Stejně jako většina lidí jsem se již v raném věku naučil, že změna je vetkána do samotné struktury života. To samozřejmě činí ze změny nevyhnutelný jev. Nicméně právě tento neustálý stav změn podporuje kreativitu a podporuje pokrok, který vidíme v našem každodenním životě.
Jak jsem již zmínil, změna zahrnuje vše kolem nás, a to včetně oblasti elektroniky. Navíc v závislosti na okolnostech a podstatě změny může být buď dobrá, nebo špatná. V oblasti elektroniky je navíc změna často podmínkou celkové funkčnosti zařízení.
Jak jistě víte, změna sama o sobě je v podstatě stavem přechodu. Navíc, stejně jako u většiny věcí, se kterými se v elektronice setkáváme, existují minimálně dva stavy existence. Například u vypínače platí, že je buď vypnutý, nebo zapnutý. Existují však dvě klasifikace stavů, které jsou složitou součástí analýzy a pochopení vlastností systému i jeho celkové funkčnosti. Tyto dva stavy jsou ustálený stav a přechodný stav.
Jaká je definice ustáleného stavu?
Chcete-li definovat ustálený stav systému, budete pozorovat, že vše, co ovlivňuje chování systému, je konstantní nebo se nemění v čase Také z hlediska spojitého času to znamená, že pro tyto vlastnosti (p) systému zůstává parciální derivace vzhledem k času nulová.
Tento vztah znázorňuje následující rovnice: ∂p / ∂t = 0
Poznámka: V matematice platí, že pokud má funkce více proměnných, je parciální derivace její derivací pro jednu z těchto proměnných, zatímco ostatní zůstávají konstantní. To je však v přímém protikladu k totální derivaci, kde se mohou měnit všechny proměnné.
Také v oblasti elektroniky je ustálený stav stavem rovnováhy v síti nebo obvodu, ke kterému dochází, když účinky přechodných jevů již nejsou životaschopné. Dále je ustáleného stavu dosaženo po rozptýlení počátečních, oscilací nebo turbulencí. Kromě toho, když systém zažívá ustálený stav, je systém považován za stabilní.
Obecně je určení ustáleného stavu kritické, protože mnoho specifikací návrhu elektroniky je prezentováno z hlediska charakteristik systému v ustáleném stavu. Analýza ustáleného stavu je navíc neocenitelnou součástí procesu návrhu.
Pracovat s pochopením ustáleného stavu systému je pro konstruktéra nezbytné.
Jaká je definice přechodného stavu?“
Téměř každý proces nebo systém má obecně jak ustálený, tak přechodný stav. Také ustálený stav se ve vašem systému ustaví po určité době. Přechodný stav je však v podstatě doba mezi začátkem události a ustáleným stavem.
Z hlediska definice tedy přechodný stav nastává, když se změní proměnná nebo proměnné procesu, ale dříve, než systém dosáhne ustáleného stavu. Přechodový čas je také doba, kterou potřebuje obvod k tomu, aby přešel z jednoho ustáleného stavu do druhého.
Příklad pokud aktivujete spínač v obvodu obsahujícím induktor nebo kondenzátor, součástka využije výslednou změnu proudu nebo napětí, čímž způsobí, že systému trvá značnou dobu, než dosáhne nového ustáleného stavu. Kromě toho můžete přechodný děj definovat tak, že pokud je veličina v klidu a dojde ke změně v čase, čímž se změní stav proudu, došlo k přechodnému ději.
Důležitost analýzy stability ustáleného stavu
Krátce jsem se zmínil o důležitosti určení ustáleného stavu. Také máme další důkazy o důležitosti určení ustáleného stavu, když zkoumáme specifikace návrhu. Jak jistě víte, konstruktéři sdělují specifikace návrhu ve smyslu těchto charakteristik. Analýza charakteristik systému v ustáleném stavu navíc poskytuje celkové pochopení toho, jak bude zařízení fungovat a fungovat.
Mimo to existuje několik metod analýzy, které se používají k určení ustáleného a přechodného stavu systému nebo procesu. Jednou z takových metod je sinusová analýza ustáleného stavu. Jedná se o metodu analýzy používanou k analýze obvodů střídavého proudu s využitím shodných technik pro řešení obvodů stejnosměrného proudu. Také schopnost energetického systému nebo elektrického stroje obnovit svůj původní nebo předchozí stav se nazývá stabilita ustáleného stavu.
