電路穩(wěn)定性(stability of electric circuit)是動態(tài)電路在受到擾動后維持原有工作狀態(tài)或恢復(fù)至原狀態(tài)的能力，屬于電氣工程學(xué)科核心研究內(nèi)容。其核心特性表現(xiàn)為系統(tǒng)運(yùn)行中遭遇擾動時不發(fā)生質(zhì)變，或在擾動消除后能趨近原有運(yùn)行狀態(tài)。這一特性對電力系統(tǒng)、電子設(shè)備等領(lǐng)域的可靠性設(shè)計具有基礎(chǔ)理論支撐作用。

電路穩(wěn)定性表征動態(tài)電路在擾動作用下的行為特征，包含兩種典型情形：運(yùn)行狀態(tài)下遭遇瞬時擾動時系統(tǒng)保持原有穩(wěn)態(tài)的能力;擾動消除后系統(tǒng)自主回歸原始穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)能力。這一性質(zhì)是評估電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、電子設(shè)備抗干擾能力的核心指標(biāo)。

判定方法

穩(wěn)定性判定依據(jù)系統(tǒng)微分方程根的位置分布特性：

當(dāng)系統(tǒng)極點全部位于復(fù)平面左半部時，呈現(xiàn)漸進(jìn)穩(wěn)定特性

若存在極點位于虛軸或右半平面，則系統(tǒng)可能發(fā)生持續(xù)振蕩或發(fā)散現(xiàn)象

影響因素

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置直接影響穩(wěn)定性表現(xiàn)：

反饋回路的相位裕度與增益裕度

儲能元件(電感、電容)的能量存儲特性

非線性元件引入的諧波失真效應(yīng)

分布式參數(shù)對高頻響應(yīng)的制約作用

應(yīng)用領(lǐng)域

電路設(shè)計不僅有很多技巧，同樣也存在很多誤區(qū)，本文將介紹電路穩(wěn)定性設(shè)計當(dāng)中的常見誤區(qū)。

誤區(qū)1：產(chǎn)品故障=產(chǎn)品不可靠產(chǎn)品出現(xiàn)問題，有時候并不是研發(fā)的問題，曾經(jīng)有案例，面向國內(nèi)中等以上發(fā)達(dá)地區(qū)的設(shè)備，因為在國內(nèi)用的不錯，所以出口到了哥倫比亞，但在那里頻頻故障。

故障的原因在于中國大陸中等以上發(fā)達(dá)地區(qū)的海拔都比較低，所以高海拔地區(qū)，設(shè)備的氣密性受到了挑戰(zhàn)，設(shè)備內(nèi)外壓差增大泄露率增加。

項目立項時只考慮了低海拔，所以人家的設(shè)計是沒問題的，您老總就這樣要求的嘛，誰決策了拿這個型號出口哥倫比亞，他才是罪魁禍?zhǔn)住?

如果管研發(fā)的老總參與決策而沒提出反對意見，他簡直就是最大的罪人，畢竟銷售的高管決策不懂技術(shù)還是可以原諒的，技術(shù)副總的錯誤則是無能。

產(chǎn)品可靠性是：規(guī)定的時間、規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。

讀者一定要細(xì)細(xì)品味這個定義，格物致知，看看誰能格這個定義的時候能達(dá)到更多的致知，使用現(xiàn)場的條件常常超過了規(guī)定的條件，而這個超出很大可能是隱含的。

誤區(qū)2：降額容易沒啥問題降額誰都會，如畫畫，誰都會，但不是誰都能靠畫畫生存，這里僅作一簡單總結(jié)：

同功能、但不同工藝的器件降額系數(shù)不同;

可調(diào)器件和定值器件降額系數(shù)不同;

負(fù)載不同，降額系數(shù)不同;

同規(guī)格導(dǎo)線在多匝和單匝應(yīng)用時降額系數(shù)不同;

部分參數(shù)不可降額;

結(jié)溫降額不可遺漏。

誤區(qū)3：元器件可放心使用器件損壞為何常被稱之為“燒”?原因就是器件失效大都是熱失效，因為器件環(huán)境溫度≠整機(jī)環(huán)境溫度，器件環(huán)境受到機(jī)箱內(nèi)其他器件散熱的影響，一般器件環(huán)境溫度比整機(jī)環(huán)境溫度要高。

誤區(qū)4：可靠性跟機(jī)械、軟件無關(guān)安裝、布線、布局、噴涂的處理都會影響電氣性能;

電磁兼容、虛焊、散熱、振動噪聲、腐蝕、接地都和結(jié)構(gòu)有關(guān);

軟件的防錯、判錯、糾錯、容錯處理措施可避免機(jī)械和電子缺陷問題。

誤區(qū)5：器件簡單無需Datasheet做設(shè)計時一定要拿到所有器件的Datasheet，然后閱讀其上的所有圖形圖表和參數(shù)，最后在設(shè)計上和這些曲線建立聯(lián)系。

誤區(qū)6：可維修性與我無關(guān)電子產(chǎn)品可靠性工作的目的是什么?是賺錢!!!賺錢靠什么?開源和節(jié)流，開源難，節(jié)流易。

不要總想著從材料費(fèi)上省，材料費(fèi)省了維修費(fèi)高了，從早死換成了晚死，早晚還是死，何必呢?莫不如早死早托生。

最好的方式就是重視可維修性，省掉這部分費(fèi)用，這是貨真價實的利潤。

誤區(qū)7：制程控制不好就是無技術(shù)人才制程控制不好，不僅僅是工藝人員的問題，這是一條價值鏈的建設(shè)過程。

設(shè)計工程師對器件的要求;

