Diffusion Resistor
Модель Resistor со скоростным насыщением и дополнительным допуском, операционными пределами, поведением отказа и шумом
- Библиотека:
Simscape / Электрический / Пассивный элемент
Описание
Блок Diffusion Resistor представляет резистор скоростным насыщением, позволяя вам смоделировать следующие эффекты:
Можно включить и выключить эти опции моделирования друг независимо от друга.
В его самой простой форме сопротивление блока Diffusion Resistor:
где:
R0 является сопротивлением нулевого смещения.
p2 и p 3 являются квадратичными и линейными коэффициентами напряжения, соответственно.
θ2 и θ 3 являются обратными напряжениями для квадратичной и линейной активации напряжения, соответственно.
vpn является примененным напряжением через резистор.
При низком смещении,
и поэтому p2 и θ2 определяют низкое смещение квадратичное поведение резистора.
При высоком смещении,
и поэтому p3 и θ3 влияют только на высокое смещение линейное поведение резистора.
Можно использовать зависимость напряжения сопротивления скоростному насыщению модели в диффузионном резисторе. Для достаточно высокого напряжения,
где isat является текущим насыщением.
Упрощенная параметризация
Упрощенная модель параметризации принимает, что квадратичные и линейные коэффициенты являются тем же самым. Это - одно из рекомендуемых предположений для r2_cmc модели, предоставленной Коалицией Компактной модели как разумное исходное предположение при выполнении экстракции параметра. С этим предположением возможно задать два новых параметра, Critical voltage и Corner voltage, которые обеспечивают более простые средние значения для параметризации моделей:
где:
vcrit является критическим напряжением.
vco является угловым напряжением.
В высоком напряжении,
и поэтому, критическое напряжение является обратной величиной наклона увеличения R/R0 с напряжением.
С этой параметризацией текущее насыщение
Допуски
Можно применить допуски к номинальной стоимости, вы предусматриваете параметр Resistance. Таблицы данных обычно обеспечивают процент допуска для данного типа резистора. Таблица показывает, как блок применяет допуски и вычисляет сопротивление на основе выбранной опции Tolerance application.
| Опция | Значение сопротивления |
|---|---|
| R 0 |
| Равномерное распределение: R0 · (1 – tol + 2 · tol · Распределение Гаусса: R0 · (1 + tol · |
| R0 · (1 + tol) |
| R0 · (1 – tol) |
В таблице,
R 0 является значением параметров Resistance, номинальным сопротивлением нулевого смещения.
tol является дробным допуском, Tolerance (%)/100.
nSigma является значением, вы предусматриваете параметр Number of standard deviations for quoted tolerance.
randиrandnстандартный MATLAB® функции для генерации случайных чисел равномерного и нормального распределения.
Примечание
Если вы выбираете Random tolerance опция и вы находитесь в режиме "Fast Restart", случайное значение допуска обновляется на каждой симуляции, если по крайней мере один между дробным допуском, tol, или Number of standard deviations for quoted tolerance, nSigma, установлен во Время выполнения и задан с переменной (даже если вы не изменяете ту переменную).
Работа пределами
Можно задать операционные пределы в терминах степени и максимального рабочего напряжения. Для теплового варианта блока (см. Тепловой Порт), можно также задать операционные пределы в терминах температуры.
Когда операционный предел превышен, блок может или сгенерировать предупреждение или остановить симуляцию с ошибкой. Для получения дополнительной информации смотрите Операционный Предельный раздел параметров.
Отказы
Блок Diffusion Resistor позволяет вам моделировать электрическую неисправность как мгновенное изменение в сопротивлении. Блок может инициировать события отказа:
В определенное время
Когда текущий предел превышен для дольше, чем определенный временной интервал
Можно включить или отключить эти триггерные механизмы отдельно или использовать их вместе, если больше чем один триггерный механизм требуется в симуляции. Когда больше чем один механизм включен, первый механизм, который инициирует отказ, более приоритетен. Другими словами, компонент перестал работать не больше, чем однажды на симуляцию.
Когда резистор перестал работать, его сопротивление изменяется на значение, которое вы задаете для параметра Faulted zero-voltage resistance. Можно также выбрать, выпустить ли утверждение, когда отказ происходит, при помощи параметра Reporting when a fault occurs. Утверждение может принять форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выпускает утверждение.
Тепловой шум
Блок Diffusion Resistor может сгенерировать текущий тепловой шум. Если вы устанавливаете параметр Noise mode на Enabled, затем блок включает шумовой текущий источник, соединенный параллельно с резистором диффузии.
Если временем выборки является h, то тепловым шумом дают:
где:
k является Постоянная Больцмана, 1.3806504e-23 J/K.
T является температурой.
R является сопротивлением.
N является Гауссовым случайным числом с нулевым средним и стандартным отклонением одного.
2kT/R является двусторонним распределением электроэнергии теплового шума (односторонним эквивалентом является 4kT/R).
Блок генерирует Гауссов шум при помощи источника PS Random Number в библиотеке Simscape™ Foundation. Можно управлять seed случайных чисел путем установки параметра Repeatability:
Not repeatable— Каждый раз, когда вы симулируете свою модель, блок сбрасывает случайный seed с помощью генератора случайных чисел MATLAB:seed = randi(2^32-1);
Repeatable— Блок автоматически генерирует начальное значение и хранит его в блоке, чтобы всегда начать симуляцию с того же случайного числа. Это автоматически сгенерированное начальное значение установлено, когда вы добавляете блок Diffusion Resistor от библиотеки блоков до модели. Когда вы делаете новую копию блока Diffusion Resistor из существующего в модели, новое начальное значение сгенерировано. Блок устанавливает значение с помощью команды генератора случайных чисел MATLAB, показанной выше.Specify seed— Если вы выбираете эту опцию, дополнительный параметр Seed позволяет вам непосредственно задать начальное значение случайных чисел.
Тепловой порт
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и добавляет вкладку Thermal и вкладку Variables к диалоговому окну блока.
Используйте вкладку Thermal, чтобы задать, как значение сопротивления изменяется с температурой и установить количество тепла. Используйте вкладку Variables, чтобы поставить начальную температурную цель.
Для теплового варианта уравнение определения для сопротивления увеличивается с дополнительным температурным масштабированием:
где и линейные и квадратичные температурные масштабные коэффициенты, соответственно.
где:
T sim является температурой симуляции.
T meas является температурой измерения.
С тепловым осушенным портом сгенерированный шум использует температуру в тепловом порте при определении мгновенного шумового значения. Осушение теплового порта также расширяет опции на вкладке Operating Limits можно следующим образом:
Параметр Power rating становится температурным зависимым. Вы задаете температуру, до которой оценка полной мощности доступна плюс более высокая температура, для которой номинальная мощность уменьшается до нуля. Это принято, что номинальная мощность уменьшается линейно с температурой между этими двумя значениями.
Дополнительный параметр, Operating temperature range, [Tmin Tmax], позволяет вам задать допустимый диапазон температур для блочной операции.
Переменные
Используйте раздел Variables интерфейса блока, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.
Этот раздел появляется только для блоков с осушенным тепловым портом. Переменная Temperature позволяет вам задать высокоприоритетную цель для температуры в начале симуляции.
Основные допущения и ограничения
Симуляция с включенным шумом замедляет симуляцию. Выберите шаг расчета (h) так, чтобы шум был сгенерирован только на частотах интереса, и не выше.