Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Тема 1. Исследование ВАХ приборов (диодов и стабилитронов)

Для снятия вольтамперных характеристик (ВАХ) нелинейных полупроводниковых элементов, в том числе диодов и стабилитронов, в EWB можно использовать либо источник тока, либо источник ЭДС.

Для примера снимем вольтамперные характеристики диода 1N4001. Схема, позволяющая снять ВАХ диода на основе источника ЭДС, приведена на рисунке 2.14.

Рис. 2.14. Схема для исследования ВАХ диода и стабилитрона на основе ЭДС

Необходимо собрать схему на рисунке 2.14, поставив в схему свой вариант диода.

Изменяя ЭДС источника, необходимо снять ВАХ диода U(I) по показаниям амперметра, заполнить таблицу 2.1. Приборы настраиваются на измерение постоянного тока (DCdirect current – постоянный ток).

Таблица 2.1. ВАХ диода и стабилитрона

Прямая ветвь ВАХ диода
  U, мВ Ток источника, мА
             

Далее для снятия ВАХ стабилитрона необходимо собрать схему на рисунке 2.14. Для этого в схеме ставим вместо диода стабилитрон. Аналогичные измерения для стабилитрона заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. ВАХ стабилитрона

Прямая ветвь ВАХ стабилитрона
  U, мВ Ток источника, мА
             

 

Как пример, данные ВАХ диода 1N4001, снятой с помощью программы Electronic Workbenchпо схеме рисунка 2.14, приведены в таблице 2.3..

 

Таблица 2.3. Данные для построения ВАХ диода 1N4001

U, В 0.5863 0.6281 0.6461 0.6746 0.6879 0.706 0.7244
I, мА 0.1 0.5

В программе Excel по данным таблицы 19 строим ВАХ диода 1N4001. Полученная характеристика приведена на рисунке 2.15.

Рис. 2.15. ВАХ диода 1N4001

Аналогичным образом необходимо получить ВАХ диода (по табл. 17) и стабилитрона (по табл. 18), и привести их в практической работе.



Тема 2. Исследование ВАХ биполярных транзисторов

Для снятия вольтамперных характеристик биполярного транзистора в EWB предлагается схема, представленная на рисунке 2.16. Для примера мы взяли биполярный транзистор 2N2222A.

Рис. 2.16. Схема для снятия ВАХ биполярного транзистора

Для получения ВАХ биполярного транзистора, необходимо заполнить таблицу 2.4.

Таблица 2.4. Данные для получения ВАХ биполярного транзистора

  Uкэ, В
0.1 0.3 0.5
Iб1 = 5 мА Iкэ, А            
Iб2 = 10 мА Iкэ, А            
Iб3 = 20 мА Iкэ, А            

По данным таблицы 2.4 необходимо построить семейство ВАХ биполярного транзистора.

Как пример, в таблице 2.5 приведена полученная выходная вольтамперная характеристика Uкэ(Iк) транзистора 2N2222A (отечественный аналог КТ3117А, В), включенного по схеме с общим эмиттером. Ток базы принимает три значения (5, 10 и 20 мА) – цепь базы запитывается от источника тока.

 

Таблица 2.5. ВАХ транзистора 2N2222A

  Uкэ, В
0.1 0.3 0.5
Iб = 5 мА Iкэ, А 0.08007 0.3169 0.4619 0.4667 0.4708 0.475
Iб = 10 мА Iкэ, А 0.09365 0.3533 0.6104 0.7215 0.7279 0.7343
Iб = 20 мА Iкэ, А 0.1021 0.3769 0.6639 1.087 1.096 1.106

На рисунке 2.17 приведена ВАХ по данным таблицы 2.5, построенная в программе Excel.

Рис. 2.17. ВАХ биполярного транзистора 2N2222A

 

Выходные ВАХ транзистора могут быть использованы при построении усилителей переменного тока.

 

Данные по вариантам для задания №2

Тема 1. Исследование ВАХ приборов (диодов и стабилитронов)

Таблица 2,6. Данные для исследования ВАХ диода и стабилитрона

Вариант Стабилитрон Диод
1N4733 1N4001
1N4370A 1N4154
1N4371A 1N3064
1N4372A 1N4009
1N4678 1N4148
1N4681 1N4149
1N4728A 1N4150
1N4729A 1N4151
1N4730A 1N4152
1N4731A 1N4153

Тема 2. Исследование ВАХ биполярных транзисторов

Таблица 2,7. Данные для исследования ВАХ биполярного транзистора

Вариант Тип транзистора
2N2218
2N3904
2N4401
BD537
BD535
BD533
BD501B
BD550
BD243
BD241

Раздел 3. Решение двухмерных полевых задач в программе Elcut

Тема. Использование пакета Elcut

Для выполнения расчётов электрических полей

Программа ELCUT позволяет производить решение двухмерных полевых задач методом конечных элементов.