采購工程師的廠家選擇;

檢驗環(huán)節(jié)的控制內(nèi)容應(yīng)該設(shè)計上對器件關(guān)鍵指標(biāo)的部分;

檢測方法不應(yīng)引入元器件的失效機(jī)理和損傷;

裝配環(huán)節(jié)也不應(yīng)引入損傷，如波峰焊爐溫控制，手工焊接臺面的防靜電處理等;

出廠檢驗環(huán)節(jié)應(yīng)該檢查器件參數(shù)漂移可能會導(dǎo)致產(chǎn)品故障的部分內(nèi)容、維修環(huán)節(jié)不應(yīng)引入失效。

由上可以看出，出現(xiàn)問題哪是區(qū)區(qū)幾位工藝工程師能保證得了的。

所以總結(jié)出具體的做法是建立一致性，一致性的前提是設(shè)計人員提供充分、有主次的技術(shù)信息，工藝僅僅是依據(jù)設(shè)計圖紙和設(shè)計文件來保障制造可靠性無限逼近于設(shè)計可靠性。

誤區(qū)8：加強(qiáng)測試就可解決可靠性問題此問題既然能名列十大誤區(qū)之一，其定義自然是錯誤的，總結(jié)有三：有些問題通過模擬測試實驗根本測不出來;

測試手段=工程計算+規(guī)范審查+模擬試驗+電子仿真;

通過溫度加強(qiáng)試驗的結(jié)果計算不出對應(yīng)的低溫工作時間。

電路的穩(wěn)定性分析是確保電路在不同操作條件下都能穩(wěn)定工作的重要步驟。以下是一些常用的方法和步驟，可以幫助你進(jìn)行電路的穩(wěn)定性分析：

1. 直流工作點分析 (DC Operating Point Analysis)

確定電路在直流條件下的工作點，確保各個器件在其正常工作范圍內(nèi)工作。

2. 交流小信號分析 (AC Small Signal Analysis)

分析電路在小信號交流條件下的響應(yīng)，確定增益和相位特性。具體步驟包括：

建立小信號等效電路。

計算傳輸函數(shù)(增益和相位)。

使用波特圖 (Bode Plot) 分析增益和相位隨頻率變化的關(guān)系。

3. 反饋回路的穩(wěn)定性分析

對于帶反饋的電路，特別是放大器和控制系統(tǒng)，進(jìn)行穩(wěn)定性分析非常重要。

開環(huán)增益和相位分析：通過斷開反饋回路，分析開環(huán)增益和相位特性。

奈奎斯特圖 (Nyquist Plot)：繪制并分析奈奎斯特圖，判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。奈奎斯特判據(jù)是用來判斷反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要工具。

波特圖 (Bode Plot)：使用波特圖分析增益交越頻率和相位裕度。增益裕度和相位裕度是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

4. 瞬態(tài)分析 (Transient Analysis)

模擬電路對瞬態(tài)輸入(如階躍、脈沖)的響應(yīng)，觀察輸出是否穩(wěn)定或出現(xiàn)振蕩。通過仿真工具(如SPICE)進(jìn)行瞬態(tài)分析可以提供電路動態(tài)性能的信息。

5. 根軌跡分析 (Root Locus Analysis)

繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，以觀察系統(tǒng)極點隨增益變化的軌跡。根軌跡圖可以幫助理解系統(tǒng)極點的位置對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

6. 極點-零點分析 (Pole-Zero Analysis)

分析系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的極點和零點位置。系統(tǒng)的極點決定了系統(tǒng)的動態(tài)行為和穩(wěn)定性。確保所有極點都在左半平面(S平面)以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

7. 頻率響應(yīng)分析

頻率響應(yīng)測試：在不同頻率下測試電路的響應(yīng)，確保在設(shè)計頻段內(nèi)電路具有預(yù)期的響應(yīng)特性。

8. 仿真工具

使用電路仿真軟件(如SPICE、MATLAB/Simulink)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，具體包括：

SPICE仿真：進(jìn)行AC分析、瞬態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析。

MATLAB/Simulink：利用控制系統(tǒng)工具箱進(jìn)行開環(huán)和閉環(huán)穩(wěn)定性分析。

實例：使用MATLAB/Simulink進(jìn)行電路穩(wěn)定性分析

假設(shè)我們有一個簡單的反饋放大器電路，我們可以使用MATLAB/Simulink來進(jìn)行穩(wěn)定性分析。以下是基本步驟：

建立電路模型：在Simulink中搭建反饋放大器的模型。

開環(huán)分析：

插入“開環(huán)增益”模塊，斷開反饋回路。

使用“頻率響應(yīng)”工具繪制開環(huán)增益和相位的波特圖。

閉環(huán)分析：

恢復(fù)反饋回路。

使用“根軌跡”工具繪制系統(tǒng)的根軌跡圖。

使用“瞬態(tài)響應(yīng)”工具模擬階躍響應(yīng)，觀察系統(tǒng)是否穩(wěn)定。