---

часть из работы

и решив систему трансцендентных уравнений вида

где Чт - тепловой потенциал, равный kT/q (k - постоянная Больцмана, Т -абсолютная температура перехода, q - заряд электрона) получают параметры bs и тэ. Для решения системы предлагается компьютерная программа, выполненная

на языке Pascal. Текст программы приведен в приложении 7. Данный продукт состоит из двух подпрограмм. Первая вычисляет значение тэ с точностью до целых, а вторая определяет величину тэ и bs с заданной точностью. Обе подпрограммы производят вычисления по методу итераций.

4. Из полученных ранее зависимостей 1б(иэ) и 1к(иэ) вычисляется функция Вп (to), так как Вп=1к/1б, а сопоставляя характеристики Вп (to) и Ъ (to) определяют зависимость Вп (1э). Эти экспериментальные характеристики используются для вычисления коэффициентов полиномов, выражающих коэффициент усиления по току в нормальном режиме. Вп=ао+а11э+а21э2+аз1э3 (3) Подобный вариант используется в модели NET - 1 и без существенной потери точности упрощается до полинома второй степени. Вп=а0+а11э+а21э2 (4) Получаемая точность аппроксимации удовлетворительна для решаемой задачи.5. Аналогичным образом при работе транзистора в инверсной активной области определяются 16 (Uk) и b (Uk), а исходя из них Ik (Uk).6. В полной аналогии с пунктом 4 данной методики определяют зависимости Bi(Uk) и Bi(bc). Характеристики параметров транзистора при работе в инверсной области слабее влияют на общую точность моделирования транзистора, чем параметры активной области. Поэтому к их точностным характеристикам выдвигаются менее жесткие требования.7. Для определения сопротивления базы (R66) по вольт-амперным характеристикам 1э(ибэ), снятым в области больших токов при отключенном коллекторе и по методике, изложенной выше, вычисляются значения U63l=to+R66 (для диодного режима) и ибэ2=иэ (для работы в нормальной активной области), так как 1э одинаков для обеих измерений, то Ябб=(ибэ1-ибэ2)/1э.8. Барьерные емкости Сэб и Скб являются функциями напряжений на переходе. Для определения параметров, входящих в уравнения барьерных емкостей используют экспериментальную зависимость барьерных емкостей от величины обратного напряжения на соответствующем переходе. Аппроксимируя экспериментальные характеристики уравнениями Сэб-Сэбо / (1 - to/Uz3)05 (4)

Скб=Скбо / (1 - Uk/Uzk)05 (5)

определяют все необходимые параметры. 9. Для диффузных емкостей переходов Сэд и Скд параметр tn определяется по

формуле: гл=1/(2яхгг), a ti, как постоянная времени выхода транзистора из

области насыщения.

В блоках моделируемого ограничителя грузоподъемности ОГБ-3 наиболее часто используются среднечастотные биполярные транзисторы малой мощности. Среди них чаще всего применяется транзистор типа КТ-203Б. Поэтому параметры модели Эберса-Молла сняты для транзистора данного типа. Зависимость 1э (Шэ) для КТ-203Б представлена на графике.

0,0006 0,0005 0,0004 1э, А0,0003 0,0002 0,0001 0

¦ ' " '"Г"" ' ¦ -----------------------------------1------------'--------------------------1--------------------------------------1------------------------------

0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 ибэ, В

По графику с помощью программы, описанной в пункте 3, определены величины tos и тэ.

График функции Вп (Ш) для КТ-203Б представлен ниже.

Вп

Oft -

4 в - -

Ю 4А . """"" -

IS - :

О - ;

0,50,550,6 U3.B0,650,7

И, соответственно, зависимость Вп (1э) для транзистора данного типа принимает вид, приведенный на графике.

Вп 10

мммим

•г—

^

f с/ с/ ^ ^

1э,А

Аппроксимируя данную зависимость функцией вида (4), расчитаны коэффициенты йо,Л\,^2-

4,6 т 4.5 4,4 4,3 4,2 4,1 4 3,9 3,82S

/

х

/V /

В)

ГУ

¦ZT

*\

,/Г>.

