Электрическая цепь схема, ее элементы и их обозначения элементов

Активные и пассивные элементы схемы

Автор: Пользователь скрыл имя, 27 Февраля 2013 в 00:07, курсовая работа

Краткое описание

Математической моделью элемента называется система уравнений, описывающих физические процессы в данном элементе, представленная в форме, допускающей ее объединение в математическую модель ИС.

Оглавление
Файлы: 1 файл

курсач2.docx

2.Динамическая модель диода……. ………….………………. ….…6

Список литературы. . ………………. …………………. 17

Математической моделью элемента называется система уравнений, описывающих физические процессы в данном элементе, представленная в форме, допускающей ее объединение в математическую модель ИС.

По степени универсальности модели активных элементов разделяют на статические и динамические, для малого и большого сигналов, низкочастотные и высокочастотные; такая классификация позволяет организовать иерархический ряд моделей, отличающихся вычислительными затратами и допускающими переход от одной модели к другой в процессе моделирования.

Характерным для ИС является наличие не только активных элементов (диодов, транзисторов и др.), но и пассивных элементов. К последним обычно относят: резисторы, конденсаторы, контактные системы и межсоединения. У них имеется ряд специфических моментов. В частности, модели диодов и пассивных элементов, как правило, более просты, нежели активных элементов. В данной работе остановимся на моделях диодов, резисторов и конденсаторов.

  1. Статическая модель диода

Хорошо известной ФТМ диода является классическая одномерная модель Шокли

а Dp, Dn — коэффициенты диффузии дырок и электронов; pn — равновесная концентрация дырок в n-области; np — равновесная концентрация электронов в p-области; Lp, Ln — диффузионные длины дырок и электронов; A – площадь поперечного сечения p-n-перехода; V — напряжение, прикладываемое к p-n- переходу.

Заметим, что модель Шокли получается с использованием второго и третьего подходов к синтезу моделей.

На практике модель Шокли в виде (1) и (2), как правило, не применяется за исключением, быть может, очень грубых инженерных оценок. Традиционно используются следующие модификации: применяется только формула (4.1); вводится т-фактор; включаются сопротивления, описывающие омическое падение напряжения. В этих случаях согласуемыми с экспериментом параметрами являются: ток насыщения IS; m-фактор; сопротивления.

Сложность моделирования диодов ИС на уровне упрощенных ФТМ связана с несколькими причинами: многомерностью процессов переноса в них; диоды, как правило, реализуются с помощью специального включения активных элементов; влиянием паразитных элементов.

Так, например, в качестве диода в ИС часто используется биполярный n-p- n-транзистор в диодном включении. В быстродействующих схемах в качестве диода чаще применяется эмиттерный p-n-переход, при этом коллекторный p-n- переход закорочен. Такие структуры характеризуются наименьшим временем переключения, малой паразитной емкостью, однако пробивные напряжения невелики. Для повышения последних используется коллекторный p-n-переход. На характеристики диодов в зависимости от схемы включения могут оказывать влияние такие паразитные элементы, как p-n-p-транзистор, емкость изоляции и др.

2. Динамическая модель диода

Наиболее распространенной статической моделью полупроводникового диода является схемная модель, состоящая из линейного сопротивления R, включенного последовательно с управляемым собственным напряжением источником тока, который моделирует режимы слабой и сильной инжекции. Ток источника описывается

где первый сомножитель — модель идеального диода Шокли, IS, фт и N — ее параметры: начальный ток, термический потенциал и эмпирический коэффициент соответственно, Ikf — ток, соответствующий переходу от режима слабой инжекции к сильной. Нередко, особенно для моделирования дискретных диодов, пренебрегают эффектами сильной инжекции, для чего полагают IKF =∞.

К недостаткам этой модели следует добавить следующее:

1. Ток диода растет медленнее, чем по экспоненте, как вследствие влияния последовательного сопротивления, так и перехода к режиму сильной инжекции. Одинаковый характер влияния двух факторов приводит к плохой обусловленности модели, что проявляется в сильной зависимости значений определяемых экспериментально параметров от диапазона выбранных токов, точности измерений и процедуры экстракции параметров.

2. При экстракции параметров методом наименьших квадратов наблюдается плохая повторяемость результатов при изменении начальных условий процедуры экстракции, что объясняется, с одной стороны, высокой жесткостью задачи численной оптимизации, а с другой — неустранимой погрешностью, связанной с необходимостью численного (приближенного) расчета тока диода, вследствие чего увеличивается цифровой шум на дне минимизируемой функции.

