Резисторная модель с насыщением скорости и дополнительным допуском, эксплуатационными пределами, поведением при отказе и шумом
Simscape/Электрическая/Пассивная
Блок диффузионного резистора представляет резистор с насыщением скорости, позволяя моделировать следующие эффекты:
Эти опции моделирования можно включать и выключать независимо друг от друга.
В простейшей форме сопротивление блока диффузионного резистора составляет:
p31 + | start3vpn | 33)
где:
R0 - сопротивление нулевому смещению.
p2 и p3 - квадратичные и линейные коэффициенты напряжения соответственно.
δ 2 и start3 являются обратными напряжениями для квадратичной и линейной активации напряжения соответственно.
vpn - напряжение, приложенное к резистору.
При низком смещении,
p2start22vpn22)
и, следовательно, p2 и start2 определяют квадратичное поведение резистора с низким смещением.
При высоком смещении,
p2start2 + p3start3))
и, следовательно, p3 и start3 воздействуют только на линейное поведение резистора с высоким смещением.
Можно использовать зависимость напряжения сопротивления от насыщения скорости модели в диффузном резисторе. Для достаточно высокого напряжения,
p3start3)
где isat - ток насыщения.
Упрощенная модель параметризации предполагает, что квадратичные и линейные коэффициенты одинаковы. Это является одним из рекомендуемых предположений для модели r2_cmc, предоставленной Коалицией компактных моделей, в качестве разумного первоначального предположения при выполнении извлечения параметров. С помощью этого предположения можно определить два новых параметра, Критическое напряжение и Угловое напряжение, которые обеспечивают более простое средство для параметризации моделей:
где:
vcrit - критическое напряжение.
vco - угловое напряжение.
При высоком напряжении,
и поэтому критическое напряжение является обратным наклону увеличения R/R0 с напряжением.
При такой параметризации ток насыщения равен
vcritR0
Можно применить допуски к номинальному значению, указанному для параметра Сопротивление (Resistance). В листах данных обычно указывается процент допуска для данного типа резистора. В таблице показано, как блок применяет допуски и вычисляет сопротивление на основе выбранной опции приложения Допуск (Tolerance).
| Выбор | Значение сопротивления |
|---|---|
| R0 |
| Равномерное распределение: R0· (1 - tol + 2· tol· Гауссово распределение: R0· (1 + tol· |
| R0· (1 + tol) |
| R0· (1 - tol) |
В таблице,
R0 - значение параметра сопротивления, номинальное сопротивление нулевого смещения.
tol - дробный допуск, допуск (% )/100.
nSigma - это значение, указанное для параметра Количество стандартных отклонений для приведенного допуска.
rand и randn являются стандартными функциями MATLAB ® для генерации равномерных и нормальных случайных чисел распределения.
Примечание
При выборе Random tolerance и вы находитесь в режиме «Быстрый перезапуск», случайное значение допуска обновляется при каждом моделировании, если хотя бы одно из значений между дробным допуском, tol или числом стандартных отклонений для приведенного допуска, nSigma, имеет значение Run-time и определяется переменной (даже если эта переменная не изменяется).
Можно задать рабочие пределы по мощности и максимальному рабочему напряжению. Для теплового варианта блока (см. «Тепловой порт») можно также задать рабочие пределы с точки зрения температуры.
При превышении рабочего предела блок может либо выдать предупреждение, либо остановить моделирование с ошибкой. Дополнительные сведения см. в разделе Параметры рабочих пределов.
Блок диффузионного резистора позволяет моделировать электрический отказ как мгновенное изменение сопротивления. Блок может инициировать события отказа:
В определенное время
При превышении текущего предела более чем на определенный интервал времени
Эти триггерные механизмы можно включать или отключать отдельно или использовать вместе, если при моделировании требуется несколько триггерных механизмов. Если активизировано несколько механизмов, приоритет имеет первый механизм, инициирующий отказ. Другими словами, компонент выходит из строя не более одного раза при моделировании.
Когда резистор выходит из строя, его сопротивление изменяется на значение, указанное для параметра Faulted zero-voltage resistance (Неисправное сопротивление нулевого напряжения). Можно также выбрать, выдавать ли утверждение при возникновении сбоя, используя параметр Reporting when a fault. Утверждение может иметь форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает утверждение.
Блок диффузионного резистора может генерировать ток теплового шума. Если для параметра Noise mode установлено значение Enabled, то блок включает в себя источник шумового тока, подключенный параллельно диффузионному резистору.
Если время выборки равно h, то тепловой шум задается следующим образом:
0,1) ч
где:
k - постоянная Больцмана, 1.3806504e-23 Дж/К.
T - температура.
R - сопротивление.
N - гауссово случайное число с нулевым средним и стандартным отклонением единицы.
2kT/R - двустороннее распределение мощности теплового шума (односторонний эквивалент - 4kT/R).
Блок генерирует гауссовский шум, используя источник случайных чисел PS в библиотеке Simscape™ Foundation. Можно управлять начальным числом случайных чисел, задав параметр Repeatability:
Not repeatable - Каждый раз при моделировании модели блок сбрасывает случайное начальное число с помощью генератора случайных чисел MATLAB:
seed = randi(2^32-1);
Repeatable - блок автоматически генерирует начальное значение и сохраняет его внутри блока, чтобы всегда начинать моделирование с одного и того же случайного числа. Это автоматически генерируемое начальное значение устанавливается при добавлении блока диффузионного резистора из библиотеки блоков в модель. При создании новой копии блока диффузионного резистора из существующего в модели генерируется новое начальное значение. Блок устанавливает значение с помощью команды генератора случайных чисел MATLAB, показанной выше.
Specify seed - При выборе этой опции дополнительный параметр Seed позволяет непосредственно указать начальное значение случайного числа.
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и добавляет вкладки Тепловой (Thermal) и Переменные (Variables) в диалоговое окно блока.
Вкладка Тепловой (Thermal) используется для задания изменения значения сопротивления в зависимости от температуры и задания тепловой массы. Используйте вкладку Переменные (Variables), чтобы задать начальную целевую температуру.
Для теплового варианта определяющее уравнение сопротивления дополняется дополнительным температурным масштабированием:
start2vpn) 2 + p31 + | start3vpn | 33)
где и - линейный и квадратичный коэффициенты температурного масштабирования соответственно.
Tmeas
где:
Цим - температура моделирования.
Tmeas - температура измерения.
При открытом тепловом порте генерируемый шум использует температуру на тепловом порте при определении мгновенного значения шума. Отображение теплового порта также расширяет опции на вкладке Operating Limits следующим образом:
Параметр Power rating становится зависящим от температуры. Определяется температура, до которой доступна полная номинальная мощность, плюс более высокая температура, для которой номинальная мощность снижается до нуля. Предполагается, что номинальная мощность линейно уменьшается с температурой между этими двумя значениями.
Дополнительный параметр Рабочий диапазон температур [Tmin Tmax] позволяет определить допустимый диапазон температур для работы блока.
Раздел «Переменные» интерфейса блока используется для установки приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.
Этот раздел отображается только для блоков с открытым тепловым портом. Переменная Температура (Temperature) позволяет указать высокоприоритетную цель для температуры в начале моделирования.
Моделирование с включенным шумом замедляет моделирование. Выберите время выборки (h) так, чтобы шум генерировался только на интересующих частотах, а не выше.