КУ^Р' ' "Ч. '

±

Jfa

х:

nz.

.^

X

Z.

3,7 III—i i г i' i i г i 1-1 i1"Ч

I I I I I I

т г i г

«> ~* J> J* ** .Л .*

Ч*

1к,мкА

Vs *>* *? tf v» ч^ чч? * 4v? ч*> чч? чв? J? т?

Ik, mkA

1 .-г- - л. ¦'' ! ..-i - \ч

ЭО - .¦¦.

.-'' ' ;

нк. / "¦"" =

1» .—'¦ «-"¦"' •¦¦

in. .— •

X*1

К - _- ^> -— :i

0- •- - - •¦'=1 3 б 7 9 11 13 15 17 19 21 23 26 27

UK, В

1 2 3 4 S в 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

U к, В

Аналогично, при работе транзистора в инверсной активной области, в результате эксперимента, определены зависимости Ik(Uk), Bi (Uk), Bi (Ik). При этом параметры сопротивлений измерительной схемы для КТ-203Б составили: Rl=45 кОМ, R2=3 кОм, R3=l кОм, R4=l,5 кОм, R5=100 Ом, а сами функции приняли вид, показанный на графиках выше.

По графику с помощью программы, аналогичной программе вычисления тэ и bs, см. приложение 7, определяются величины тк и Iks, а значение Bi принимается постоянным, так как в ходе измерений значения Bi не имели существенных изменений.

Величины прочих параметров (tn, ti, Сэбо, Скбо, Uzk, Uz3, Rkk, R66) приняты равными аналогичным параметрам транзистора КТ-203Б для передаточной модели Эберса-Молла, используемой в программе автоматического расчета электронных схем P-Spice /44/.

В результате экспериментов и расчетов получены значения параметров модели Эберса-Молла, приведенные в табл. 2.3.

Табл. 2.3

№ Параметр Обозначение в тексте Величина Ед. измерения

1 2 3 4 51 Обратный тепловой ток эмиттерного перехода fes 4.2* 10м А2 Обратный тепловой ток коллекторного перехода Iks 8.3* 10* А1 2 3 4 53 Коэффициенты полинома, определяющего коэффициент усиления по току в нормальном режиме ао ai аг -22.29 61.62 -0.334 Инверсионный коэффициент усиления по току Bi 4.265 Тепловой потенциал Чт 2.5* 10"26 Постоянная времени переноса заряда в нормальном режиме tn 14.64*10"" С7 Постоянная времени переноса заряда в инверсном режиме ti 144.4*10"" С8 Барьерная емкость эмиттерного перехода при Сэбо 15.27* 1012 Ф9 Барьерная емкость коллекторного перехода прии=0 Скбо 12.95* iff" Ф10 Контактная разность потенциалов коллекторного перехода Uzk 0.69 В11 Контактная разность потенциалов эмиттерного перехода Uz3 0.69 в12 Сопротивление коллектора Rkk 13.6 Ом13 Сопротивление базы R66 265 Ом14 Коэффициент уравнения Мэ 1.15715 Коэффициент уравнения Мк 743.26

Данные величины достаточны для построения модели биполярного транзистора. Их значения использованы в системе для диагностики и ремонта ограничителей грузоподъемности.

Таким образом, в результате проведенных исследований параметризована инжекционная модель Эберса-Молла для биполярного транзистора типа КТ-203Б, показана возможность применения упрощенного расчета Вп без существенной потери точности, а также возможность использования аналогичных величин для передаточной модели Эберса-Молла в качестве параметров инжекционной модели, созданы программы, облегчающие расчет парметров bs, тэ, Iks и тк для всех типов маломощных биполярных транзисторов.

2.5.4.2. Параметрический синтез модели полупроводникового диода.

Среди диодов, используемых в ограничителе ОГБ-3, наибольшее распространение получил диод типа КД-522. Поэтому параметры нелинейной электрической модели определены для диода этого типа.