Строго говоря, указанную модель следует считать полуфизической, так как: при моделировании диодов, изготовленных из широкозонных полупроводников, в показатель экспоненты модели идеального диода вводится эмпирический коэффициент; переход от режима слабой инжекции к сильной описывается эмпирической зависимостью; допущение о линейности последовательного сопротивления принято без обоснования (известна модель нелинейного сопротивления с дополнительными эмпирическими параметрами). Фактически модель имеет только два безусловно физических параметра — начальный ток и термический потенциал, температурные зависимости которых считаются известными. Остальные параметры считаются независимыми от температуры или эти зависимости аппроксимируются эмпирически.

Читайте также:  Лучшая сталь для ножа - тесты шести сталей на джутовом канате

Известна компактная динамическая модель прямосмещенного р-n-перехода для режима слабой инжекции, уточняющая модель Шокли следующим образом:

где ф = Nфт; а4 и а8 — малые эмпирические параметры (|а8| многочлен — фактически аппроксимирует ошибку модели Шокли (первого сомножителя). Выбор высоких степеней аргумента в используемом полиноме объясняется необходимостью уточнения модели идеального диода только в режиме больших токов. На практике уже один член степенного ряда обеспечивает допустимую точность, поэтому далее рассматривается только этот случай.

Если входящую в (4) модель Шокли заменить моделью (3), то получим новую компактную модель, учитывающую режим сильной инжекции, в виде

Модель, учитывающую оба типа инжекции, можно получить и в другом виде:

где UK = NфT
[(IKF/IS) + 1] — напряжение смещения, соответствующее переходу от режима слабой инжекции к сильной. Зависимости i(u), рассчитанные согласно (5) и (6), практически совпадают, но модель (5) линейна относительно только одного параметра, a4, а модель (6) — относительно двух, a4 и IS, что существенно влияет на точность и скорость экстракции параметров.

Все элементы полупроводниковых интегральных схем (транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы) создаются на базе р-n-переходов в теле кремниевой подложки методами, эпитаксии и диффузии. Резисторы полупроводниковых схем получают в базовой области и их сопротивление определяется ее сопротивлением, которое лежит в пределах от 25 Ом до единиц килоом. Технологическая точность резисторов не превышает ± 30%. Резисторы толстоплёночных микросхем получают методом шелкографии – нанесение через трафареты на поверхность керамических подложек (керамики 22ХС) специальных паст с последующим их вжиганием (методом горячей керамики). Наибольшее распространение в микроэлектронной технике специального назначения получили тонкоплёночные микросхемы, на базе которых создаются большие гибридные интегральные схемы. Объясняется это тем, что тонкоплёночная технология позволяет расширить пределы номинальных значений параметров элементов и получить более высокую точность, стабильность и надёжность.

Рисунок 1. Геометрия тонкопленочного резистора типа “меандр”.

Резисторы тонкопленочных схем создают, напыляя металлы или другие токопроводящие вещества обычно на ситалловые подложки. Конфигурация резисторов определяется топологией (размещением и размерами) резистивного слоя масок, через “окна” в которых проводится напыление. При этом используют как вакуумное термическое испарение, так и катодное распыление. Процесс напыления выполняют в специальных вакуумных установках.

1ср и b – средняя длина и ширина резистора, t, a, L и В – шаг, расстояние между звеньями, длина и ширина меандра.

Таблица 1. Основные параметры тонкоплёночных резисторов

Маски могут быть металлическими и фоторезистивными. Фоторезистивные маски получают методом фотолитографии, разрешающая способность которого составляет единицы микрометра. Однако из технологических и точностных соображений минимально допустимую ширину “окна” в маске выбирают равной 50-100 мкм.

Для напыления резисторов применяют сплав МЛТ-ЗМ, тантал, керметы и силициды.

Основным параметром напыляемого материала является сопротивление квадрата его поверхности ρٱ= ρυ/d, где ρυ — удельное обьёмное сопротивление, Ом • см; d – толщина напыляемой пленки, см.

Важными параметрами для, расчета тонкопленочных резисторов являются также ТКС и удельная мощность рассеивания Р0. Основные параметры тонкопленочных резисторов, получаемых на основе различных напыляемых материалов, приведены в табл.1.

Тонкопленочные резисторы могут иметь форму полоски или меандра обладают рядом преимуществ перед полупроводниковыми: они более стабильны, точны (до ± 5%) и имеют диапазон номиналов сопротивлений до 100 кОм, который обычно ограничивается в пределах от 50 Ом до 50 кОм.

Интегральные конденсаторы формируются преимущественно на основе барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного р-n-переходов биполярных транзисторов.

Для интегральных конденсаторов, формируемых на основе р-n-переходов, сопротивление R определяется в основном сопротивлением области, непосредственно прилегающей к области объемного заряда перехода, так как оно обычно значительно превышает сопротивление области с относительно низким удельным сопротивлением. Конденсатор, рассчитанный на высокое пробивное напряжение, будет иметь меньшую добротность по сравнению с конденсатором, рассчитанным на низкое пробивное напряжение. Тем не менее следует отметить, что даже низковольтный интегральный конденсатор, формируемый на основе р-n-перехода, имеет малую добротность по сравнению с конденсаторами, используемыми в схемах на дискретных элементах.

