入端沒(méi)有噪聲，輸出波形也會(huì)發(fā)生很大變化。通過(guò)在單個(gè)周期內(nèi)繪制輸出曲線與輸入波形的關(guān)系，可以構(gòu)建如下所示的磁滯回線。
從瞬態(tài)分析結(jié)果構(gòu)建的磁滯回線，例如一個(gè)反向施密特觸發(fā)器電路。