Analise e linearização de circuitos dinâmicos não lineares utilizando a analise periódica de corrente alternada e a analise em regime permanente quase periódico

Abstract

Resumo : A simulação de circuitos desempenha papel fundamental no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos, permitindo o estudo do comportamento dos mesmos em diversas condições de operação. Este trabalho propõe a união das metodologias de Análise Periódica de Corrente Alternada (PAC) e Análise em Regime Permanente Quase Periódico (QPSS) para circuitos não lineares sujeitos a múltiplos tons. Desenvolveuse um método que aplica o QPSS para dois tons com amplitudes significativas e utiliza o PAC para linearizar um terceiro tom de menor amplitude. Os algoritmos foram implementados em Python utilizando bibliotecas científicas para solução de sistemas não lineares. As simulações comparativas com a análise de transitório demonstraram a eficácia do método quando o terceiro tom apresenta amplitude inferior a 3% do tom dominante e possui relação de periodicidade com pelo menos um dos dois primeiros tons. Verificou-se que, no QPSS, a imposição de pequenos sinais depende fortemente da amplitude relativa dos tons, enquanto no PAC esta escolha afeta menos os resultados. A linearização em torno do QPSS mostrou-se computacionalmente mais eficiente que a análise de transitório e o QPSS aplicado diretamente a três tons, sendo particularmente útil para a modelagem de amplificadores de potência em sistemas de comunicação sem fio modernos. A abordagem apresenta limitações quando as amplitudes dos tons se tornam comparáveis ou quando não há relação de periodicidade entre os tons

Abstract : Circuit simulation plays a fundamental role in the development of electronic devices, allowing the study of their behavior under various operating conditions. This work proposes the combination of Periodic Alternating Current Analysis (PAC) and Quasi-Periodic Steady-State Analysis (QPSS) methodologies for non-linear circuits subject to multiple tones. A method was developed that applies QPSS for two tones with significant amplitudes and uses PAC to linearize a third tone of smaller amplitude. The algorithms were implemented in Python using scientific libraries for solving non-linear systems. Comparative simulations with transient analysis demonstrated the effectiveness of the method when the third tone has an amplitude less than 3% of the dominant tone and has a periodicity relationship with at least one of the first two tones. It was found that, in QPSS, the imposition of small signals strongly depends on the relative amplitude of the tones, while in PAC this choice affects the results less. The linearization around QPSS proved to be computationally more efficient than transient analysis and QPSS applied directly to three tones, being particularly useful for modeling power amplifiers in modern wireless communication systems. The approach has limitations when the amplitudes of the tones become comparable or when there is no periodicity relationship between the tones