Нелинейная электрическая модель используется в программе автоматического расчета схем P-Spice. По этой причине значения параметров модели для большого количества типов диодов могут быть взяты из библиотеки данных пакета P-Spice /44/, а также из справочной литературы /55,56/ не прибегая к непосредственному измерению параметров диода в лабораторных условиях.

Численные значения параметров модели, используемые в системе для диагностики и ремонта ограничителей грузоподъемности, приведены в табл. 2.4.

Табл. 2.4

№ Параметр Обозначение в тексте Величина Ед. измерения

1 2 3 4 51 Ток насыщения при t0=+27°C Is 2.27* 1013 А2 Коэффициент неидеальности N 1.13 Объемное сопротивление Rs 1.17 Ом4 Барьерная емкость при нулевом смещении Сбо 1.83 ПФ5 Время переноса заряда t 2.38*10* С1 2 3 4 56 Коэффициент, учитывающий плавность р-n перехода М 0.257 Контактная разность потенциалов Uz 0.68 В8 Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода Fc 0.59 Напряжение обратного пробоя Ub 50 В10 Начальный ток пробоя Ibv 10-11 A11 Температурный потенциал при t°=*f27°C Ut 2.6* 10'* В

Кроме того, необходимо отметить, что при определении величин барьерной и диффузной емкостей, для учета реальных характеристик диода, значение общей емкости диода (С) должно быть ограничено и лежать в пределах 1Д^С

Таким образом, представленных в табл. 2.4 величин достаточно для построения нелинейной электрической модели полупроводникового диода типа КД-522.

Выводы по разделу.

1. Выделены основные задачи приборов безопасности грузоподъемных машин. Рассмотрена классификация ограничителей грузоподъемности кранов, как наиболее сложных и важных приборов, в плане обеспечения безопасности.2. Выбран, в качестве примера для исследований, наиболее распространенный ограничитель грузоподъемности типа ОГБ-3. Приведен обзор и классификация отказов прибора, а также статистика их распределения по блокам ограничителя.3. Проведен анализ методов построения систем диагностики. Для применения в программе определена форма, типа система принятия решений. Она позволяет компенсировать влияние негативных факторов традиционно применяемых систем математического моделирования и экспертных систем. Новизна данной системы определяется большими размерами используемых математических моделей, а также применением предлагаемой методики в данной предметной области знаний.4. Установлена структура системы принятия решений. Выполнен обзор и определены методы заполнения базы знаний, модуля усвоения знаний, организации механизма вывода.5. Проведенный анализ позволяет отказаться от готовых пакетов и выбрать для построения экспертной системы язык ProLog, а для системы математического моделирования блоков язык Pascal.6. При построении экспертной системы определены цели проекта, произведен сбор, структуризация и верификация данных по данной предметной области, заполнена база знаний по методу, основанному на правилах, реализован механизм вывода по схеме "обратной цепочки рассуждений''.7. Адекватность работы экспертной системы проверена на испытательном стенде НТО-ИКЦ БГТУ.8. На основании анализа моделей элементов электронных схем для применения в системе выбраны, синтезированы и параметризованы: модифицированная модель Эберса-Молла для биполярного транзистора (КТ-203Б) и электрическая модель для диода (КД-522).9. Предложена новая программа вычисления параметров тэ, тк, Iks, fos для модели Эберса-Молла.10. На основе теории графов показано построение системы диагностики ограничителей грузоподъемности (на примере датчика длины ОГБ-3) и ее программная реализация.

•

3. Контрольно-обучающая система. 3.1 Выбор вычислительной среды для создания контрольно-обучающей

системы.

Современный рынок вычислительных сред имеет большое разнообразие продуктов для разработки программ /18/. Среди них имеются как ориентированные для создания программ в какой-либо из областей, так и те, которые представляют широкий спектр возможностей, позволяющий применять эти среды для разных целей. Несмотря на то, что универсальные среды менее эффективны, они позволяют при решении задач различного характера применять одну и ту же среду без необходимости осваивать новую. Поэтому далее подробно будут рассмотрены только среды, предназначенные для широкого применения.