Читайте также:  Регулировка клапанов ВАЗ 2101, ВАЗ 2106, ВАЗ 2107

В моделях интегральных конденсаторов следует учитывать зависимость емкости от режима, а также пробивное напряжение, которое зависит от технологии и может оказаться недостаточно большим. Паразитным элементом диффузионных и пленочных конденсаторов является сопротивление потерь материала обкладок.

Важная особенность интегральных конденсаторов заключается в том, что их емкость зависит от изменения напряжения, приложенного к р-n-переходу. Максимальное значение удельной емкости конденсатора достигается тогда, когда напряжение внешнего смещения равно нулю и емкость структуры определяется только диффузионным, или контактным потенциалом. Однако такой режим работы конденсатора практически неприемлем. Исключение представляет случай очень малой амплитуды напряжения, поскольку переход должен находиться в непроводящем состоянии при любой фазе приложенного напряжения.

Основные причины, из-за которых интегральные конденсаторы yе используются в современных цифровых логических элементах разных типов структур — их небольшая удельная емкость и значительная занимаемая площадь на подложке, превышающая площадь, занимаемую транзистором, поэтому применение конденсаторов в полупроводниковых интегральных схемах неэкономично.

Недостатки, связанные с применением интегральных конденсаторов, изготовляемых на p — n — переходах, в значительной степени можно устранить, если воспользоваться другим способом формирования конденсатора, в частности МДП-конденсатора на основе пленки двуокиси кремния. Такие конденсаторы отличаются лучшими электрическими характеристиками и находят применение в широком классе перспективных полупроводниковых ИМС, в том числе в линейных полупроводниковых ИМС. Процесс изготовления интегральных МДП-конденсаторов не требует дополнительных технологических операций, так как получение окисла, используемого в качестве диэлектрика, можно легко совместить с одной из операций локальной диффузии.

Волоконно-оптические линии связи: состав и функции основных элементов

Волоконно-оптические линии связи сегодня пользуются большой популярностью. Главная особенность таких сетей заключается в том, что с их помощью возможно обеспечить передачу солидных потоков информации с очень большой скоростью.

Оптические кроссы, мультиплексоры, модуляторы и т.д. –много различных элементов входит в состав сети. Следует разобраться в том, какую конкретно функцию выполняет каждое из этих устройств.

Для начала следует отметить, что компоненты любой волоконно-оптической сети передачи данных можно разделить на пассивные и активные.

Пассивные элементы ВОЛС

К данной категории относится, в первую очередь, оптический кабель. Он состоит из нескольких волокон, по которым, собственно, и осуществляется передача данных. Исходя из числа волокон, входящих в состав кабеля, определяется его емкость.

Еще одним пассивным элементом оптической линии связи является муфта. С ее помощью осуществляется соединение кабелей. Еще одним пассивным элементом является оптический кросс. С его помощью обеспечивается подключение кабеля к различному оборудованию (в том числе и к оконечным устройствам из состава сети).

Очень часто можно встретить такое название, какpatch-cord(патч-корд). Оно используется для обозначения кабеля (шнура), при помощи которого выполняется соединение оборудования между собой или его подключение к передающей сети. Патч-корд может быть любого типа, но есть одно очень важное условие – его длина не должна превышать 5 метров (исключением является вариант для открытых офисов согласно стандарту TSB-75).

Активные элементы ВОЛС

Что касается активных элементов ВОЛС, то сюда относятся:

  • мультиплексоры и демультиплексоры. При помощи этих устройств реализуется принцип спектрального разделения каналов, обеспечивающий высокую пропускную способность сетей;
  • регенераторы, при помощи которых осуществляется восстановление формы импульса на приемном конце системы;
  • лазеры. В ВОЛС они выступают в роли источников излучения, при помощи которого и передается информация;
  • модуляторы. Это устройство обеспечивает изменение формы несущего колебания в соответствии с передаваемыми данными. В настоящее время большое распространение имеют системы с прямой модуляцией, где на лазер возложены также и функции модулятора;
  • усилители. При помощи данного элемента обеспечивается обеспечение заданного уровня мощности сигнала при передаче на большие расстояния;
  • фотоприемник, при помощи которого выполняется оптоэлектронное преобразование сигнала.

Видно, что в состав ВОЛС входит большое количество компонентов. Для того чтобы они функционировали так, как нужно, следует доверять монтаж сетей профессионалам.

Схемы Соединения Электрической Цепи

Параллельное соединение.

Метод эквивалентных преобразований. Как находить токи и напряжения в цепи

Что нужно для работы электротехнического устройства?

На представленной схеме хорошо просматривается возможность протекания тока различными путями. Если цепь содержит отличные от перечисленных компоненты, то она называется нелинейной. Для приемника задается его сопротивление R.

