Capacitor
Линейный или нелинейный конденсатор, учитывающий погрешность емкости.
Описание
Блок Capacitor позволяет моделировать линейные, нелинейные (заданные табличными характеристиками) и частотно-зависимые конденсаторы, учитывающие погрешность.
Когда моделируется линейный конденсатор и не учитывается погрешность емкости, поведение компонента идентично блоку Capacitor.
В своей простейшей форме блок Capacitor моделирует линейный конденсатор, описываемый следующим уравнением:
где:
-
— ток.
-
— емкость.
-
— напряжение.
-
— время.
Чтобы смоделировать нелинейный или полярный конденсатор, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table и заполните таблицу значений напряжения-емкости:
-
Для полярных конденсаторов эта справочная таблица асимметрична по отношению к приложенному напряжению на клеммах, снимите флажок для параметра Symmetric C-V table.
-
Для других типов нелинейных конденсаторов симметрию таблицы емкости относительно приложенного напряжения на клеммах обеспечивается установкой флажка для параметра Symmetric C-V table.
Чтобы смоделировать частотно-зависимый конденсатор с омическими и диэлектрическими потерями, установите для параметра Capacitance model значение Dielectric relaxation (Debye). Модель релаксации Дебая рассматривает совокупность невзаимодействующих диполей в частотной области. Результат выражен в комплексной диэлектрической проницаемости. Действительная ( ) и мнимая ( ) части комплексной диэлектрической проницаемости задаются уравнениями:
,
где:
-
— радиальная частота.
-
— реальная проницаемость на очень высокой частоте.
-
— реальная проницаемость на низкой частоте.
-
— постоянная времени релаксации.
Во временной области характеристическое уравнение для конденсатора в модели Дебая имеет вид
,
где
-
— низкочастотная емкость.
-
.
-
— заряд.
-
— ток.
-
— напряжение на конденсаторе.
В большинстве спецификаций не указываются явные значения комплексной проницаемости и времени релаксации, однако часто приводится тангенс угла диэлектрических потерь на двух частотах. Параметры и могут быть получены из этих значений, как описано в уравнениях:
,
где:
-
и — две различные частоты.
-
и — коэффициенты диссипации, рассчитанные на указанных частотах соответственно.
Для корректной настройки в модели Дебая аргумент квадратного корня должен быть положительным.
Погрешности
Вы можете добавить погрешность к номинальному значению, заданному для параметра Capacitance. В технических описаниях обычно указывается такая погрешность. В таблице показано, как блок применяет погрешность и рассчитывает емкость в зависимости от выбранного значения параметра Tolerance application.
| Значение параметра Tolerance application | Значение индуктивности |
|---|---|
|
|
|
Равномерное распределение: Нормальное распределение: |
|
|
|
|
В таблице:
|
|
Параметры
Main
Capacitance model — тип конденсатора
Constant (по умолчанию) | Lookup table | Dielectric relaxation (Debye)
Выберите тип конденсатора:
-
Constant— линейный конденсатор с номинальной емкостью, заданной значением параметра Capacitance. -
Lookup table— нелинейный конденсатор, где номинальное значение емкости изменяется в зависимости от значения приложенного напряжения на клеммах. -
Dielectric relaxation (Debye)— частотно-зависимый конденсатор с омическими и диэлектрическими потерями.
Capacitance — номинальное значение емкости
1e−6 Ф (по умолчанию) | положительная | скалярная
Номинальное значение емкости для линейного конденсатора или низкочастотная емкость в параметризации Дебая.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Constant или Dielectric relaxation (Debye).
Capacitance values — вектор значений емкости
[1e−05, 1e−06] Ф (по умолчанию) | положительный вектор
Вектор значений емкости для поиска в таблице по соответствующему значению напряжения. Длина вектора должна быть такой же, как длина вектора значений напряжения.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table.
Corresponding voltage values — входной вектор значений напряжения
[0, 10] В (по умолчанию)
Входной вектор значений напряжения для расчета емкости на основе таблицы. Длина вектора должна быть больше или равна 2, а значения должны быть строго монотонными, либо возрастающими, либо убывающими.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table.
Symmetric C-V table — данные таблицы
включено (по умолчанию) | выключено
Укажите, как использовать данные таблицы:
-
включено— обеспечение симметрии емкости относительно приложенного напряжения на клеммах. -
выключено— значение для моделирования полярных конденсаторов. Например, при значениях параметров по умолчанию для табличной емкости, приложенное напряжение-10В даст номинальную емкость1e−6Ф. Однако если снять флаг Symmetric C-V table, результирующее значение емкости будет1e−5Ф, поскольку блок использует ближайшее входное значение для экстраполяции.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Lookup table.
Frequencies for specifying dissipation factors [f1 f2] — частоты для расчета тангенса угла диэлектрических потерь
[1, 10] кГц (по умолчанию)
Частоты, на которых рассчитываются тангенсы угла диэлектрических потерь [DF1 DF2], в кГц.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Dielectric relaxation (Debye).
Dissipation factors (%) at f1 and f2 [DF1 DF2] — коэффициенты диэлектрических потерь
[0.8, 1.2] (по умолчанию)
Отношение между эквивалентным последовательным сопротивлением и емкостным реактивным сопротивлением, или тангенс угла потерь. Коэффициенты диэлектрических потерь являются общей метрикой для конденсаторов.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Capacitance model значение Dielectric relaxation (Debye).
Capacitance tolerance (%) — погрешность емкости
5 (по умолчанию)
Погрешность емкости, указанная в техническом паспорте. Для конденсаторов, характеристики которых заданы таблицей эта погрешность применяется сразу ко всей таблице.
Tolerance application — применение погрешности
None — use nominal value (по умолчанию) | Random tolerance | Apply maximum tolerance value | Apply minimum tolerance value
Выберите способ применения погрешности во время моделирования:
-
None — use nominal value— блок не применяет погрешность, использует номинальное значение емкости. -
Random tolerance— блок применяет случайное смещение к значению емкости в пределах погрешности. Вы можете выбрать равномерное или нормальное распределение для расчета случайного числа с помощью параметра Tolerance distribution. -
Apply maximum tolerance value— емкость увеличивается на указанное значение погрешности. -
Apply minimum tolerance value— емкость уменьшается на указанное значение погрешности.
Tolerance distribution — тип распределения погрешности
Uniform (по умолчанию) | Gaussian
Выберите тип распределения:
-
Uniform— равномерное распределение. -
Gaussian— нормальное распределение.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Tolerance application значение Random tolerance.
Number of standard deviations for quoted tolerance — используется для вычисления нормально распределенных случайных чисел
4 (по умолчанию)
Число стандартных отклонений для вычисления нормально распределенных случайных чисел .
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Tolerance distribution значение Gaussian.
Series resistance — последовательное сопротивление
1e−6 Ом (по умолчанию)
Моделирование некоторых схем может потребовать наличия небольшого последовательного сопротивления. Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) иногда указывается в технических паспортах производителей. Если его нет, вы можете определить это сопротивление для линейного конденсатора через тангенс угла диэлектрических потерь (DF), который также указан во многих спецификациях. Это соотношение выглядит так: , где — частота сигнала. Для конденсатора Дебая значение параметра Dissipation factors (%) at f1 and f2 [DF1 DF2] корректируются с учетом этого дополнительного последовательного сопротивления перед вычислением 𝛼 и 𝜏.
Parallel conductance — параллельная проводимость
0 (по умолчанию)
Параллельная проводимость конденсатора. Для конденсаторов, соединенных последовательно, наличие небольшой параллельной проводимости может помочь в сходимости.