Stabilita systému popisuje schopnost systému vrátit se do ustáleného stavu, je-li vystaven narušení. Obecně se stabilita energetického systému skládá ze tří kategorií:
Studie stability v ustáleném stavu se obvykle omezují na postupné nebo malé změny provozního stavu soustavy. Přitom se však soustředíte především na omezení napětí na sběrnicích blíže k jejich minimálním hodnotám. Dále dbáme na to, aby fázové úhly mezi oběma sběrnicemi nebyly příliš velké, a kontrolujeme, zda nedochází k přetížení přenosových vedení a energetických zařízení.
Analýza přechodových stavů a dynamické stability
Přechodová stabilita zahrnuje z hlediska analýzy posouzení stavu elektrizační soustavy po významném narušení nebo poruše. Například (generátory) po podstatném narušení synchronního alternátoru se v důsledku náhlého zrychlení rotorového hřídele změní úhel zatížení. Hlavním cílem studie přechodové stability je proto určit, zda se po odstranění poruchy vrátí úhel zatížení na konstantní hodnotu.
Také dynamická stabilita neboli stabilita malých signálů je analýza schopnosti energetické soustavy zůstat stabilní při trvalých malých poruchách. K těmto drobným poruchám navíc dochází v důsledku nepravidelného kolísání úrovně výroby a zatížení. U propojených energetických systémů mohou navíc tyto libovolné výkyvy vést ke katastrofickému selhání.
Nakonec, u mechanických systémů platí, že pokud na ně působí periodická síla, obvykle dosáhnou ustáleného stavu poté, co projdou určitým přechodovým chováním. K tomu navíc většinou dochází u vibrujících systémů, například u hodinového kyvadla. Může k tomu však dojít v jakémkoli polostabilním nebo stabilním dynamickém systému. Také doba strávená v přechodném stavu závisí na počátečních podmínkách systému.
Metody výpočtu ustáleného stavu
K výpočtu ustáleného stavu lze použít celkem dvě metody. Zaprvé můžete použít algoritmy v časové oblasti a zadruhé můžete použít algoritmy ve frekvenční oblasti nebo metodu harmonické rovnováhy. Metoda frekvenční oblasti je navíc lepší volbou pro aplikace mikrovlnných obvodů buzených sinusovými signály, jako jsou výkonové zesilovače a směšovače.
Metoda časové oblasti se navíc dělí na dvě pododdělení, metody snímání (iterační metody) a citlivosti v časové oblasti (jednokrokové metody).
Mimo to citlivosti v časové oblasti vyžadují k výpočtu ustáleného stavu derivace. Pokud však nejsou snadno dostupné, pak využijete metody snímání.
Konfigurace návrhu elektronického hardwaru může být náročná, jak všichni víme.
Závěrem lze říci, že určení ustáleného a přechodného stavu je důležitou součástí procesu návrhu. Studium těchto dvou stavů přináší lepší pochopení funkčnosti obvodu a charakteristického provozního chování. Celkově lze říci, že analýza ustáleného a přechodného stavu je neocenitelnou součástí procesu návrhu.
Sada návrhových a analytických nástrojů, které nabízí společnost Cadence, vás může vybavit tím, co každý návrhář nebo analytik potřebuje pro funkčnost ustáleného nebo přechodného stavu v návrzích. Práce s chováním vašich obvodů by měla mít silnou základnu, od které se můžete odvíjet, a Allegro PCB Designer je bezesporu silnou volbou pro rozvržení a výrobu.
Pokud se chcete dozvědět více o tom, jaké řešení pro vás má společnost Cadence, obraťte se na nás a náš tým odborníků.
O autorovi
Řešení Cadence pro desky plošných spojů je kompletní nástroj pro návrh zepředu dozadu, který umožňuje rychlou a efektivní tvorbu výrobků. Cadence umožňuje uživatelům přesně zkrátit návrhové cykly až po předání do výroby prostřednictvím moderního průmyslového standardu IPC-2581.
Sledujte na Linkedin Navštivte webové stránky Další obsah od Cadence PCB Solutions