В качестве примера, достаточно наглядного и простого для усвоения студентами, рассмотрим расчёт электрического поля электротехнического устройства.

Пусть необходимо средствами программы ELCUT рассчитать электростатические характеристики конденсатора с параллельными обкладками (рис. 3.1). Разность потенциалов между обкладками 200 В.

 

Рис. 3.1. Исследуемая модель

 

Этапы решения задачи

Первоначально необходимо оценить конструкцию. В нашем случае, конденсатор имеет две обкладки и находится в воздухе.

Внешней оболочкой или экраном необходимо охватить всю конструкцию устройства. Данное условие связано с методом расчета, который применяется в данной программе. Это метод конечных элементов, который требует наличия области, в которой локализовано электрическое поле.

Запускаем программу ELCUT. В меню Файл выбираем пункт Создать. В появившемся окне Создание нового документа выбрать пункт Задача ELCUT и нажать кнопку OK (рис. 3.2).

 

 

Рис. 3.2

В окне Создание задачи ввести имя файла задачи в соответствующей строке (рис. 3.3).

 

 

Рис. 3.3

 

Нажать кнопку Далее. В следующем окне выбрать тип задачи Электростатика, класс модели плоская и параметр расчета обычный (рис. 3.4).

 

 

Рис. 3.4

Нажать кнопку Далее. В следующем окне выбрать единицы длины миллиметры, систему координат декартовы координаты (рис. 3.5).

 

 

Рис. 3.5

 

Нажать кнопку Готово. Интерфейс программы будет выглядеть следующим образом (рис. 3.6).

 

Рис. 3.6

Раскрыть при помощи левой кнопки мыши все пункты списка в левом окне (рис. 3.7).

Рис. 3.7

Произвести двойной щелчок на пункте Геометрия: расчет конденсатора.mod. При этом появится консоль с предложением (рис. 3.8).

 

Рис. 3.8

 

Нажать на кнопку OK.

В правой части окна появится файл геометрии, который рекомендуется сохранить с расширением .mod в той же папке, где создана задача.

Приступить к рисованию плоской модели конденсатора. Для этого достаточно изобразить 2 обкладки без выводов. На панели модели нажать кнопку Вставить вершины/ребра (рис. 3.9).

 

Рис. 3.9

Протягивая при помощи левой кнопки мыши линию, изобразить две обкладки конденсатора. Геометрические размеры легко определить, зная текущие координаты курсора, которые указываются в нижней части файла модели. Для изменения масштаба надо использовать кнопки увеличить или уменьшить на панели модели.

Охватываем всю конструкцию устройства экраном, в которой локализовано электрическое поле (рис. 3.10).

Рис. 3.10

В нашей конструкции один блок (Воздух), в котором находятся две обкладки конденсатора и экран, таким образом, конструкция включает в себя три ребра.

После создания геометрии необходимо ввести свойства всех ребер, блоков и, если это необходимо, вершин.

Для создания метки блока необходимо нажать на панели модели кнопку Выделение объектов. После этого сделать двойной щелчок левой кнопкой мыши внутри области расчета (рис. 3.11).

 

Рис. 3.11

В разделе Метка написать воздух (рис. 3.12).

 

Рис. 3.12

При этом в правой части окна программы появится метка воздух в разделе Метки блоков (рис. 3.13).

 

Рис. 3.13

Делаем двойной щелчок левой кнопкой мыши по метке воздух в браузере и вводим параметр относительная диэлектрическая проницаемость, равный 1. Диэлектрик изотропный, т. е. его свойства не зависят от координаты (рис. 3.14).

 

Рис. 3.14

Как видно, рассматриваемая геометрия системы состоит из 6 ребер. Для корректного расчета полей необходимо обозначить все блоки и ребра. Для связи меток ребер и блоков с файлом геометрии, на каждом элементе конденсатора произвести щелчок правой кнопкой мыши и выбрать пункт свойства, либо сделать двойной щелчок левой кнопкой мыши (рис. 3.15).

 

Рис. 3.15

В разделе Метка выставить необходимую метку блока, ребра или вершины. Выпадающее меню, необходимое для настройки свойств выделенных объектов, выглядит следующим образом (рис. 3.16).

 

Рис. 3.16

Свойства остальных объектов настраиваются аналогично.

Для построения сетки в области расчета необходимо нажать на предпоследнюю кнопку панели инструментов (рис. 3.17).

Рис. 3.17

Далее можно приступить к расчету. Для этого в меню Правка выбрать Решить задачу (рис. 3.18).

