أخبار التكنولوجيا

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: مقدمة للدوائر المحددة


ما هي دائرة المحدد؟

أ المحدد الدائرة – وتسمى أيضًا تمييز السعة (القطاعة) – يشبه مقوم نصف الموجة البسيط، فيما عدا أن إشارة الخرج هي انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي وليس عبر المقاومة. الجدة الثانية تتمثل في بطارية متصلة على التوالي بالصمام الثنائي.

قبل تحليل مثل هذه الدائرة، من الضروري التفكير في الصعوبات التي تمت مواجهتها في تطوير برامج المحاكاة. في هذا العدد، سنوضح أنه على الرغم من أن لغة البرمجة التقليدية تتطلب تنفيذ روتين يحتوي على العديد من أسطر التعليمات البرمجية، باستخدام الرياضيات يتيح لك البرنامج حل المشكلة باستخدام سطر واحد فقط من التعليمات البرمجية.

الإجراء العددي

لنبدأ بأبسط دائرة على الإطلاق: المقاومة ر تغذيها إشارة الإدخال فين (ر) = الخامسم خطيئة ωt. نحن نتعامل مع هذه الكمية كإشارة خرج، في حين يتم قياس التيار بعامل ر-1. في هذه الحالة، يقال إن المحاكاة متطابقة، بمعنى أنها تستنسخ إشارة الدخل.

ثم يتم إدخال الصمام الثنائي D على التوالي مع المقاوم ر كما هو مبين في الشكل 1.


24.10.2023

تقرير خاص: GaN وSiC في جميع أنحاء العالم

16.10.2023

إتقان قابلية النقل في ثورة أجهزة الذكاء الاصطناعي

13.10.2023

الشكل 1: المقاوم مع الصمام الثنائي على التوالي.
الشكل 1: المقاوم مع الصمام الثنائي على التوالي

وبتطبيق مبدأ كيرشوف الثاني ومع الأخذ في الاعتبار خاصية الجهد والتيار نصل بعد خطوات بسيطة إلى المعادلة التالية:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: مقدمة للدوائر المحددة

نذكر ذلك الخامست هو المكافئ الحراري بالفولت، وفي درجة حرارة الغرفة يساوي 26 مللي فولت.

ولذلك فإن التيار المتدفق في السلسلة RD هو حل المعادلة (1). وهذا ما يسمى “المعادلة الوظيفية” لأن المجهول هو دالة وليس رقمًا.

لنفترض على الفور أن المعادلة (1) لا يمكن حلها في صورة مغلقة، لأننا لا نستطيع الحصول على تعبير تحليلي للتيار أنا(ر) تتدفق في الدائرة. بعد ذلك، يمكننا المضي قدما عدديا الرياضيات إجراء أخذ العينات المنفصلة للمتغير المستمر ر في فترة الدورية [0, 2π/ω]أي العضو الثاني في المعادلة (1). والنتيجة هي نظام ن المعادلات المنفصلة:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: مقدمة للدوائر المحددة

والتي يمكن حلها بسهولة مع الرياضيات من خلال بيان الحل. على سبيل المثال، من أجل:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: مقدمة للدوائر المحددة

قائمة الحلول {س0، س1، …، سن } يتم رسمها كدالة لـ رن كما هو مبين في الشكل 2. من خلال الانضمام بخط مستمر، نحصل على الاتجاه الموضح في الشكل 3.

الشكل 2: اتجاه الحلول xn = in، موجود عددياً.
الشكل 2: اتجاه الحلول سن = أنان, وجدت عدديا
الشكل 3: اتجاه الحلول xn = in، التي تم الحصول عليها باستخدام تعليمات ListLinePlot.
الشكل 3: اتجاه الحلول سن = أنان, تم الحصول عليها باستخدام تعليمات ListLinePlot

إجراء رمزي

من الأفضل إعادة كتابة المعادلة الوظيفية (1) بالشكل التالي:

ملاحظات علمية عن إلكترونيات الطاقة: مقدمة للدوائر المحددة

أين س (ر) هي شدة التيار التي تم تطبيعها على تيار التشبع العكسي، أ = ري0/الخامست، و F (ر) = الخامسفي(ر). من خلال العمل في الوضع الرمزي، نجبر Wolfram Language Kernel على إيجاد الحل س(ر) من خلال تعليمات الحل. يتم التعبير عن الإخراج المقابل عبر وظيفة Lambert W المضمنة في لغة Wolfram ويتم استدعاؤها بواسطة تعليمات ProductLog.

