|
|
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.
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 (DC – direct current – постоянный ток). Таблица 2.1. ВАХ диода и стабилитрона
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
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
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.
Для получения ВАХ биполярного транзистора, необходимо заполнить таблицу 2.4. Таблица 2.4. Данные для получения ВАХ биполярного транзистора
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
На рисунке 2.17 приведена ВАХ по данным таблицы 2.5, построенная в программе Excel.
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
Тема 2. Исследование ВАХ биполярных транзисторов Таблица 2,7. Данные для исследования ВАХ биполярного транзистора
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).
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.
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
Продолжение таблицы 3.1
Продолжение таблицы 3.1
Продолжение таблицы 3.1
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. |
|