Номинальные значения тока напряжения и мощности соответствуют выгодным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и т. При этом соединении напряжение на каждом участке равно напряжению U, которое приложено к узловым точкам цепи.
Монтажные схемы и маркировка электрических цепей

Читайте также:  Замена передних тормозных колодок на ВАЗ-2110, фото и видео, цена

Активные и пассивные элементы электрической цепи

Эти же соображения относятся и к многофазным электродвигателям. Если ток изменяется в определённых пределах которые зависят от детали , то нижняя граница всегда равна нулю, и эта составляющая начинает отдавать энергию внешней цепи.

Параллельное соединение конденсаторов


Если в электрическую цепь были включены источники напряжений, то данный показатель будет равен нулю. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту, от напряжения на этом компоненте называется вольт-амперной характеристикой ВАХ. Причем включение или отключение одного или нескольких потребителей не отражается на работе остальных.

В ней содержатся условные обозначения элементов, а также способы из соединения. Основные элементы электрической цепи, в зависимости от конструкции и роли в схемах, могут быть классифицированы по разным системам. Во всех практических случаях реальные источники ЭДС или источники питания не являются идеальными, так как обладают внутренним сопротивлением. Различают два типа источников: первичные, когда в электрическую энергию превращается другой вид, и вторичные, которые на входе, и на выходе имеют электрическую энергию в качестве примера можно привести выпрямительное устройство.

Исследования в данной области были вызваны требованиями развивающегося производства, а успехам в развитии многофазных систем способствовали открытия в физике электрических и магнитных явлений. Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания потребителей. Рассмотрим процесс возникновения синусоидальной ЭДС. Так, когда элемент нагревается, то сопротивление начинает возрастать. В этом случае ток в нагрузке становится равным нулю, и как следует из соотношения 1.
КАК ТЕЧЁТ ТОК В СХЕМЕ — Читаем Электрические Схемы 1 часть

Схема электрической цепи – применение и классификация.

Однако, в современных электромеханических системах, где для управления исполнительными двигателями используются преобразователи частоты, система напряжений в общем случае является несинусоидальной.

Источник питания на рис. Действующее значение связано с амплитудным простым соотношением 2. Нюансы графической маркировки Чтобы удобнее было анализировать и рассчитывать электрическую цепь, её изображают в виде схемы.

Активный двухполюсник содержит источники электрической энергии, а пассивный двухполюсник их не содержит.

Когда по цепи течет ток, за некоторое время по ней пройдет некоторое количество электричества и выполнится определенная работа. В этом случае они считаются первичными. Каждая электрическая цепь включает в себя различные устройства и объекты, создающие пути для прохождения электрического тока. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной на рис.

Электрическая цепь с параллельным соединением элементов

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой. При этом электромагнетические процессы могут быть описаны с помощью знаний об электрическом токе, а также тех, что предлагает электродвижущая сила и напряжение. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту, от напряжения на этом компоненте называется вольт-амперной характеристикой ВАХ. Виды элементов Условно их можно разделить на три группы: Источники питания.

Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует см. Согласованный режим Согласованный режим электрической цепи обеспечивает максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю. Напряжение же выравнивается в местах зажимов на уровень ЭДС.

При выходе из строя одной из фаз, нулевой провод может заменить ее и предотвратить аварийную ситуацию в трехфазной цепи. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Во всех практических случаях реальные источники ЭДС или источники питания не являются идеальными, так как обладают внутренним сопротивлением.

При изменении тока в пределах активной двухполюсник эквивалентный источник отдает энергию во внешнюю цепь участок I вольт-амперной характеристики на рис. Нелинейные элементы электрической цепи обладают сопротивлением, которое растёт при повышении напряжения, что подводится к лампе. Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры. Последовательное включение источников питания источников ЭДС применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС рис.
Лекция по электротехнике 1.1 — Схемы электрической цепи

Ссылка на основную публикацию
Электрика автомобиля краткое обучение для автолюбителя
Автоэлектрика самоучитель Автолитература для автоэлектриков и автолюбителей. Ходасевич А.Г., Ходасевич Т.И. Справочник по устройству и ремонту электронных приборов автомобилей в...
Щётки на Поло седан; Про щётки
Как поменять щетки стеклоочистителя Поло седан Когда в начале 20 века начался стремительный рост мощностей моторов на первых автомобилях, а...
Щетки не работают причина ремонт на 21099
Какие дворники на ваз 21099 Размер щеток стеклоочистителя на автомобилях ВАЗ 2108, 2109, 21099, 2110, 2111 и 2112 Все указанные...
Электрика в деревянном доме
Провод СИП а старого провода на СИП В данной статье я расскажу и покажу на наглядном примере, процесс замены проводов...
Adblock detector