 

Рис. 3.18

Далее приведём результаты моделирования. Изолинии потенциала представлены на рис. 3.19.

Рис. 3.19

Векторное поле напряженности электрического поля представлено на рис. 3.20.

Рис. 3.20

Векторное поле электрического смещения представлено на рис. 3.21.

 

Рис. 3.21

Векторное поле плотности энергии представлено на рис. 3.22.

 

Рис. 3.22

Для построения картины полей необходимо произвести щелчок правой кнопкой мыши на полученном рисунке и выбрать необходимую физическую величину, распределение которой требуется получить (рис. 3.23).

 

Рис. 3.23

 

Используя инструмент локальные значения, можно получить информацию о значениях физических величин в любой точке (рис. 3.24).

 

Рис. 3.24

При анализе результатов моделирования можно сравнить такие параметры электрического поля исследуемого электротехнического устройства, как напряжённость, электрическое смещение, плотность энергии и др. (рис. 3.25).

На основании моделирования электрических полей можно делать выводы и рекомендации по конструктивной оптимизации электротехнических устройств.

Рекомендуем самостоятельно ознакомиться с расчётом двухмерных магнитных полей по методике, подобно рассмотренной выше.

 

 

Рис.3.25

 

Задание 3

РАСЧЕТ эЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ПРИ ПОМОЩИ программы elcut-4.2

Цель задания – получение знаний и практических навыков по использованию пакета elcut для выполнения расчётов электрических полей с применением метода конечных элементов.

Задание выполняется каждым студентом самостоятельно. Номер варианта определяется по последней цифре номера зачётной книжки студента.

В данном задании необходимо выполнить следующее:

1. Построить геометрическую модель устройства в программе elcut.

2. Ввести физические свойства каждого элемента конструкции устройства.

3. Получить картины распределения полей и другие характеристики.

 

Конструкции электротехнических устройств приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1

 

№ варианта Конструкция устройства Краткое описание
    Два несоосно расположенных проводящих цилиндра различного диаметра. Потенциал внутреннего цилиндра 100 В, внешнего – 0. Материал диэлектрика, заполняющего пространство между цилиндрами, – полипропилен (относительная диэлектрическая проницаемость 2,2)

 

Продолжение таблицы 3.1

 

№ варианта Конструкция устройства Краткое описание
    Два проводящих цилиндра различного диаметра. Потенциал левого цилиндра 100 В, правого – -100 В. Материал диэлектрика – воздух (относительная диэлектрическая проницаемость 1)
Конденсатор с параллельными обкладками. Поле внутри такого конденсатора однородно благодаря обкладкам специальной формы (скругления у краев). На верхнюю обкладку подан потенциал 100 В, на нижнюю – -100 В
    Два соосно расположенных проводника, один из которых имеет прямоугольное сечение (внутренний). Он находится под потенциалом 200 В. Второй проводник используется в качестве экрана. Материал диэлек­трика, заполняющего про­странство между проводни­ками, – фторопласт-4 (ПТФЭ), относительная ди­электрическая проницае­мость 2,1

 

Продолжение таблицы 3.1

 

№ варианта Конструкция устройства Краткое описание
Цилиндрический проводник (потенциал 100 В) покрыт изоляцией из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) (относительная диэлектрическая проницаемость 3,1) и экранирован металлической оплеткой (квадратное сечение)
Система – цилиндрический проводник – плоская обкладка в воздушной среде. Проводник имеет потенциал 100 В, обкладка – 0
Классический плоский конденсатор с материалом на основе титаната бария в качестве диэлектрика (относительная диэлектрическая проницаемость 600). Потенциал верхней обкладки 100 В, нижней – -100 В
Два цилиндрических проводника, находящихся под потенциалами 100В (левый) и -100 В (правый) в воздушной среде
  Два соосно расположенных проводящих цилиндра различного диаметра. Потенциал внутреннего цилиндра 100 В, внешнего – 0. Материал диэлектрика, заполняющего пространство между цилиндрами – стекловолокно (относительная диэлектрическая проницаемость 10)

 

Продолжение таблицы 3.1

 

№ варианта Конструкция устройства Краткое описание
    Конденсатор, обкладки которого не параллельны. В качестве диэлектрика используется поликарбонат (относительная диэлектрическая проницаемость 2,6). α = 30º

 

Содержание задания

 

1. Цель.

2. Конструктивный эскиз исследуемого устройства.

3. Описание методики построения полевой модели исследуемого устройства в свободной и лаконичной форме.

4. Картины напряжённости, плотности энергии и электрического смещения и другие картины поля (по указанию преподавателя).

5. Характеристики поля в трёх различных точках (по указанию преподавателя).

6. Выводы.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.