這幾個月,我查找了相關的資料,最終搞清楚瞭如何用EXCEL做電容的蒙特卡羅分析。
它的分析思想就是透過模似隨機抽樣,對抽樣的結果進行統計分析來作電路的容差計算。
下面就詳細介紹一下用EXCEL來做此分析的具體操作步驟,透過這步步的介紹,相信你會對蒙特卡羅分析電路容差有清楚的瞭解。
為了好理解,我們以最簡單的分壓電路來作說明,電路描述如下:
分壓電路的電源是VCC,標稱值為5V,精度為2%,即公差為0.1V
分壓電阻R1為100K,精度為1%,即公差為1K,該電阻一端與VCC相連
分壓電路R2為100K,精度為1%,即公差為1K,訪電阻的一端與R1相連,另一端與GND相連
因此,該電路的輸出電壓表達式為Uo = VCC*R2/(R2+R1)
第一步:蒙特卡羅分析首先就是要建議以上這個輸出電壓Uo的表示式;
第二步:對錶達式中各引數按實際的分佈進行隨機抽樣;我認為該分析中這一步很關鍵,那麼在EXCEL中如何具體操作呢?在具體操作前,我想還需要再對上文中“按實際的分佈”再作一下說明,不然理解起來可能有困難。
比如電阻,我們選的這兩個都是100K,精度為1%的,我們需要對此深究一下這裡面的具體意義。100K是電阻的標稱值,就是說這種電阻值是100K左右,如果你買了一盤這種電阻,去測量每一個電阻的話不可能都是標準的100K,有些可能是100.4K,有些可能是99.8K等,總之這些電阻是在100K+-1%的範圍內,基本上其平均值為100K,且大量個體的分佈服從正態分佈,且正態分佈的兩個引數分別是:均值μ為標稱值,方差σ為公差的三分之一。
所以上文中說的按實際的分佈進行隨機抽樣的意思就是按上圖的機率分佈進行抽樣,抽樣抽到標稱值的機率最大,離標稱值越遠的值抽到的機率就越小。而EXCEL中就有這個函式可以很方便的按所需的分佈型別來作隨機抽樣。具體的函式是NORMINV()和RAND(),按正態分佈抽樣的具體函式是NORMINV(RAND(),μ,公差/3),這樣的話就可以得到一組隨機抽樣的引數R1, R2, VCC
第三步:將第二步中提到的一組隨機抽樣引數R1, R2, VCC代入輸出電壓表達式中,就可以計算出一個根據隨機抽樣引數得到的輸出電壓值。
第四步:反覆進行第二步、第三步,這樣的話就可以得到N組輸出電壓值
第五步:對這N組輸出電壓值進行統計分析,就可以得到相應電路的容差。
這幾個月,我查找了相關的資料,最終搞清楚瞭如何用EXCEL做電容的蒙特卡羅分析。
它的分析思想就是透過模似隨機抽樣,對抽樣的結果進行統計分析來作電路的容差計算。
下面就詳細介紹一下用EXCEL來做此分析的具體操作步驟,透過這步步的介紹,相信你會對蒙特卡羅分析電路容差有清楚的瞭解。
為了好理解,我們以最簡單的分壓電路來作說明,電路描述如下:
分壓電路的電源是VCC,標稱值為5V,精度為2%,即公差為0.1V
分壓電阻R1為100K,精度為1%,即公差為1K,該電阻一端與VCC相連
分壓電路R2為100K,精度為1%,即公差為1K,訪電阻的一端與R1相連,另一端與GND相連
因此,該電路的輸出電壓表達式為Uo = VCC*R2/(R2+R1)
第一步:蒙特卡羅分析首先就是要建議以上這個輸出電壓Uo的表示式;
第二步:對錶達式中各引數按實際的分佈進行隨機抽樣;我認為該分析中這一步很關鍵,那麼在EXCEL中如何具體操作呢?在具體操作前,我想還需要再對上文中“按實際的分佈”再作一下說明,不然理解起來可能有困難。
比如電阻,我們選的這兩個都是100K,精度為1%的,我們需要對此深究一下這裡面的具體意義。100K是電阻的標稱值,就是說這種電阻值是100K左右,如果你買了一盤這種電阻,去測量每一個電阻的話不可能都是標準的100K,有些可能是100.4K,有些可能是99.8K等,總之這些電阻是在100K+-1%的範圍內,基本上其平均值為100K,且大量個體的分佈服從正態分佈,且正態分佈的兩個引數分別是:均值μ為標稱值,方差σ為公差的三分之一。
所以上文中說的按實際的分佈進行隨機抽樣的意思就是按上圖的機率分佈進行抽樣,抽樣抽到標稱值的機率最大,離標稱值越遠的值抽到的機率就越小。而EXCEL中就有這個函式可以很方便的按所需的分佈型別來作隨機抽樣。具體的函式是NORMINV()和RAND(),按正態分佈抽樣的具體函式是NORMINV(RAND(),μ,公差/3),這樣的話就可以得到一組隨機抽樣的引數R1, R2, VCC
第三步:將第二步中提到的一組隨機抽樣引數R1, R2, VCC代入輸出電壓表達式中,就可以計算出一個根據隨機抽樣引數得到的輸出電壓值。
第四步:反覆進行第二步、第三步,這樣的話就可以得到N組輸出電壓值
第五步:對這N組輸出電壓值進行統計分析,就可以得到相應電路的容差。