بالنسبة للمدخلات الجيبية، فمن الأفضل افتراض المقاومة ر وقيمة الذروة الخامسم كمعلمات. للتردد الزاوي الذي نفترضه كالمعتاد ω = 20راد/مع مراعاة أن النتائج مستقلة عن هذه الكمية. على العكس من ذلك، ر و الخامسم تعتبر حاسمة، وخاصة قيمة الذروة فيما يتعلق بتأثير مقوم الصمام الثنائي. على سبيل المثال، إذا الخامسم = 1mV، لا يصحح الدايود مهما كانت قيمته ركما هو موضح في الرسوم البيانية في الأشكال 4-5.

الشكل 4: اتجاه التيار المعبر عنه بالأمبير، بالنسبة لـ R = 1 Ω.
الشكل 4: اتجاه التيار المعبر عنه بالأمبير ر = 1Ω
الشكل 5: اتجاه التيار المعبر عنه بالأمبير، بالنسبة لـ R = 1MΩ.
الشكل 5: اتجاه التيار المعبر عنه بالأمبير ر = 1 ميجا أوم

في الأساس، يرجع هذا السلوك إلى تسوية إشارة الدخل إلى المكافئ الحراري بالفولت، أي: الخامست = 26 مللي فولت. يجب أن تكون قيمة الذروة للمدخلات عالية بما يكفي فيما يتعلق بـ الخامست. وهذا ما يؤكده الرسم البياني في الشكل 6، والذي نرى من خلاله أن المقوم مثالي عمليًا، ولكنه على أية حال يكاد يكون عبارة عن دائرة قصر منحازة للأمام بسبب انخفاض الجهد ر قيمة. ل ر = 1 MΩ ومع الحفاظ على قيمة الذروة للمدخلات، نحصل على الرسم البياني في الشكل 7.

انخفاض الجهد عبر ر سيكون له نفس اتجاه التيار بسبب خطية المكون الأومي. وبخلاف ذلك، فإننا نتوقع اتجاهاً مشوهاً فيما يتعلق بهبوط الجهد عبر الدايود. إذا استخدمنا الكمية المحسوبة بواسطة الرياضيات، نجد الاتجاه الغريب في الشكل 8، حيث يتم اقتطاع الحد الأدنى من الذروة لنصف الموجة السلبية لإشارة الدخل. وهذا نتيجة لتحذيرات نواة الرياضيات في البحث عن حلول المعادلة (4). للتحقق مما قيل، يكفي حساب الجهد الخامسد باستخدام مبدأ كيرشوف الثاني ومن ثم رسم الحل بيانيا (انظر الشكل 9).

الشكل 6: اتجاه الكثافة الحالية لـ R = 1Ω وVM = 10V.
الشكل 6: اتجاه الشدة الحالي ل ر = 1Ω و الخامسم = 10 فولت
الشكل 7: اتجاه الكثافة الحالية لـ R = 1MΩ وVM = 10V.
الشكل 7: اتجاه الشدة الحالي ل ر = 1MΩ و الخامسم = 10 فولت
الشكل 8: اتجاه انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي لـ R = 10Ω وVM = 1V.
الشكل 8: اتجاه انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي ر = 10Ω و الخامسم = 1 فولت
الشكل 9: الاتجاه الصحيح لانخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي لـ R = 10Ω وVM = 1V.
الشكل 9: الاتجاه الصحيح لانخفاض الجهد عبر الدايود ر = 10Ω و الخامسم = 1 فولت

مراجع

1 ولفرام س.، مقدمة ابتدائية للغة Wolfram.
2 ريدل أ، صامويل ديك، الهندسة الإلكترونية التطبيقية مع Mathematica. شركة أديسون ويلسي للنشر.
3 نحوي م.، إدمينستر ج.، مخطط شوم للدوائر الكهربائية.
4 ميلمان ج.، جرابيل أ.، الالكترونيات الدقيقة.
5 ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *