Site Loader

Содержание

Сущность и коварство наведенного напряжения

В случае же попадания под наведённое напряжение никакая защита этого не чувствует, так как в работающей линии электрический ток практически не увеличивается и, естественно, рабочая линия по этой причине не отключаются.Значит, опасный или смертельные ток наведённого напряжения будет протекать через пострадавшего до тех пор, пока кто либо не примет специальных мер по освобождению пострадавшего от воздействия наведённого напряжения. А это могут быть секунды, минуты. Поэтому большинство попаданий под наведенное напряжение кончаются. трагически, хотя внешние повреждения тела при этом бывают незначительны. И последняя специфика влияния наведённого напряжения на работающего попавшего под его воздействие — пострадавший, как правило, успевает ухватиться за отключенный проводник,где присутствует ток наведенного напряжения и из-за судорожного захвата руками за проводник — под воздействием тока находится до тех пор, пока не будут приняты меры по прекращению протекания тока через пострадавшего. При опасном приближении к рабочему напряжению выше тысячи вольт пострадавший пopажаетсс еще до прикосновения к токоведущим частям, поскольку пробивается воздух и его как бы «отбрасывает» электрическим ударом. В сочетании с автоматическим отключением установки воздействие электрического тока сводится к возможному минимуму и нередко жизнь пострадавшего бывает спасена. Таким образом, если при попадании под рабочее напряжение пострадавшего как бы «отбрасывает» рабочее напряжение, то при воздействии наведённого напряжения, наоборот, работающего как бы «притягивает» к проводу, тросу и так далее. А учитывая, что в последнем случае еще и не срабатывает никакая защита в электрический цепи рабочего проводчика, то в большинстве случаев попадания под наведенное напряжение, исход трагичен — смерть! Но если все же работающий попал под воздействие наведенного напряжения, то какие необходимо принять меры по освобождению пострадавшего от воздействия наведенного напряжения? Во — первых следует помнить, что освобождение пострадавшего от воздействия наведенного напряжения без изолирующих средств опасно для лиц, оказывающих первую медицинскую помощь. Чаще всего, пострадавший держится руками за элемент с наведенным напряжением, то есть его «притянуло».

Работы на ВЛ под наведенным напряжением; на одной отключенной цепи многоцепной ВЛ

Работы на ВЛ под наведенным напряжением; на одной отключенной цепи многоцепной ВЛ

4.15.43. Персонал, обслуживающий ВЛ, должен иметь перечень линий, которые после отключения находятся под наведенным напряжением, ознакомлен с этим перечнем, значениями наводимого напряжения. Наличие наведенного напряжения на ВЛ должно быть записано в строке «Отдельные указания» наряда.

4.15.44. В случаях наличия на отключенных ВЛ и ВЛС наведенного напряжения перед соединением или разрывом электрически связанных участков (проводов, тросов) необходимо выровнять потенциалы этих участков. Уравнивание потенциалов осуществляется путем соединения проводником этих участков или установкой заземлений по обе стороны разрыва (предполагаемого разрыва) с присоединением к одному заземлителю (заземляющему устройству).

4.15.45. На ВЛ под наведенным напряжением работы с земли, связанные с прикосновением к проводу, опущенному с опоры вплоть до земли, должны выполняться с использованием электрозащитных средств (диэлектрические перчатки, штанги) или с металлической площадки, соединенной для выравнивания потенциалов проводником с этим проводом. Работы с земли без применения электрозащитных средств и металлической площадки допускаются при условии заземления провода в непосредственной близости к каждому месту прикосновения.

4.15.46. Применяемые при монтаже проводов на ВЛ под наведенным напряжением стальные тяговые канаты сначала необходимо закреплять на тяговом механизме и для выравнивания потенциалов заземлять на тот же заземлитель, что и провод. Только после этого разрешается прикреплять канат к проводу. Разъединять провод и тяговый канат можно только после выравнивания их потенциалов, т. е. после соединения каждого из них с общим заземлителем.

4.15.47. При монтажных работах на ВЛ под наведенным напряжением (подъем, визирование, натяжка, перекладка проводов из раскаточных роликов в зажимы) провод должен быть заземлен на анкерной опоре, от которой ведется раскатка, на конечной анкерной опоре, через которую проводится натяжка, и на каждой промежуточной опоре, на которую поднимается провод.

4.15.48. По окончании работы на промежуточной опоре заземление с провода на этой опоре может быть снято. В случае возобновления работы на промежуточной опоре, связанной с прикосновением к проводу, провод должен быть вновь заземлен на той же опоре.

4.15.49. На ВЛ под наведенным напряжением перекладку проводов из раскаточных роликов в поддерживающие зажимы следует проводить в направлении, обратном направлению раскатки. До начала перекладки необходимо, оставив заземленными провода на анкерной опоре, в сторону которой будет проводиться перекладка, снять заземление с проводов на анкерной опоре, от которой начинается перекладка.

4.15.50. При монтаже проводов на ВЛ под наведенным напряжением заземления с них можно снимать только после перекладки провода в поддерживающие зажимы и окончания работ на данной опоре.

4.15.51. Во время перекладки проводов в зажимы смежный анкерный пролет, в котором перекладка уже закончена, следует рассматривать как находящийся под наведенным напряжением. Выполнять на нем работы, связанные с прикосновением к проводам, разрешается только после заземления их на рабочем месте.

4.15.52. Из числа ВЛ под наведенным напряжением организациям необходимо определить измерениями линии, при отключении и заземлении которых по концам (в РУ) на заземленных проводах остается потенциал наведенного напряжения выше 25 В при наибольшем рабочем токе действующей ВЛ.

Все виды работ на этих ВЛ, связанные с прикосновением к проводу без применения основных электрозащитных средств, должны выполняться по технологическим картам или ППР, в которых должно быть указано размещение заземлений исходя из требований обеспечения на рабочих местах потенциала наведенного напряжения не выше 25 В.

4.15.53. Если на отключенной ВЛ (цепи), находящейся под наведенным напряжением, не удается снизить это напряжение до 25 В, необходимо работать с заземлением проводов только на одной опоре или на двух смежных. При этом заземлять ВЛ (цепь) в РУ не допускается. Допускается работа бригады только с опор, на которых установлены заземления, или на проводе в пролете между ними.

4.15.54. При необходимости работы в двух и более пролетах (участках) ВЛ (цепь) должна быть разделена на электрически не связанные участки посредством разъединения петель на анкерных опорах. На каждом из таких участков у мест установки заземлений может работать лишь одна бригада.

4.15.55. На отключенной цепи многоцепной ВЛ с расположением цепей одна над другой можно работать только при условии, что эта цепь подвешена ниже цепей, находящихся под напряжением. Не допускается заменять и регулировать провода отключенной цепи.

4.15.56. При работе на одной отключенной цепи многоцепной ВЛ с горизонтальным расположением цепей на стойках должны быть вывешены красные флажки со стороны цепей, оставшихся под напряжением. Флажки вывешивают на высоте 2–3 м от земли производитель работ с членом бригады, имеющим группу III.

4.15.57. Подниматься на опору со стороны цепи, находящейся под напряжением, и переходить на участки траверс, поддерживающих эту цепь, не допускается. Если опора имеет степ-болты, подниматься по ним разрешается независимо от того, под какой цепью они расположены. При расположении степ-болтов со стороны цепей, оставшихся под напряжением, подниматься на опору следует под наблюдением находящегося на земле производителя работ или члена бригады, имеющего группу III.

4.15.58. При работе с опор на проводах отключенной цепи многоцепной ВЛ, остальные цепи которой находятся под напряжением, заземление необходимо устанавливать на каждой опоре, на которой ведутся работы.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Подтягивающий резистор — Бредборд Q&A

Статья в целом верная, но исходный материал для неё неудачно переводили. В англоязычной терминологии такой резистор называется «pull-down» («подтягивающий вниз», т.е. подтягивающий к «0»), в отличие от «pull-up» («подтягивающий вверх», т.е. подтягивающий к «1»). Прямой перевод в переводчике может привести к появлению «стягивающего» резистора:

https://translate. yandex.ru/?utm_source=slovari&lang=en-ru&text=pull-down

https://translate.yandex.ru/?utm_source=slovari&lang=en-ru&text=pull-up

По существу вопроса — Ваша схема тоже верная, но нужно понимать различие внутреннего сопротивления источников сигнала и помех. Источник полезного сигнала с внутренним сопротивлением 20 кОм — плохой источник, напрямую подключать к микроконтроллеру нехорошо (требуется буферизация — установка промежуточного повторителя или усилителя сигнала, например, на ОУ с низким выходным сопротивлением). Источник помехи с внутренним сопротивлением 20 кОм — опасная помеха именно по той причине, что Вы написали и рассчитали (нужно увеличивать сопротивление цепи/контура для помехи).

Величины pull-up/pull-down резисторов составляют порядка десятков килоом, конкретную величину нужно смотреть в даташите и для конкретного входа (у разных входов может быть разное значение). Например, для ATmega328P в Arduino Uno:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet. pdf

Важно, что часто установка pull-up и особенно pull-down резистора оставляется на разработчика — т.е. устанавливаются внешние резисторы. Для их определения используются рекомендации из даташита.

Посмотреть терминологию и принципы организации pull-up/pull-down резисторов в микроконтроллерах можно в специализированной литературе, например:

Александров Е.К. и др. Микропроцессорные системы. — М.: Политехника, 2002. (страница 298).

По терминологии — её соблюдение, причем не важно — на русском или английском языке, требует от специалиста высокой квалификации и вообще требует работы цепочки людей: одного автора — другого автора — рецензента — редактора. Решение — использование статей, книг или руководств, где есть редактирование и рецензирование.

Longitudinal voltage

  • Voltage spike — In electrical engineering, spikes are fast, short duration electrical transients in voltage (voltage spikes), current (current spike), or transferred energy (energy spikes) in an electrical circuit.

    Fast, short duration electrical transients… …   Wikipedia

  • réglage de tension longitudinal — išilginis įtampos reguliavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. in phase control; in phase voltage control vok. Längsregelung, f rus. продольное регулирование напряжения, n pranc. réglage de tension en phase, m; réglage de tension… …   Automatikos terminų žodynas

  • in-phase voltage control — išilginis įtampos reguliavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. in phase control; in phase voltage control vok. Längsregelung, f rus. продольное регулирование напряжения, n pranc. réglage de tension en phase, m; réglage de tension… …   Automatikos terminų žodynas

  • Differential signaling — This article is about electric signals via wires. For an immunological model attempting to explain how T cells survive selection during maturation, see Differential Signaling Hypothesis. Differential signaling is a method of transmitting… …   Wikipedia

  • наведённое продольное напряжение — — [Я. Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN induced longitudinal voltage …   Справочник технического переводчика

  • продольное напряжение в соединительных проводах — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN longitudinal voltage in pilots …   Справочник технического переводчика

  • nervous system — Anat., Zool. 1. the system of nerves and nerve centers in an animal or human, including the brain, spinal cord, nerves, and ganglia. 2. a particular part of this system. Cf. autonomic nervous system, central nervous system, peripheral nervous… …   Universalium

  • Defining equation (physics) — For common nomenclature of base quantities used in this article, see Physical quantity. For 4 vector modifications used in relativity, see Four vector. Very often defining equations are in the form of a constitutive equation, since parameters of… …   Wikipedia

  • muscle — muscleless, adj. muscly, adj. /mus euhl/, n., v., muscled, muscling, adj. n. 1. a tissue composed of cells or fibers, the contraction of which produces movement in the body. 2. an organ, composed of muscle tissue, that contracts to produce a… …   Universalium

  • Nikola Tesla — Tesla, aged 37, 1893, photo by Sar …   Wikipedia

  • Клистрон — ВикипедияРусский Wiki 2022

    Клистро́н — электровакуумный прибор, в котором преобразование постоянного потока электронов в переменный происходит путём модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ (при пролёте их сквозь зазор объёмного резонатора) и последующей группировки электронов в сгустки (из-за разности их скоростей) в пространстве дрейфа, свободном от СВЧ-поля.

    Классификация

    Клистроны подразделяются на 2 класса: пролётные и отражательные.

    В пролётном клистроне электроны последовательно пролетают сквозь зазоры объёмных резонаторов. В простейшем случае резонаторов 2: входной и выходной. Дальнейшим развитием пролётных клистронов являются каскадные многорезонаторные клистроны, которые имеют один или несколько промежуточных резонаторов, расположенных между входным и выходным резонаторами.

    В отражательном клистроне используется один резонатор, через который электронный поток проходит дважды, отражаясь от специального электрода — отражателя.

    История

    Первые конструкции пролётных клистронов были предложены и осуществлены в 1938 году американскими инженерами Расселом и Сигуртом Варианом[en][1].

    Отражательный клистрон был разработан в 1940 году Н. Д. Девятковым, Е. Н. Данильцевым, И. В. Пискуновым и независимо от них В. Ф. Коваленко.

    Пролётные клистроны

    Принцип работы пролётного клистрона (ПК) основан на использовании инерции электронов протяжённого прямолинейного электронного потока. ПК применяется как усилитель мощности, преобразователь сдвига частоты и умножитель частоты. Диапазон частот ПК от 200 МГц до 100 ГГЦ, выходная мощность от 1 Вт до 1 МВт в непрерывном режиме и до 100 МВт в импульсном режиме. ПК является самым мощным усилителем СВЧ.

    Устройство и принцип действия

      Устройство пролётного клистрона

    В клистроне имеются два объёмных резонатора с ёмкостными сеточными зазорами. Первый резонатор называют входным, или модулятором, второй — выходным. Пространство между ними называют пространством дрейфа или группирования.

    Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются постоянным напряжением U0{\displaystyle U_{0}}  второго электрода и попадают в узкий сеточный зазор первого резонатора, в котором имеется продольное потоку электронов СВЧ-поле. Это поле периодически ускоряет и замедляет электроны, модулируя электроны в электронном потоке по скорости. Двигаясь далее в пространстве дрейфа, электроны постепенно образуют сгустки за счёт того, что быстрые электроны догоняют медленные. Этот модулированный по плотности электронный поток попадает во второй резонатор и создает в нём наведённый ток той же частоты, что и частота входного модулирующего поля и частота следования сгустков. В результате между сетками второго резонатора появляется высокочастотное электрическое поле, которое начинает взаимодействовать с потоком электронов. Необходимые параметры клистрона подбираются таким образом, чтобы электрическое поле второго резонатора тормозило сгустки электронной плотности и ускоряло её разрежения. В результате в среднем за период одного колебания поля тормозится большее число электронов, чем ускоряется. При этом Кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-колебаний электромагнитного поля второго резонатора, а электроны, пройдя резонатор, оседают на коллекторе, рассеивая оставшуюся часть кинетической энергии в виде тепла.

    Параметры и характеристики

    КПД

    Под КПД клистрона обычно понимается электронный кпд ηel{\displaystyle \eta _{el}} :

    ηel=P2nP0,{\displaystyle \eta _{el}={\frac {P_{2n}}{P_{0}}},} 

    то есть отношение мощности P2n{\displaystyle P_{2n}} , отданной электронным потоком СВЧ-полю в выходном резонаторе на n-й гармонике, к подведённой мощности P0. {\displaystyle P_{0}.} 

    Решая задачу о наведении мощности в нагрузке выходного резонатора из общих принципов наведения тока электронным потоком, можно получить, что максимум P2n{\displaystyle P_{2n}} , а значит и максимум КПД определяется максимумом функции Бесселя:

    ηelmax=Jn(nX)max,{\displaystyle \eta _{elmax}={J_{n}(nX)}_{max},} 
    где Jn{\displaystyle J_{n}}  — функция Бесселя первого рода n-го порядка,
    n{\displaystyle n}  — номер гармоники,
    X{\displaystyle X}  — так называемый параметр группировки.
    n{\displaystyle n} ηelmax,%{\displaystyle \eta _{elmax},\%} Xmax{\displaystyle X_{max}} 
    158,21,84
    248,71,53
    343,41,40
    832,01,22
    1626,01,13

    В таблице представлены максимальный электронный КПД двухрезонаторного клистрона и оптимальная величина параметра группировки для различных гармоник.

    Если уменьшать параметр X,{\displaystyle X,}  например уменьшая амплитуду входного сигнала или увеличивая амплитуду ускоряющего напряжения, то электронный поток окажется недогруппированным. КПД и выходная мощность при этом падают. То же происходит и в перегруппированном потоке.

    Реальный КПД пролётного двухрезонаторного клистрона, учитывающий потери в колебательной системе, на сетках резонаторов и другие факторы, гораздо меньше и не превышает 20 %.

    Многорезонаторный клистрон

    Устройство и принцип действия

      Устройство многорезонаторного клистрона

    В многорезонаторных клистронах между входным и выходным резонаторами помещают дополнительные ненагруженные резонаторы. В качестве примера, поясняющего особенности их работы, достаточно рассмотреть пролётный трёхрезонаторный клистрон.

    Предположим, что промежуточный резонатор точно настроен на частоту входного сигнала. Как и в двухрезонаторном клистроне, во входном резонаторе электроны модулируются по скорости и далее группируются в первом пространстве дрейфа. Если на вход поступает слабый входной сигнал, то и модуляция электронного потока будет незначительной. При этом величина наведенного тока во втором резонаторе также будет малой. Однако поскольку ненагруженный промежуточный резонатор является высокодобротной системой, то даже при малой амплитуде конвекционного[прояснить] тока напряжение, создаваемое на его сетках, будет большим. Этому в значительной мере благоприятствует то обстоятельство, что второй резонатор не связан с внешней нагрузкой. Суммарные активные потери во втором резонаторе определяются только потерями в самом резонаторе и электронной нагрузкой затвора[прояснить].

    В установившемся режиме ток и напряжение во втором резонаторе имеют ту же частоту, что и частота входного сигнала. Напряжение, наведенное между сетками второго резонатора, вызывает сильную модуляцию скорости электронов и сильную группировку электронного потока во втором пространстве дрейфа. В результате распределение электронов в сгустках их плотности будет определяться вторым резонатором и зависимость конвекционного тока в третьем резонаторе будет примерно такой же, как в двухрезонаторном клистроне, образованном вторым и третьим резонаторами, но при модулирующем напряжении гораздо большем, чем модулирующее напряжение первого резонатора. При этом коэффициент усиления значительно увеличится, так как группирование электронов осуществляется при значительно меньшей амплитуде входного сигнала, подводимого к первому резонатору. Аналогичные процессы протекают в каждом промежуточном резонаторе многорезонаторного клистрона.

    Упрощённо принцип действия прибора можно наглядно продемонстрировать на примере достаточно длинного загруженного участка дороги, оснащенного светофорами. Несмотря на то, что автомобили имеют различные скорости движения и ускорения при разгоне и торможении (аналог распределения скоростей электронов) в зонах, следующих за светофорами, поток машин будет достаточно четко модулирован с частотой, равной частоте переключения сигналов светофора (аналог резонатора), причём эта модуляция будет сохраняться и на некотором расстоянии от светофоров. Если все светофоры работают согласованно (система «Зеленая волна») то на некотором протяжении дороги средние скорости автомобилей выравняются и модуляция потока будет сохраняться на всём его протяжении. Даже если на начальном участке дороги светофорное регулирование действует не на все автомобили (часть из них въезжает на нерегулируемых перекрестках), что является аналогом слабого сигнала на входе первого резонатора клистрона, на сравнительно небольшом участке произойдёт синхронизация скоростей.

    С физической точки зрения повышение коэффициента усиления многорезонаторного клистрона достигается не за счёт увеличения КПД и выходной мощности, а за счёт снижения мощности сигнала, необходимой на входе усилителя для управления электронным потоком.

    Параметры и характеристики

    КПД

    В рассматриваемом выше идеальном случае (когда второй резонатор точно настроен на частоту входного сигнала) максимальная выходная мощность и электронный КПД остаются такими же, как и в двухрезонаторном клистроне, то есть предельное значение КПД составляет 58 %, поскольку остается таким же максимальное значение амплитуды первой гармоники конвекционного тока в последнем резонаторе.

    Для увеличения КПД в многорезонаторных клистронах производится небольшая расстройка относительно усиливаемой частоты промежуточных резонаторов, где велико напряжение, создаваемое наведённым током (обычно это предпоследний резонатор). В то же время уменьшение выходной мощности и коэффициента усиления клистрона, возникающее при расстройке резонаторов, компенсируется увеличением количества резонаторов. (Коэффициент усиления примерно равен 15+20(N−2){\displaystyle 15+20(N-2)}  дБ, где N{\displaystyle N}  — число резонаторов.) Теоретические расчеты показывают, что в этом случае электронный КПД можно увеличить до 75 % и расширить полосу рабочих частот до нескольких процентов. Практически обычно применяют четырёх-шестирезонаторные клистроны.

    Отражательный клистрон

    Устройство и принцип действия

      Устройство отражательного клистрона

    Отражательные клистроны предназначены для генерирования СВЧ-колебаний малой мощности.

    Отражательный клистрон имеет один резонатор, дважды пронизываемый электронным потоком. Возвращение электронов осуществляется с помощью отражателя, находящегося под отрицательным постоянным потенциалом по отношению к катоду. Таким образом, резонатор играет роль группирователя при первом прохождении электронов и роль выходного контура при втором прохождении. Промежуток между резонатором и отражателем играет роль пространства дрейфа, где модуляция электронного потока по скорости переходит в модуляцию по плотности.

    Для того чтобы клистрон мог генерировать СВЧ-колебания, необходимо, чтобы сгустки электронного потока, сформированные при первом прохождении сквозь резонатор, проходили через резонатор при обратном движении в те моменты, когда в нём имеется тормозящее высокочастотное электрическое поле.

    Параметры и характеристики

    КПД

    Электронный КПД отражательных клистронов ниже, чем у пролётных клистронов, и его реально достижимое значение не превышает нескольких процентов.

    Диапазон перестройки частот

    В пределах каждой зоны генерации возможна электронная перестройка частоты. На практике её осуществляют изменением напряжения на отражателе, так как ток в цепи отражателя равен нулю и управление частотой генерации происходит без затрат мощности.

    Диапазон электронной перестройки частоты у отражательных клистронов обычно не превышает 0,5 % от среднего значения частоты.

    Также возможна механическая перестройка частоты. Она осуществляется путём изменения частоты резонатора. Различают два вида механической перестройки: индуктивную и емкостную.Первая осуществляется посредством настроечных винтов и поршней, с помощью которых изменяют объём полости резонатора. Во втором варианте вторая сетка резонатора натянута на упругую гофрированную диафрагму, изгибая которую можно изменять расстояние между сетками резонатора и тем самым — межсеточную электрическую ёмкость. Диапазон механической перестройки составляет примерно 25 % от средней частоты, что значительно больше диапазона электронной перестройки. Но при этом скорость перестройки невелика и определяется скоростью механического перемещения.

    Применение

      Передатчик планетного радара РТ-70 использует клистроны КУ-342

    Пролётные клистроны являются основой всех мощных СВЧ-передатчиков когерентных радиосистем, где реализуется стабильность частоты и спектральная чистота высокостабильных водородных стандартов частоты. В частности, в выходных каскадах самых мощных в мире радиолокаторов для исследования астероидов и комет (радиолокационные телескопы, планетные и астероидные радары), которые расположены в обсерваториях Аресибо (Пуэрто-Рико), Голдстоуне (Калифорния) и Евпатории (Крым), используются именно пролётные клистроны с водяным охлаждением.

    Отражательные клистроны применяются в различной аппаратуре в качестве маломощных СВЧ-генераторов. Вследствие низкого КПД их не используют для получения больших мощностей и применяют обычно в качестве гетеродинов СВЧ-приёмников, в измерительной аппаратуре и в маломощных передатчиках. Их основные преимущества заключаются в конструктивной простоте и возможности электронной перестройки частоты. Отражательные клистроны имеют высокую надёжность и не требуют применения фокусирующей системы электронного пучка.

    В настоящее время в тех применениях, где не требуется высокая стойкость к ионизирующим излучениям, генераторы на отражательных клистронах вытесняются полупроводниковыми генераторами СВЧ — диодами Ганна и лавинно-пролётными диодами.

    См. также

    Примечания

    Литература

    • Кулешов В. Н., Удалов Н. Н., Богачев В. М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

    FPV сообщество — полеты по камере

    Нашел хорошую статью про работу бесколлекторных моторов и их регуляторов. Все очень понятно написано. Думаю многим интересно будет знать.

    Контроллеры бесколлекторных моторов (Brushless ESC)

    Текст: Арт Корал (RCHeli) и Джонатан Фелдкамп (Castle Creations)

    Перевод: Aarc

    Примечание к переводу:

    • Аббревиатура ESC (Electric speed controller — Электронный контроллер скорости) будет часто заменяться на слово контроллер.
    • Аббревиатура BEC (Battery eliminator circuit) будет заменяться на регулятор.
    • Аббревиатура MOSFET(FET) (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor полевые транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник) будет заменяться на слово ключ.

    Если вы когда-либо задумывались над тем, для чего нужны разные компоненты контроллера, то в статье Джонатана Фелдкампа из Castle Creations вы узнаете о назначении его компонентов, а так же о том как осуществляется управление двигателем. Обладая этими знаниями вы будете лучше понимать какие технологии используются в контроллерах и сможете лучше подобрать модель, подходящую для вашего применения.

    Основные компоненты и их назначение.

    Задача контроллера состоит в том, что бы передать энергию постоянного тока от аккумулятора к трехфазному бесколлекторному мотору. Прежде чем мы перейдем непосредственно к контроллеру, полезно будет посмотреть как устроен мотор с точки зрения электричества. Типичный бесколлекторный мотор имеет три обмотки (фазы), будем называть их A, B, C. Фазы могут быть соединены методом «звезда» и методом «дельта».

    На картинке проводники образуют обмотки (фазы) и заканчиваются выводами. Хотя соединения обмоток сильно отличаются внешне, в плане электричества разница не большая.

    Важно понимать, что все что мы делаем с фазами A и B, оказывает влияние на фазу С. Почему это важно, мы рассмотрим чуть позже. Так же обратите внимание, что в отсутствие каких-либо внешних сил (например, переменного магнитного поля), фазы это просто замкнутые куски провода, именно такими они являются для контроллера во время запуска мотора.

    Работа контроллера заключается в том, чтобы передать мотору энергию батареи. Для передачи энергии контроллер использует MOSFET’ы — силовые ключи, которые могут открываться и закрываться за долю секунды. Условно схему бесколлектрной системы можно представить в сл. виде:

    Картинка показывает, что закрывая ключи А и В, которые отмечены красной звездочкой, мы пускаем ток от точки +In через фазы А и В на землю. Ток, протекающий через фазы (они же обмотки), создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магниты ротора и, таким образом, вызывает вращение.

    MOSFET’ы (FET’ы)

    Вызвать проворот мотора очень просто, можно просто подключить любые две фазы мотора напрямую к аккумулятору. (Очевидно, что делать этого не стоит, испортите батарею или мотор, если оставите батарею подключенной более чем на тысячную долю секунды. Отсюда следует еще одна из основных задач контроллера — ограничить ток протекающий через фазу при коммутации.) Фокус поддержания вращения в том, что бы открыть два нужных ключа в нужный момент времени и тут же закрыть ключи, пока ситуация не вышла из-под контроля. Пока ток протекает по обмотке, магнит ротора притягивается к обмотке (полюс S к N или N к S), тянет за собой ротор и поворачивает его. Как только магнит проходит обмотку, мы открываем другие ключи так, что бы теперь отталкивать магнит ротора (N от N или S от S) и проталкивать магнит по направлению вращения дальше от этой обмотки. Теперь повторите эту идею для всех трех обмоток и станет ясно, как заставить ротор с магнитами продолжать вращаться. Как только вращение началось, нам остается только переключать обмотки снова и снова, что бы поддерживать этот процесс. Для реального примера рассмотрите следующую фотографию типичного контроллера:

    На фото хорошо видны шесть полевых транзисторов MOSFET, которые используются для включения и выключения фаз. Еще видны провод подключения к приемнику и большой конденсатор, который служит накопителем энергии для контроллера. Мелкие детали это различные фильтры, который нужны для правильной работы контроллера. Мощная пайка контактов обеспечивает протекание больших токов. На следующей иллюстрации поверх фотографии нанесено изображение ключей.

    Теперь, когда мы получили представление о том, как поддерживать вращение бесколлекторного мотора, давайте рассмотрим функциональную диаграмму всего контроллера. В контроллере выделяются четыре основных блока: силовые ключи MOSFET, цепь управления ключами, микропроцессор и цепь определения положения ротора. Схема показывает, как эти части соединены между собой.

    Теперь у нас есть представление о том, как работает силовая часть регулятора: MOSFET’ы работают как ключи, открываясь и закрываясь они вызывают протекание тока через обмотки мотора. Иногда мощности одного ключа недостаточно, для мощных регуляторов используются несколько ключей включенных параллельно. Нагрев регулятора практически полностью вызван внутренним сопротивлением ключей, каждый раз увеличивая кол-во ключей на фазу в 2 раза мы соответственно снижаем общее сопротивление ключей в 2 раза. Как альтернативу использованию нескольких параллельных ключей, можно устанавливать более качественные ключи.

    Цепь управления MOSFET’ами.

    Управление ключами не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Если посмотреть на электрическую схему, мы обнаружим, что у ключей три контакта. Контакт, по которому ток втекает в транзистор, называется «исток», контакт, по которому ток вытекает, называется «сток», контакт, который отходит в сторону называется «затвор», это переключатель ключа. Для того, что-бы открыть ключ, необходимо на затвор подать напряжение на 5-10В выше чем подведено к истоку транзистора. Для нижней части ключей (которые подключены к отрицательному контакту батареи) это относительно просто, нам надо подать всего 10 вольт. Для того, что бы открыть верхние ключи, которые подключены к положительному контакту батареи, нужно приложить напряжение на 10 вольт выше чем напряжение силовой батареи. К примеру, если у нас батарея LiPo 4S, к верхнему транзистору подведено напряжение 14.8В, но для того, что бы открыть ключ, к затвору нужно подвести напряжение в 25В. Разработчики регуляторов используют готовые блоки управления ключами, или разрабатывают собственные.

    Блок определения положения ротора.

    Для того, что бы знать, когда открывать и закрывать ключи, регулятор должен знать положение магнитов ротора вращающегося мотора. Это самая хитрая функция регулятора и именно поэтому раньше моторы и регуляторы использовали дополнительные датчики определения положения ротора (схема с сенсором до сих пор популярна в автомодельном хобби). Бессенсорные регуляторы, как видно из названия, обходятся без сенсора и используют уникальный алгоритм определения положения ротора: в каждый момент времени регулятор использует только 2 фазы для питания мотора, третья фаза при этом полностью отключена. Вращающееся магнитное поле наводит ЭДС в третьей обмотке. Измерив и проанализировав наведенное напряжение, можно определить как далеко провернулся магнит, и понять когда нужно закрыть текущую пару ключей и открыть следующую.

    Микроконтроллер и его программное обеспечение.

    Без сомнения, микроконтроллер это мозг всего процесса. Принцип его работы во многом схож с обычным компьютером: программисты пишут программу, компилируют и загружают ее в память контроллера. Микроконтроллер выполняет программу и в соответствии с ней посылает управляющие сигналы в цепь управления ключами, определяет положение мотора, обрабатывает сигналы с приемника, вычисляет требуемую выходную мощность и мигает светодиодом.

    Обработка сигнала с приемника стандартна. Управляющий сигнал это серия импульсов, длина которых определяет выходную мощность. Ширина импульса в 1мс означает полностью убранный газ, 2мс — полностью открытый. Величина частичного открытия газа определяется шириной импульса между этими двумя значениями. Внешне все просто, но микроконтроллеру важно при этом еще и успевать отслеживать положение мотора, что бы не пропустить момент переключения ключей.

    Работа мотора на среднем газу гораздо более сложный процесс, нежели работа на полном газу. Вместо того, что бы оставить два ключа открытыми на определенное время, микроконтроллер открывает один ключ и быстро начинает открывать и закрывать второй. На малом газу второй ключ закрыт большую часть времени, в то время как при приближению к полному газу, он открыт почти все время. Частота, с которой контроллер открывает/закрывает второй ключ, называется PWM-частотой.

    Физические возможности регуляторов: 4s, 6s, HV, SHV и т.д.

    Кроме деления по возможностям настройки, регуляторы так же делятся по физическим возможностям. Некоторые регуляторы рассчитаны на напряжение питания 12В, в то время как другие поддерживают батареи до 90В. Впрочем, с точки зрения микроконтроллера и его программы, задача одна и та же — переключать ключи по мере вращения ротора. Наиболее очевидное изменение, это детали, которые используются на печатной плате. FET’ы должны быть рассчитаны на более высокое напряжение, что зачастую, означает, что они имеют более высокое сопротивление, а стало быть не так хороши. Блок управления ключами должен иметь возможность поднимать напряжение еще выше и управлять бОльшим количеством ключей. Входные конденсаторы должны быть другими, обычно значительно больше по размеру. Проще говоря, каждый элемент регулятора должен быть проверен на соответствие высокому напряжению. Кроме очевидных вещей с ростом напряжение многое становится несколько более проблемным. Небольшие скачки напряжения при переключении, которые на 12 вольтах не играют никакой роли, с ростом напряжения могут быть достаточно большими, что бы открыть ключ, который не должен быть открыт в данный момент. (Представьте себе, что ключи на верхнем и нижнем уровне открыты в один момент времени — это равносильно короткому замыканию батареи.) Контроллеру требуется дополнительная аккуратность при работе с входным сигналом, что бы все операции проходили правильно.

    ВЕС: Battery eliminator circuit (блок исключения батареи)

    Другая сложность с высоким напряжением это BEC. Вспоминаются те далекие времена, когда все пользовались двигателями внутреннего сгорания в качестве силовой установки, а для питания бортовой электроники было достаточно небольшой батареи. Когда электрическая тяга и регуляторы стали более популярными, в них стали встраивать небольшой линейный блок питания бортовой электроники — BEC, который создает источник тока напряжением 5В и может заменить батарею бортового питания. Простой BEC отлично работает с сервоприводами, которые не потребляют много тока, и особенно хорошо работает при небольшом напряжении силовой батареи. Проблема обычного BEC в том, что он переводит излишек напряжения в тепло. Если у нас силовая батарея 12В, то от 6В надо избавиться. Если наши сервоприводы потребляют 1А тока, то 6Вт будет переведено в тепло. Если же у нас батарея 25В, то уже 20В надо перевести в тепло и при токе в 1А, мы получим уже 20Вт тепла. Это слишком много для линейного BEC и он просто перестанет работать при такой нагрузке.

    Следующим шагом в развитии стало появление импульсных BEC. Импульсные BEC работают аналогично контроллерам, используют FET ключи для быстрого включения и выключения питания от батареи, далее полученные импульсы сглаживаются для получения на выходе постоянного напряжения. Наиболее важное преимущество импульсного BEC это то, что излишек напряжения не переводится в тепло, а КПД может легко достигать 90%.

    Выбор правильного контроллера.

    Теперь, когда мы знаем несколько больше о том, как работает ESC, нам проще выбрать правильный контроллер для нашего применения. Предположим, что мы уже выбрали мотор и батарею. Теперь нам надо прикинуть, какой ток будет потреблять наша силовая установка. Выбирайте контроллер, который имеет рейтинг выше чем ток полного газа ( к примеру если 67А это худший случай, то контроллера на 75А будет достаточно). Стоит сказать, что нет никакой проблемы в том, что бы использовать контроллер, превышающий ваши потребности, если он не утяжеляет вашу модель.

    После сборки полезно сделать коротки пробный полет и проверить температуру контроллера, затем сделать более продолжительный полет и проверить температуру еще раз, что бы убедиться, что она не выходит за безопасные рамки. Температура контроллера должна оставаться ниже 85С и регулятор не должен шипеть, если прикоснуться к его корпусу смоченным пальцем. Калькуляторы силовых установок могут ошибаться, и каждый вертолет летает немного по-разному, поэтому дополнительная осторожность при первых полетах не повредит.

    Заключение

    Как вы видите, контроллеры имеют относительно простую конструкцию, однако хорошее программное обеспечение и качественные компоненты жизненно важны для правильной работы. От правильного выбора контроллера зависит, будет или не будет модель обладать дымовым эффектом, которого вы, возможно, вовсе и не желаете ;-). Отдельное спасибо Джонатану Фелдкампу и команде Castle Creations за их вклад в наше хобби.

    Дополнение: почему работа на среднем газу менее эффективна и сильнее нагружает контроллер.

    Прежде чем мы рассмотрим, почему работа на среднем газу может увеличить потребление тока, нужно кратко рассмотреть явление обратной ЭДС (back EMF-electromotive force). Во время работы мотор не только потребляет энергию, создавая вращение, но и работает как генератор, вырабатывая электроэнергию — обратную ЭДС.

    Примечание aarc: Если предположить, что мотор не имеет внутреннего сопротивления, не теряет энергию на трение и вращается без нагрузки, то он будет набирать обороты до тех пор, пока не сравняется напряжение подводимое от батареи и величина обратной ЭДС, после чего потребление тока станет равно нулю, а ротор продолжит вращаться с постоянной скоростью. Если теперь нагрузить мотор, например заставить вращать ротор вертолета, то появится эффект проскальзывания, когда ротор будет вращаться медленнее, чем мог бы при данном напряжении, а величина подводимого тока будет больше чем ток обратной ЭДС. Эта разница токов и совершает полезную работу.

    В результате мотор работает с проскальзыванием, из-за того, что часть энергии идет на совершение полезной работы, а часть на преодоление обратного тока, и чем выше нагрузка, тем сильнее проскальзывание и больше тока потребляет мотор.

    Работа на среднем газу или в режиме гувернера(тот же средний газ) нагружают контроллер, несмотря на то, что он дает более короткие импульсы питания, тем не менее под нагрузкой ток импульсов увеличивается. При снижении оборотов обратная ЭДС уменьшается и разница токов обратной ЭДС и мгновенных импульсов питания может быть очень большая. Ватт-метры не могут показать эти броски тока, а отображают только средние значения.

    (Aarc)

    Источник: blogs

    Edited by Oleg

    Электромагнитная индукция — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

    Электромагнитная индукция — это когда в проводнике возникает напряжение или ток в результате изменения магнитного потока. Это может произойти, когда магнит перемещается в соленоиде, что приводит к изменению магнитного потока.

    Если магнит неподвижен, на электрическом проводнике не возникает напряжения (разность электростатических потенциалов). Однако, если магнитное поле изменяется и (поддерживает) движение, при этом непрерывно направляясь в противоположном направлении (периодически меняя свое направление), оно вызовет возникновение напряжения (следовательно, протекание переменного тока), как указано в . Майкл Фарадей в 1831 году.{2}} – это единица измерения площади.

    Изменяющийся магнитный поток создает электродвижущую силу (ЭДС). Эта сила определенным образом перемещает свободные электроны, составляющие ток.

    Майкл Фарадей обнаружил, что при изменении магнитного потока в проводнике возникает электродвижущая сила.

    Его законы гласят, что:

    E = -dΦdt {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = {- {d \ Phi} \ over dt}}

    где,

    E{\displaystyle {\mathcal {E}}} — электродвижущая сила, измеряемая в вольтах;

    dΦ{\displaystyle {d\Phi}} — изменение магнитного потока, измеренное в веберах;

    dt{\displaystyle dt} — изменение времени, измеряемое в секундах.

    В случае соленоида:

    E = -NdΦdt {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = {- N {d \ Phi} \ over dt}}

    где,

    N — количество витков в соленоиде.

    Знак минус в обоих приведенных выше уравнениях является результатом действия закона Ленца, названного в честь Генриха Ленца. Его закон гласит, что электродвижущая сила (ЭДС) создает ток, противодействующий движению изменяющегося магнитного потока.

    DFT и выше в рамках волнового метода, дополненного проектором — GPAW

  • GPAW версии 22.Выпущена версия 1.0 (12 января 2022 г.).

  • Выпущена версия GPAW 21.6.0 (24 июня 2021 г.).

  • Слайды с «Встречи пользователей и разработчиков GPAW 2021» теперь доступно здесь (2 июня 2021 г.).

  • Ближайший семинар: The GPAW 2021 Встреча пользователей и разработчиков пройдет 1–4 июня 2021 г. в онлайн-режиме. Смотрите также анонс на Psi-k (1 марта 2021 г.).

  • Выпущена версия 21.1.0 GPAW (18 января 2021 г.).

  • GPAW версии 20.Выпущена версия 10.0 (19 октября 2020 г.).

  • Выпущена версия 20.1.0 GPAW (30 января 2020 г.).

  • Выпущена версия 19.8.1 GPAW (8 августа 2019 г.).

  • Выпущена версия GPAW 19.8.0 (1 августа 2019 г.).

  • Выпущена версия 1.5.2 GPAW (8 мая 2019 г.).

  • Выпущена версия 1.5.1 GPAW (23 января 2019 г.).

  • Выпущена версия 1.5.0 GPAW (11 января 2019 г.).

  • GPAW версия 1.Выпущена версия 4.0 (29 мая 2018 г.).

  • Выпущена версия 1.3.0 GPAW (2 октября 2017 г.).

  • Поддерживается NOMAD (1 марта 2017 г.)

  • Код-спринты перенесены на первый вторник каждого месяца (17 февраля 2017 г.)

  • Выпущена версия 1.2 GPAW (7 февраля 2017 г.)

  • Было решено ежемесячно проводить код-спринты GPAW/ASE в DTU в Люнгбю. Спринты будут проходить в первую среду каждого месяца, начиная с 7 декабря. 2016 (11 ноября 2016 г.)

  • Слайды из докладов на GPAW 2016: теперь доступна встреча пользователей и разработчиков (5 сентября 2016 г.)

  • GPAW версия 1.1 выпущен (22 июня 2016 г.)

  • Выпущена версия 1.0 GPAW (18 марта 2016 г.)

  • На веб-странице теперь используется тема Read the Docs Sphinx (18 марта 2016 г.)

  • Выпущена версия 0.11 GPAW (22 июля 2015 г.)

  • Выпущена версия 0.10 GPAW (8 апреля 2014 г.)

  • GPAW является частью пакета PRACE Unified European Application Benchmark Suite. (17 октября 2013 г.)

  • 21-23 мая 2013 г.: Семинар GPAW в Техническом Датский университет (8 февраля 2013 г.)

  • проф.Хаккинен получил грант на 18 миллионов часов ЦП для GPAW. исследовательский проект (20 ноября 2012 г.)

  • Выпущен новый комплект Atomic PAW Setups (26 октября 2012 г.)

  • Выпущена версия 0.9 GPAW (7 марта 2012 г.)

  • Выпущена версия 0.8 GPAW (25 мая 2011 г.)

  • GPAW является частью тестового набора для закупки суперкомпьютеров CSC. (19 апреля 2011 г.)

  • Новые возможности: Расчет линейного диэлектрического отклика расширенной системы (ядра RPA и ALDA) и расчет корреляционной энергии RPA (18 марта 2011 г.)

  • Массивно-параллельные расчеты GPAW представлены на PyCon 2011.См. выступление Уильяма Скаллина здесь: Python для высокой производительности Компьютеры (12 марта 2011 г.)

  • Выпущена версия 0.7.2 GPAW (13 августа 2010 г.)

  • Выпущена версия 0.7 GPAW (23 апреля 2010 г.)

  • GPAW — \(\Psi_k\) научное событие месяца (3 апреля 2010 г.)

  • Третий спринт кода GPAW был успешно проведен в CAMD (20 октября 2009 г.)

  • Выпущена версия 0.6 GPAW (9 октября 2009 г.)

  • QuantumWise добавляет поддержку GPAW в Виртуальная нанолаборатория (8 сентября 2009 г.)

  • Присоединяйтесь к новому IRC-каналу #gpaw на FreeNode (15 июля 2009 г.)

  • GPAW версии 0.5 выпущено (1 апреля 2009 г.)

  • Выпущен новый комплект Atomic PAW Setups (27 марта 2009 г.)

  • Второй спринт кода GPAW был успешно проведен в CAMD (20 марта 2009 г.)

  • Выпущена версия 0.4 GPAW (13 ноября 2008 г.)

  • Учебники и упражнения наконец-то готовы к использованию летом CAMd школа 2008 (15 августа 2008 г.)

  • Этот сайт теперь поддерживается Sphinx (31 июля 2008 г.)

  • GPAW теперь основан на numpy вместо Numeric (22 января 2008 г.)

  • GPAW версии 0.3 выпущен (19 декабря 2007 г.)

  • CSC организует курс GPAW: «Электронная структура расчеты с помощью GPAW» (11 декабря 2007 г.)

  • Кодовый спринт 2007 успешно завершен (16 ноября 2007 г.)

  • Исходный код теперь находится в руках SVN и Trac (22 октября 2007 г.)

  • Спринт GPAW состоится 16 ноября в Люнгбю (18 октября 2007 г.)

  • Начата работа над атомарными базисными наборами (25 сентября 2007 г.)

  • Инструменты для интеграции резонанса AirFuel в ваш продукт

    Глубокое погружение в концепции, представленные на недавнем веб-семинаре «Инструменты для интеграции резонанса AirFuel в ваш продукт», проведенном Кай Сили, старшим главным инженером WiTricity Corporation.

    На этом вебинаре объяснялись принципы и технология беспроводного магнитно-резонансного питания, а также были представлены некоторые полезные инструменты, которые помогут вам создать продукт с помощью AirFuel Resonant.

    Вы можете посмотреть запись вебинара здесь: Запись вебинара

    Этот вебинар посвящен следующим темам:

    • Принципы беспроводного питания и различия между индукцией и магнитным резонансом взаимодействующая экосистема
    • Полезные инструменты от AirFuel, упрощающие интеграцию магнитного резонанса в ваш продукт без необходимости быть экспертом на рубеже 20 века.Теслу часто считают отцом современного распределенного электричества переменного тока, и благодаря его работе у нас есть все современные провода, которые сегодня питают наше домашнее хозяйство и наш бизнес. Несмотря на то, что некоторые из этих ранних концепций беспроводного питания не были полностью практичными, они важны для основ беспроводного питания, которые мы используем сегодня.

      Если бы мы разобрали это на очень простой набор базовых законов физики, то было бы два закона, касающихся беспроводного питания. Есть закон Ампера, который гласит, что ток в проводе создает магнитное поле.Вы можете видеть на рисунке ниже – это то, что мы называем правилом правой руки.

      Таким образом, ваш большой палец подобен току, а пальцы, которые обходят ток, представляют собой форму магнитного поля, когда ток течет в одном направлении. Когда вы чередуете этот ток, идущий вперед и назад, поле движется в противоположных направлениях.

      Это важно, потому что позволяет реализовать второй закон беспроводного питания — закон Фарадея. Закон Фарадея гласит, что магнитное поле переменного тока создает ток или напряжение в катушке.Мы можем использовать этот закон, чтобы помочь нам создать беспроводную энергию. На следующем рисунке вы видите, как могут выглядеть эти линии поля. Катушка будет работать в форме фонтана, двигаясь вперед и назад.

      Это принципы беспроводного питания.

      Примечание. Источники рисунков для правила правой руки и примитивной диаграммы WPT:

      Различия между индукцией и магнитным резонансом

      Когда мы думаем о зубной щетке на подставке, которая включается, эта технология основана на беспроводной индукции.Наши телефоны (Qi) также основаны на беспроводной индукции, но индукционная беспроводная передача энергии требует точного выравнивания и близкого размещения, поскольку для этого требуется, чтобы приемник улавливал большую часть магнитного потока. В результате ему нужна высокая связь. Эта высокая степень связи не обеспечивает настоящей свободы беспроводной связи. Некоторые пытались и в конечном итоге не смогли дать истинную пространственную свободу ряду существующих продуктов.

      Если вы внимательно посмотрите на изображение этого продукта, вы увидите, что это набор катушек, и он пытается работать, предоставляя эту пространственную свободу, но на самом деле это не очень хорошо работает.Это не работает, потому что это похоже на толкание ребенка в гору в коляске. Вы должны постоянно выполнять работу и обеспечивать себя энергией.

      Должен быть лучший способ — и это то, что касается беспроводной энергии магнитного резонанса. Беспроводная мощность 2.0 работает с низкой связью, что обеспечивает пространственную свободу и при этом позволяет вам иметь высокую эффективность. Небольшой процент этого потока, часто менее 50%, улавливается приемным устройством, и мы можем оптимизировать этот шаблон и позволить ему действительно дать нам пространственную свободу.

      Это работает по физическому принципу резонанса. Мы все испытали этот принцип в реальной жизни. Когда вы качаетесь на детской площадке, вы начинаете с того, что вкладываете достаточное количество энергии, чтобы заставить их двигаться. Как только это происходит, вы можете продолжать это с очень небольшим количеством энергии, и колебание будет продолжаться, поскольку вы периодически накачиваете, чтобы вложить необходимую вам энергию. Это очень похоже на то, как работает магнитно-резонансная беспроводная энергия.

      У меня есть для вас упрощенная теория работы.

      Эффективность — это просто выходная мощность, деленная на входную мощность, и это дает вам процент мощности, которая передается от какого-либо источника к какому-либо устройству или от передатчика к приемнику. Если мы используем магнитный резонанс, мы можем упростить эту схему. Когда мы оптимизируем его, используя принцип резонанса, и у нас низкий коэффициент связи — захватывается лишь небольшая часть этого потока, чтобы обеспечить большую пространственную свободу; мы все еще можем иметь улучшенную эффективность с высоким коэффициентом качества.Именно высокий коэффициент качества позволяет нам продолжать работать в магнитном резонансе с высокой эффективностью, а вам сразу дает пространственную свободу. Мы можем объединить эти факторы, связь и добротность, чтобы получить показатель качества, который мы называем U.

      U не обязательно должно быть очень большим. k может быть очень маленьким. Q может быть разумным, просто улучшив наши частоты и немного оптимизировав конструкцию катушки. Из всего лишь 20 U более 90% нашей мощности передается от передающей катушки к приемной.Это магия магнитного резонанса, предлагающая высокое качество с эффективностью и предоставляющая вам пространственную свободу по осям X, Y и Z, которую действительно хотят потребители.

      Чтобы дать вам представление о том, как легко получить высокое качество, магнитный резонанс AirFuel работает на частоте 6,78 МГц. Это немного более высокая частота, чем традиционная индукция ци, которая работает на частоте от 100 до 150 кГц.

      Эта частота 6,78 МГц имеет некоторые особые свойства.Некоторые из них связаны с вопросами регулирования, поскольку это диапазон ISM. А другие связаны с тем, как это работает физически с нашими катушками. С частотой 6,78 МГц вам не нужен специальный провод Litz, который является очень дорогостоящим и дорогим типом провода, который часто используется для беспроводной передачи энергии или других электронных компонентов. Но на частоте 6,78 МГц возможна высокая добротность с простыми дорожками печатной платы, простым медным проводом или даже алюминиевым проводом с медным покрытием. Это одно из больших преимуществ частоты 6,78 МГц.

      Кроме того, на этих частотах меньше нагрев металла.На частоте от 100 до 150 кГц вихревые токи в металле нагревают этот металл, но по мере увеличения частоты потери в близлежащих металлах уменьшаются пропорционально квадратному корню из увеличения частоты. Как видно из независимых исследований USU (Университет штата Юта), мы увеличиваем частоту намного выше, поэтому такие предметы, как монеты и ключи, вообще не нагреваются. Это означает, что технология AirFuel может работать и заряжаться в присутствии металла.

      Проволока и феррит на 6,78 МГц

      При использовании магнитного резонанса возможны как экранированные, так и неэкранированные конструкции.В передающем блоке вам может не понадобиться экранирование, или оно может понадобиться, если вы собираетесь работать на металлическом столе или что-то в этом роде. Но можно использовать феррит, и есть много ферритов, работающих на частоте 6,78 МГц. Для этой частоты (6,78 МГц) ферриты обычно более гибкие, поэтому вы можете получить более тонкие и гибкие ферриты, чем те, которые вам нужны на более низких частотах.

      На частоте 6,78 МГц литцендратный провод не очень полезен, потому что жилы должны быть настолько малы, что трудно изготовить литцендратный провод для работы на частотах выше 1–2 МГц.На самом деле частота 6,78 МГц работает очень хорошо, и вы можете получить более высокую добротность с помощью простого медного провода.

      Основы и терминология магнитного резонанса AirFuel

      Давайте рассмотрим некоторые из этих терминов, связанных с резонансом AirFuel. У нас есть ПТУ и ПРУ. Это термины, которые мы создали, чтобы помочь идентифицировать сторону передачи и сторону приема.

      Если вы посмотрите на правую сторону, вы увидите, что TX и PTU находятся под деревянным столом на приличном расстоянии. А сверху у нас два ПРУ, или приемные блоки, как телефоны.Они могут быть интегрированы с телефонами, ноутбуками, носимыми устройствами, наушниками и так далее. Их можно заряжать сверху с пространственной свободой.

      Вот как работает система. Во-первых, есть какой-то источник питания, обычно постоянный ток. Эта мощность преобразуется из постоянного тока в высокочастотный переменный ток с частотой 6,78 МГц с помощью усилителя. Ток регулируется усилителем мощности и проходит через IMN или схему согласования импеданса. Это резонансная часть, взаимодействующая с передающим резонатором или резонатором PTU.Он разработан таким образом, что вы оптимизируете импедансы, видимые этим PTU, чтобы вы могли наиболее эффективно питать резонатор передатчика и обеспечивать точное количество тока, которое необходимо.

      Здесь используется закон Ампера. Он создает магнитное поле, и теперь PRU улавливает это магнитное поле, используя закон Фарадея. Он преобразуется в наведенное напряжение и ток на стороне PRU. Опять же, мы используем концепцию резонанса в виде схемы согласования импедансов, используя конденсаторы и реактивные компоненты.И мы эффективно преобразуем импедансы или напряжения в желаемые условия нагрузки в выпрямитель и, в некоторых случаях, в преобразователь постоянного тока, который позволяет использовать мощность клиентского нагрузочного устройства.

      У нас может одновременно работать более одного PRU, поэтому у нас в фоновом режиме работает канал Bluetooth с низким энергопотреблением, который периодически оптимизирует систему и гарантирует, что все работает наилучшим образом.

      Отличительной особенностью AirFuel Resonant является то, что он обратно совместим.

      Все, что мы указываем, это максимальное количество энергии, которое может обеспечить PTU. Если рассматривать ПТУ высшего класса, то магнитные поля одинаковы на всем протяжении каждого из них. Но в самом высоком классе он может питать каждую из категорий PRU от категории 7 до категории 1. Он может питать несколько более низких категорий, таких как несколько категорий 2, несколько категорий 3 или несколько телефонов. в то же время. Короче говоря, PTU класса 7 может поддерживать все PRU и даже несколько PRU, если не превышена максимальная мощность PTU.Если мощность, необходимая для нескольких PRU, превышает возможности подачи мощности PTU, магнитно-резонансная система AirFuel также поддерживает разделение мощности для беспрепятственного взаимодействия с пользователем.

      Проектирование системы

      Проект PTU

      Итак, с чего начать проектирование этих систем? Я разбил его на три простых этапа проектирования PTU для магнитного резонанса. У нас есть проект резонатора ПТУ, и мы делаем там некоторые характеристики. Затем у нас есть усилитель мощности PTU, который дает нам необходимую мощность и переменный ток, необходимый для контроля закона Ампера и подачи питания на PRU по беспроводной связи, через магнитное поле или H-поле.Теперь в дополнение к этому у нас есть элементы управления PTU и связь, основанные на широко известном Bluetooth Low Energy.

      Так как же это работает? Прежде всего охарактеризуем резонатор ПТУ. Мы гарантируем, что понимаем, какие токи допустимы для этого конкретного резонатора PTU. Это может немного варьироваться, но у вас будет одинаковое H-поле во всех резонаторах PTU. Если вы разработчик усилителя мощности, вам также необходимо понимать, какой диапазон импеданса будет восприниматься усилителем мощности, чтобы спроектировать свой усилитель.

      Итак, это еще одна часть характеристики резонатора PTU. Когда вы проектируете свой усилитель мощности, вы можете подумать о том, как его оптимизировать. Вы можете использовать различные топологии, такие как класс D, E, F и т. д. О топологиях усилителей написано множество книг, и в сочетании с этими топологиями усилителей мы используем резонансное согласование, чтобы помочь оптимизировать работу на заданной частоте. В данном случае это 6,78 МГц.

      Конструкция ПРУ

      Начнем снова с резонатора ПРУ.У нас есть сопоставление или IMN, связанный с этим. Затем выпрямление PRU, то есть преобразование переменного тока в постоянный, так что это полезный ток для нашей характерной нагрузки, например, телефонов и ноутбуков. Наконец-то у нас есть контроль и связь. Теперь, когда мы говорим о характеристике резонатора PRU, мы характеризуем его немного по-другому, потому что теперь мы говорим о законе Фарадея, который улавливает это магнитное поле. Каждому устройству нужно что-то свое, поэтому мы не указываем, что нужно вашему устройству.То, что мы указываем, это то, что ваше устройство получит с точки зрения уровня поля, и вы можете указать, что ему нужно, по конструкции этой катушки.

      Динамический диапазон — это максимальное значение, деленное на минимальное, которое вы увидите с точки зрения индуцированного напряжения на этой катушке. У нас также есть некоторая оптимизация, связанная с резонансным согласованием. Это может быть как простой последовательный конденсатор, резонансно согласованный с вашей катушкой, который помещается внутри вашего устройства, так и что-то более сложное, что дает вам широкий спектр поведения для вашего конкретного устройства.Это резонансное совпадение, и оно устанавливает напряжения переменного тока без нагрузки и под нагрузкой, которые вы увидите на своем устройстве. Кроме того, когда у вас есть эта характеристика переменного тока, вы преобразуете ее путем выпрямления в постоянный ток. Теперь вы можете охарактеризовать заданное количество доступных выпрямителей. Есть простые, такие как однополупериодный или двухполупериодный выпрямитель, и более сложные, которые позволяют в некоторых случаях установить коэффициент усиления по напряжению. И это дает вам ваши незагруженные и загруженные напряжения постоянного тока, которые идут на ваше устройство.Вы можете регулировать это, и, конечно же, Bluetooth Low Energy используется вне диапазона для оптимизации.

      Обеспечение совместимости

      Как обеспечить совместимость всех этих устройств? Существует множество потребительских устройств, включая носимые устройства, ноутбуки, наушники и телефоны. Все они работают на одной и той же поверхности, но как мы можем гарантировать, что это так? Есть несколько общих концепций испытаний, принятых различными группами стандартов первого поколения. Эти концепции тестирования отлично подходят для начала работы с функциональной совместимостью, но они не обеспечивают большой гибкости.

      У вас есть передатчики и приемники – ваши PTU и PRU. Один из способов обеспечения функциональной совместимости состоит в том, чтобы ограничить ваши проектные варианты и ограничить допустимые типы резонаторов PTU и резонаторов PRU. Если вы посмотрите на различные доступные катушки Qi, все они выглядят довольно похожими, и на это есть причина, но при этом это ограничивает инновации и варианты использования для приложения.

      Второй метод заключается в ограничении фиксированным числом конструкций PTU, но существует множество различных типов приемников, поэтому мы ограничим PTU критериями конструкции.Таким образом, мы получаем множество вариантов использования, позволяя использовать широкий спектр приемников. Независимо от того, как вы хотите спроектировать свой приемник, это нормально, если он соответствует определенным критериям соответствия и демонстрирует совместимость.

      С помощью этого метода вы должны проверить все ваши приемники на соответствие всем вашим передатчикам. Если их немного, то это не так уж и важно. Когда мы начинали как A4WP, Alliance for Wireless Power, который в конечном итоге стал AirFuel, мы не ожидали такого количества уникальных вариантов использования на стороне передатчика.Наличие большого количества тестовых случаев затрудняет прохождение PRU тестирования. Поэтому мы создали набор критериев и сказали, что все резонаторы PTU, которые похожи друг на друга, не должны добавляться к нашему подсчету тестов. Мы добавим резонаторы PTU к нашему количеству тестов только в том случае, если они значительно отличаются от предыдущих резонаторов.

      К 2016 году у нас было от 30 до 40 конструкций резонаторов PTU. Это означало, что PRU должен был протестировать от 30 до 40 тестовых случаев. Каждый из них, каким бы маленьким он ни был, в конце концов занимает много времени.Это дорого стоит, потому что вы платите кому-то за это тестирование. Это было хлопотно, и это отпугивало людей от разработки PRU, если вы действительно не понимали, что происходит за кулисами.

      Решение H-поля

      Итак, мы собрали группу и пришли к идее охарактеризовать все эти резонаторы PTU с точки зрения закона Ампера и H-поля и посмотреть, что происходит. Вместо того, чтобы заставлять проекты PRU взаимодействовать с этими указанными PTU, мы могли бы взаимодействовать на уровне поля.Это то, что мы называем решением H-поля. Решение H-поля — это метод, при котором мы можем сканировать резонатор PTU с помощью портативного векторного анализатора цепей. Это простой программный интерфейс, похожий на мастер, который мы создали.

      Вы проходите через мастер и вводите подробную информацию о своем проекте. Он автоматически выбирает некоторые условия для сканирования. При необходимости вы можете изменить эти условия в зависимости от объема оплаты, в рамках которого вы хотите заряжать свои PRU. Затем он проходит и делает шаги с шагом по умолчанию в два с половиной миллиметра на шаг и собирает данные, используя этот векторный анализатор цепей, закон Ампера и закон Фарадея, чтобы понять профиль этого поля.

      С помощью этого профиля мы можем легко предсказать связь с катушкой и какие будут индуцированные напряжения. Итак, вы настраиваете этот инструмент сканирования, запускаете его за пару часов для очень маленьких резонаторов или оставляете его на ночь для более крупных.

      Сканер создает эту карту и график. Этот сюжет помещен в другое программное обеспечение, которое у нас есть, и это программное обеспечение доступно для загрузки для участников AirFuel. Мы выпустим его в ближайшее время.

      Вы загружаете этот файл, созданный с помощью сканера, и это три коротких шага.Как только вы загрузите файл, вы настраиваете область заряда, если хотите. Он имеет автоматический выбор, который пытается соответствовать критериям для вас. Если вы хотите выяснить сценарии «что, если», вы также можете сделать это. Затем вы просто распечатываете отчет.

      Этот отчет содержит достаточно данных для использования другими, а также для нашего центра сертификации, чтобы понять, что ваш резонатор соответствует критериям. Что еще более важно, с точки зрения проектирования, отчет позволяет вам понять, какие токи есть в вашей системе и какие токи вам нужно подать от вашего усилителя мощности, а также через вашу катушку.Это очень простое программное обеспечение, и мы рады предложить его вам.

      Блок импеданса резонатора PTU

      Мы охарактеризовали наши текущие уровни необходимого H-поля, и это был очень простой шаг с помощью нашего сканера H-поля. А как насчет диапазона импедансов, который будет восприниматься усилителем мощности? Это вторая часть шага, на который вам действительно нужно ответить, чтобы спроектировать электронику для его управления.

      У нас есть несколько очень простых тестов с использованием векторного анализатора цепей и двух очень простых устройств, которые помещаются поверх резонатора PTU и измеряются.Это позволяет нам предсказать диапазон индуктивного сдвига, который наблюдается в катушке резонатора PTU, а также предсказать отраженный импеданс, что и делает PRU с точки зрения мощности обратно в резонатор PTU. Теперь, когда вы знаете диапазон импеданса здесь, на катушке резонатора PTU, которую мы называем ZTX_IN или ZTX, вы можете спроектировать все здесь, в направлении IMN и усилителя.

      Все, что находится за этой линейкой ZTX, считается усилителем мощности, включая резонансное согласование или схему согласования импеданса.Таким образом, вы конвертируете этот импеданс на основе поведения, которое вы хотите, в условие нагрузки. Например, вы можете преобразовать емкостной сдвиг в индуктивный и наоборот. Или у вас могут быть отношения один на один. Все это делается с помощью магнитно-резонансного реактивного согласования. Теперь ваш усилитель работает в этом диапазоне импедансов, и мы можем это проверить. Мы тестируем его, выбирая несколько точек поля импеданса.

      Это классический импедансный ящик. Хоть мы и отложили реактивное сопротивление по оси X, а сопротивление по оси Y, это немного нестандартно, но на то есть причина.В этом случае немного проще визуализировать.

      Таким образом, линия вертикальной оси равна нулю (относительное реактивное сопротивление на катушке резонатора ПТУ). Это ваша катушка, стоящая сама по себе, ничего не питающая, просто обеспечивающая небольшой ток, но не питающая приемное устройство. Когда вы увеличиваете мощность, вы поднимаете поле импеданса (т. Е. Увеличиваете сопротивление). Когда вы размещаете металл на устройстве, вы идете влево (т. Е. Уменьшаете реактивное сопротивление). А по мере того, как ставишь феррит, идешь вправо (т.е. увеличиваешь реактивное сопротивление).Таким образом, это представляет собой диапазон импедансов, который будет восприниматься вашим усилителем мощности. И мы понимаем, что в зависимости от класса PTU или уровня мощности, который вы выберете, ваш усилитель должен будет работать более или менее. Таким образом, для проектировщика достаточно двух входных данных, когда вы выполняете эти тесты резонатора PTU. Входы относятся к классу PTU и I TX_MIN в пределах диапазона, который вы можете выбрать, и он устанавливает ваше поле импеданса. Затем вы выбираете несколько точек для тестирования и проверяете свой усилитель в этих точках.

      Связь I-H-V

      Принцип работы системы основан на зависимости I-H-V. И это отношение I-H-V действительно важно для спецификаций H-поля, которые мы имеем сегодня. Вы можете прочитать эту новую спецификацию и спроектировать все, что вам нужно, не видя никаких других устройств, с помощью этой спецификации.

      С левой стороны, двигаясь слева направо, у вас есть диапазон операций. Есть действительно три режима работы в упрощенном виде.Один — соединительный. Это когда вы начинаете обмениваться данными между вашим PTU и PRU. Появляется ваш Bluetooth LE, и они начинают общаться друг с другом, чтобы объяснить, каковы потребности системы. Как только это произойдет, ток возрастет, и вы окажетесь в своем обычном рабочем диапазоне PTU. Таким образом, это соединение соответствует I TX_BEACON_MIN , мы его называем, и оно устанавливает ваш диапазон соединения.

      Затем ток в резонаторе PTU увеличивается между MIN и MAX, и это диапазон, в котором должен работать ваш PRU.Затем у нас есть условие ABS MAX, которое дает больше пространственной свободы, если вы хотите, но вы должны убедиться, что вы не перенапрягаете свои PRU в состоянии, которое им не нравится. Вы работаете в некоторых безопасных условиях.

      Ток соответствует уровню поля, и есть две части, которые создают уровень поля. Одним из них является геометрия катушки. Вот где ваши PRU расположены внутри этой катушки. Хотя с новой спецификацией H-поля оно будет довольно постоянным, потому что это то, для чего мы оптимизируем — довольно постоянное поле в диапазоне — у вас есть пространственная свобода.И тогда ток сам создает поле. Это индуцирует, используя закон Фарадея, напряжение на PRU. А у ПРУ несколько диапазонов. Это нормальный диапазон, это диапазон высокого напряжения, он все еще может питаться, но хотелось бы, чтобы он был немного меньше и был доведен до оптимального диапазона. Затем у вас есть перенапряжение и несоответствующие спецификации условия. Теперь с экосистемой AirFuel пользователь никогда не узнает, что что-то происходит за кулисами. Устройство всегда получает питание, когда вы размещаете устройство и оно подключается.

      Создайте конструкцию катушки резонатора PRU с помощью AirFuel

      Но вы можете спросить: «А как насчет PRU? Легко ли спроектировать эти катушки?» Оказывается, можно использовать простые аналитические модели. Мы создали удобную веб-страницу под названием Build With AirFuel.

      А с помощью инструментов на сайте вы можете определить, какие индуцированные напряжения вы увидите на катушке, на основе уровней H-поля и спецификации. С этой катушкой (как показано на веб-сайте) у вас есть некоторая ширина, длина и пролет, и вы можете выбрать количество витков в этом пролете.В этом случае я хочу оптимизировать, предоставив самую широкую катушку, возможную для этой конкретной конструкции. В этом случае разумным будет размер 50 х 70 миллиметров. Это может быть большой планшет или телефон или что-то подобное.

      Мы можем иметь меньший пролет. Если мы посмотрим на ширину дорожки и расстояние, которое она создает, мы сможем оптимизировать Q и увеличить магнитную площадь. Вы просто вводите желаемый диапазон. Затем есть заполнение трассы, которое представляет собой процентное соотношение ширины трассы к промежутку. Затем, наконец, ваш относительный мю (μ) или проницаемость на катушке.Если вы добавите феррит, он может увеличиться, а если его поместить за металлом, он может снова упасть. Один предназначен для свободного пространства или воздушной катушки, и часто он может быть близок к единице, в зависимости от вашей конкретной конструкции с ферритом. Когда мы это делаем, мы прокручиваем вниз и смотрим на напряжение, индуцированное на клемме катушки разомкнутой цепи.

      В будущем мы добавим некоторые функции визуализации, но это даст вам представление о том, каким будет диапазон напряжения в худшем случае. В максимальных условиях, когда ток максимален и вы больше всего подключены, это (абсолютное максимальное напряжение) является вашим пиковым переменным током.Затем в минимальном состоянии (минимальное напряжение загрузки) это более низкое напряжение — это то, что вы увидите при запуске Bluetooth LE. Мы можем посмотреть на эти значения и сказать: «Для нашей конструкции это немного больше, чем нам бы хотелось», поэтому мы уменьшим количество витков. Мы можем сказать: «Хорошо, это также дает нам более толстые дорожки и некоторое расстояние». Мы можем настроить его по мере необходимости. Как только мы будем удовлетворены общим дизайном, мы сразу же приступим к прототипированию. Мы можем сгенерировать DXF и сохранить его.

      Вы можете импортировать его в свой любимый калькулятор катушек, например, магнитный симулятор, или просто распечатать его в виде печатной платы. Вы можете взять DXF-выход конструкции катушки резонатора PRU, созданный на веб-сайте, и изготовить его для проверки своих концепций. Вы можете сделать несколько из них очень быстро. Ниже мы добавили некоторые дополнительные пояснения, и вы можете прочитать их в свое время. Вы также можете перейти на веб-сайт Build With AirFuel, чтобы узнать больше. Со временем мы добавим больше функций, но сейчас это удобный инструмент, который вы можете использовать для начала работы.Он показывает вам, насколько простым может быть беспроводное питание.

      Вопросы и ответы

      «Как мы можем охарактеризовать ограничения PRU с таким количеством различных типов уникальных вариантов использования, которые могут непредсказуемым образом формировать магнитное поле?»

      Эти варианты использования довольно нишевые, и этот калькулятор — отличное начало. Но в других случаях, когда вы действительно хотите понять, работает ли ваш PRU, мы используем пять тестовых резонаторов PTU на основе этих стандартов Н-поля. Мы отсканировали их и охарактеризовали, а затем немного подправили, чтобы получить наихудшие условия.Мы сформулировали, как проходит форма поля, чтобы убедиться, что все эти граничные условия для вас.

      Члены AirFuel могут загрузить их. Вы можете загрузить пакет для изготовления или заказать их через нашего партнера по автоматизированной испытательной системе. Ранее мы охарактеризовали их с помощью небольшой 10-миллиметровой катушки, это наш разработанный нами зонд, характеризующий H-поле. Мы также охарактеризовали резонаторы PTU с помощью 45-миллиметрового зонда, который немного более типичен с точки зрения размера катушки PRU, и точно показали, каким будет поведение в больших тестовых случаях.

      Оба эти условия датчика используются для расчета тока, который должен быть для данного резонатора PTU. Вы можете просмотреть профили поля и увидеть различные перегибы и характеристики, которые используются, чтобы убедиться, что ваш PRU работает. Даже если ваш упрощенный взгляд на катушку и индуктивный калькулятор не поможет вам на 100%, использование этих резонаторных катушек PTU определенно поможет. Вы можете импортировать их в свои системы или просто получить векторный сетевой анализатор и протестировать его напрямую, чтобы предсказать, каким будет влияние.

      Это очень небольшая выборка инструментов и средств тестирования, которые мы предоставляем в AirFuel. У нас также есть полный симулятор PRU, поэтому вы можете автоматически импортировать некоторую измеренную информацию с помощью векторного анализатора цепей в этот инструмент. Вы можете настроить условия согласования, чтобы увидеть, соответствуете ли вы спецификации AirFuel и чего ожидать от каждого из этих пяти резонаторов PTU. У нас также есть полный набор автоматизированных систем тестирования на соответствие и функциональную совместимость. Это только верхушка айсберга — есть еще много всего, и мы будем рады, если вы присоединитесь к AirFuel, чтобы внести свой вклад и получить эти инструменты и информацию.

      «Можете ли вы указать соотношение нагрева металлических предметов между Ци и AirFuel? Во сколько раз меньше?»

      По сути, если вы возьмете 6,78 миллиона и разделите его на 100 000, квадратный корень из этого (то есть примерно в 8 раз меньше) примерно то, что вы увидите, с точки зрения нагрева металла. Но это немного зависит от приложения. Оказывается, индукция требует довольно высоких уровней поля между катушками, так что есть значительная экономия с точки зрения нагрева металла с использованием магнитного резонанса AirFuel на 6.78 МГц.

      «С решением H-поля, когда приемник помещается на передатчик, H-поле, вероятно, изменит свою форму. Как вы прогнозируете это изменение? Или как это решает стандарт?

      Для очень простых катушек можно использовать простой анализ. В случае изменения формы классическим примером является очень маленькая катушка с очень большой металлической спинкой. Это уменьшает связь в центре, когда вы думаете, что на самом деле она может увеличиться. У нас есть способы проверить это — мы ограничили их, используя конструкцию резонатора 5 H-Field PTU и тестирование.

      «Вы должны использовать нитрид галлия при создании систем AirFuel?»

      У нитрида галлия много преимуществ при работе на частоте 6,78 МГц, но это не обязательно. Существует множество систем, в которых не используется нитрид галлия. Они используют кремниевые устройства. Это может работать до некоторой степени, но у нитрида галлия много преимуществ. Я бы определенно указал на EPC и на их мудрость в этом вопросе. Я думаю, что у них есть вебинары и ресурсы по этой теме.

      » Не могли бы вы пояснить концепцию категорий PRU и классов PTU?»

      Категории и классы на самом деле не такие уж сложные. На самом деле это просто вопрос: «Сколько энергии вы ожидаете получить?» Если я телефон и мне нужно потреблять 5 Вт, я буду категории 3. Если вам нужно потреблять 5 Вт и до 6,5 Вт, мы называем это устройством категории 3. Теперь вопрос, на какие PTU я могу это поставить? А ответ — любые ПТУ от 2 до 6 класса.

      Таким образом, если вы возьмете номер категории PRU, категорию 3, и вычтете единицу, вы сможете включить этот класс PTU (т. е. класс 2) и выше. Это не меняет конструкцию резонатора ПТУ. Это меняет конструкцию усилителя мощности на PTU и то, какую мощность я могу обеспечить. Категории и классы предназначены только для того, чтобы убедиться, что вы не кладете ноутбук на что-то маленькое, предназначенное только для зарядки телефонов, носимых устройств и устройств функционального типа, тогда как более высокие классы PTU могут действительно питать что угодно в экосистеме AirFuel.

      «Каков частотный диапазон AirFuel и насколько он должен быть около 6,78 МГц? Или у него есть какая-то свобода, как у Ци?»

      Благодаря магнитному резонансу AirFuel мы не полагаемся на частотную развертку для оптимизации. На частоте 6,78 МГц существуют некоторые правила, которым мы следуем, чтобы быть в диапазоне ISM. Я считаю, что мы хотим быть в пределах плюс-минус 15 кГц (полоса пропускания 30 кГц). Но по сути, мы поддерживаем постоянную частоту и вместо этого настраиваем другие параметры.Это действительно позволяет оптимизировать работу и предотвращает помехи устройств, которые можно увидеть в других случаях или стандартах.

      «Повлияет ли нагрузка на PRU — например, окружающая среда, в которой установлен PRU, например, другой материал корпуса и т. д. — на согласование с точки зрения усилителя?»

      Когда вы выполняете резонансное согласование, вам нужно знать диапазон индуктивностей, которые будут испытывать ваша приемная или передающая катушки. Так что да, металл и феррит влияют на этот диапазон индуктивности.Это учтено в нашем тестировании и настройке там. Вы определенно захотите учесть эту информацию, но она учитывается в отношении поля импеданса на стороне резонатора PTU. Или, что касается PRU, вы обычно не получаете много изменений от PTU. Мы гарантируем, что это так в нашем тестировании, но мы получим некоторые из самого устройства. Когда вы тестируете, вы тестируете внутри устройства, как оно есть.

      «Можете ли вы рассказать мне немного больше об инструменте, который дает поле импеданса с классом PTU и, я предполагаю, с учетом тока катушки передатчика?»

      Что касается инструмента для коробки резонаторов PTU, это очень просто.У нас есть два инструмента: один проверяет сдвиг в емкостном (отрицательном) направлении, а другой проверяет сдвиг в индуктивном (положительном) направлении. Это алюминиевая пластина определенного размера с промежутком, которую мы размещаем на резонаторах ПТУ.

      В потребительских устройствах большая часть индуцируемого реактивного сопротивления возникает из-за этого пассивного сдвига, когда вы размещаете металл или ферриты в этой области. Мы допускаем некоторую поправку на то, что я называю активным сдвигом или мощностью и отражательным импедансом, которые обеспечиваются PRU.Теперь у вас есть поле импеданса.

      На индуктивной (положительной) стороне мы просто используем лист FR4 с несколькими ферритовыми пластинами, которые размещаются в заданном порядке. Мы провели много экспериментов, чтобы создать эти очень простые инструменты, и их можно приобрести у наших поставщиков автоматизированных систем тестирования. Конечно, спецификации для них также доступны для наших членов.

      Вкратце

      AirFuel Резонансное беспроводное питание — это следующее поколение беспроводного питания для всех ваших устройств.Магнитно-резонансная технология AirFuel обеспечивает гораздо лучший потребительский опыт, предлагая пространственную свободу, одновременное питание нескольких устройств и позволяя использовать широкий спектр устройств от носимых устройств до телефонов, планшетов и ноутбуков без ущерба для эффективности.

      Присоединяйтесь к нам в альянсе AirFuel Alliance — отрежьте шнур и включите новое поколение интеллектуальных устройств! Свяжитесь с нами по поводу членства.

      Заинтересованы в беспроводном питании?

      Инновации в области беспроводного питания развиваются быстро.Чтобы быть в курсе последних событий в области беспроводного питания и событий AirFuel Alliance, подпишитесь на нашу рассылку ниже.

      спиральное определение | Английский толковый словарь

      индукционная катушка

        

            n   трансформатор для получения высокого напряжения из низкого напряжения. Он состоит из цилиндрической первичной обмотки из нескольких витков, концентрической вторичной обмотки из многих витков и часто общего сердечника из мягкого железа (иногда сокращается до) катушка         

      дроссельная катушка  
            n      другое название     → дроссель     → 12  

      катушка          [ 1 ]  
            vb  

      1    сматывать или собирать (веревки, волосы и т.) в петли или (из веревки, волос и т. д.) в такие петли

      2    ввод   движение по извилистому курсу  
            n  

      3    что-то, намотанное в связанный ряд петель  

      4    одиночная петля такого ряда  

      5    расположение труб по спирали или петле, как в конденсаторе

      6    электрический проводник, намотанный в виде спирали, иногда с сердечником из мягкого железа, для создания индуктивности или магнитного поля  
          См. также     → индукционная катушка

      7    внутриматочное противозачаточное средство в форме спирали  

      8    трансформатор в бензиновом двигателе, который подает высокое напряжение на свечи зажигания  
           (C16: от старофранцузского койллир собирать вместе; см. отбраковку)  
        моталка      n  

      виток          [ 2 ]  
            n   мирские беды и дела (в шекспировском выражении этот смертный виток)            90 5 58  

      спиральная пружина  
            n   винтовая пружина, изготовленная из проволоки  

      катушка зажигания  
            n   индукционная катушка, подающая высокое напряжение на свечи зажигания двигателя внутреннего сгорания  

      нагрузочная катушка  
            n   катушка индуктивности, вставленная через равные промежутки и последовательно с проводниками линии передачи для улучшения ее характеристик  

      подвижная катушка  
            прил   , обозначающее электромеханическое устройство, в котором подвешенная катушка может свободно перемещаться в магнитном поле.Ток, проходящий через катушку, заставляет ее двигаться, как в громкоговорителях и электроизмерительных приборах, или движение катушки вызывает индуцированные токи, как в микрофонах и некоторых звукоснимателях проигрывателей

      искровая катушка  
            n   индукционная катушка, используемая для создания искровых разрядов  

      катушка Тесла  
            n   повышающий трансформатор с воздушным сердечником, используемый для получения высоких напряжений на высоких частотах.Вторичная цепь настроена на резонанс с первичной обмоткой  
           (C20: названа в честь Николы Теслы)  

      катушка тиклера  
            n   небольшая катушка индуктивности, последовательно включенная в анодную цепь клапана и магнитно связанная с катушкой в ​​цепи сетки для обеспечения обратной связи  

      Talk:Синхронный генератор с постоянными магнитами — English Wiki

      Если вы хотите принять участие, посетите страницу проекта, где вы можете присоединиться к обсуждению и просмотреть список открытых задач.EngineeringWikipedia:WikiProject EngineeringTemplate:WikiProject EngineeringEngineering статьи
       Начало  Эта статья получила рейтинг Старт-класс по шкале качества проекта.
       Низкая  Эта статья была оценена как Низкая важность по шкале важности проекта.

      Untitled

      Я добавил обсуждение роли ротора и статора. Кроме того, я подумал, что важно обсудить, как добиться синхронизации между скоростью вращения ротора и частотой индуцированного напряжения статора. Я включил, что трехфазные генераторы допускают устойчивый синхронный отклик магнитного поля трехфазной обмотки.

      Кроме того, предыдущее объяснение преобразования числа магнитных полюсов в роторе и числа оборотов в частоту было коротким и, как мне кажется, содержало ошибки.Ранее неявно утверждалось, что частота индуцированного напряжения в «роторе» пропорциональна оборотам «ротора» в минуту. Первый должен был быть «статором». Кроме того, ранее было заявлено, что частота индуцированного напряжения прямо пропорциональна количеству полюсов статора с постоянными магнитами. Хотя это правильно, акцент должен быть сделан на пропорциональности между частотой и скоростью вращения, поскольку количество полюсов относительно постоянно, пока не произойдет фактическое изменение конструкции генератора.Поэтому я обнаружил, что заданная константа пропорциональности должна быть «P/120», а не «RPM/120».

      — phillipkcho в среду 27.11.2013

      «Ветряные турбины любого значительного масштаба используют исключительно асинхронные генераторы» — это все еще так? PMG все чаще используются в больших ветряных турбинах — они точно синхронные? (и управляющая электроника просто живет с переменной скоростью вращения ротора?) Gilgamesh5 (разговор) 11:45, 15 августа 2016 (UTC)

      (Похоже, это было отредактировано, чтобы включить ветряные турбины) Gilgamesh5 (разговор) 15:37 , 19 августа 2016 г. (UTC)

      Экзотические 2D-материалы могут воскресить жесткий диск

      Хотя машинное обучение существует уже давно, в последнее время глубокое обучение обрело собственную жизнь.Причина этого в основном связана с растущим объемом вычислительной мощности, которая стала широко доступной, а также с растущим объемом данных, которые можно легко собрать и использовать для обучения нейронных сетей.

      Количество вычислительной мощности, доступной людям, начало стремительно расти на рубеже тысячелетий, когда графические процессоры (GPU) стали используется для неграфических вычислений, тенденция, которая становится все более распространенной за последнее десятилетие.Но вычислительные потребности глубокого обучения растут еще быстрее. Эта динамика подтолкнула инженеров к разработке электронных аппаратных ускорителей, специально предназначенных для глубокого обучения, ярким примером которых является тензорный процессор Google (TPU).

      Здесь я опишу совсем другой подход к этой проблеме — использование оптических процессоров для выполнения вычислений нейронной сети с фотонами вместо электронов. Чтобы понять, как здесь может служить оптика, нужно немного узнать о том, как в настоящее время компьютеры выполняют нейросетевые вычисления.Так что терпите меня, пока я обрисовываю в общих чертах, что происходит под капотом.

      Почти всегда искусственные нейроны создаются с использованием специального программного обеспечения, работающего на каких-либо цифровых электронных компьютерах. Это программное обеспечение предоставляет данному нейрону несколько входов и один выход. Состояние каждого нейрона зависит от взвешенной суммы его входов, к которым применяется нелинейная функция, называемая функцией активации. Результат, выход этого нейрона, затем становится входом для различных других нейронов.

      Снижение энергетических потребностей нейронных сетей может потребовать вычислений со светом

      Для эффективности вычислений эти нейроны сгруппированы в слои, при этом нейроны связаны только с нейронами в соседних слоях. Преимущество такой организации вещей, в отличие от возможности соединения между любыми двумя нейронами, заключается в том, что она позволяет использовать определенные математические приемы линейной алгебры для ускорения вычислений.

      Хотя это еще не все, эти вычисления линейной алгебры являются наиболее требовательной к вычислительным ресурсам частью глубокого обучения, особенно по мере роста размера сети.Это верно как для обучения (процесс определения того, какие веса применять к входным данным для каждого нейрона), так и для логического вывода (когда нейронная сеть дает желаемые результаты).

      Что это за загадочные вычисления линейной алгебры? Они не такие сложные на самом деле. Они включают операции на матрицы, которые представляют собой просто прямоугольные массивы чисел — электронные таблицы, если хотите, за вычетом описательных заголовков столбцов, которые вы можете найти в типичном файле Excel.

      Это отличная новость, поскольку современное компьютерное оборудование очень хорошо оптимизировано для матричных операций, которые были основой высокопроизводительных вычислений задолго до того, как стало популярным глубокое обучение.Соответствующие матричные вычисления для глубокого обучения сводятся к большому количеству операций умножения и накопления, при которых пары чисел перемножаются, а их произведения складываются.

      За прошедшие годы глубокое обучение потребовало постоянно растущего числа этих операций умножения и накопления. Рассмотреть возможность LeNet, новаторская глубокая нейронная сеть, предназначенная для классификации изображений. В 1998 году было показано, что он превосходит другие машинные методы распознавания рукописных букв и цифр.Но к 2012 году AlexNet, нейронная сеть, выполнявшая примерно в 1600 раз больше операций умножения и накопления, чем LeNet, смогла распознавать тысячи различных типов объектов на изображениях.

      Для перехода от первоначального успеха LeNet к AlexNet потребовалось почти 11-кратное удвоение вычислительной производительности. В течение 14 лет закон Мура обеспечил большую часть этого роста. Задача состояла в том, чтобы сохранить эту тенденцию сейчас, когда закон Мура выдыхается. Обычное решение состоит в том, чтобы просто направить на решение проблемы больше вычислительных ресурсов, а также времени, денег и энергии.

      В результате обучение современных крупных нейронных сетей часто оказывает значительное воздействие на окружающую среду. Один Исследование, проведенное в 2019 году, показало, например, что обучение определенной глубокой нейронной сети для обработки естественного языка привело к выбросу CO 2 в пять раз больше, чем обычно связано с вождением автомобиля в течение его срока службы.

      Усовершенствования цифровых электронных компьютеров , безусловно, позволили глубокому обучению расцвести. Но это не означает, что единственный способ выполнять вычисления с помощью нейронных сетей — это использовать такие машины.Десятилетия назад, когда цифровые компьютеры были еще относительно примитивными, некоторые инженеры занимались сложными вычислениями, используя вместо этого аналоговые компьютеры. По мере совершенствования цифровой электроники эти аналоговые компьютеры отошли на второй план. Но, возможно, пришло время снова следовать этой стратегии, особенно когда аналоговые вычисления можно будет выполнять оптическим способом.

      Давно известно, что оптические волокна могут поддерживать гораздо более высокие скорости передачи данных, чем электрические провода. Вот почему все линии дальней связи, начиная с конца 1970-х годов, стали оптическими.С тех пор оптические каналы передачи данных заменили медные провода для более коротких пролетов, вплоть до связи между стойками в центрах обработки данных. Оптическая передача данных быстрее и потребляет меньше энергии. Оптические вычисления обещают те же преимущества.

      Но есть большая разница между передачей данных и вычислениями с ними. И именно здесь аналогово-оптические подходы сталкиваются с препятствиями. Обычные компьютеры основаны на транзисторах, которые представляют собой крайне нелинейные элементы схемы, а это означает, что их выходы не просто пропорциональны их входам, по крайней мере, при использовании для вычислений.Нелинейность — это то, что позволяет транзисторам включаться и выключаться, превращая их в логические вентили. Это переключение легко осуществить с помощью электроники, для которой нелинейностей пруд пруди. Но фотоны следуют уравнениям Максвелла, которые раздражающе линейны, а это означает, что выход оптического устройства обычно пропорционален его входам.

      Хитрость заключается в том, чтобы использовать линейность оптических устройств для того, от чего больше всего зависит глубокое обучение: линейной алгебры.

      Чтобы проиллюстрировать, как это можно сделать, я опишу здесь фотонное устройство, которое при соединении с какой-нибудь простой аналоговой электроникой может перемножать две матрицы вместе. Такое умножение объединяет строки одной матрицы со столбцами другой. Точнее, он умножает пары чисел из этих строк и столбцов и складывает их произведения — операции умножения и накопления, которые я описал ранее. Мои коллеги из Массачусетского технологического института и я опубликовали статью о том, как это можно сделать. в 2019 году.Сейчас мы работаем над созданием такого умножителя оптической матрицы.

      Оптическая передача данных быстрее и потребляет меньше энергии. Оптические вычисления обещают те же преимущества.

      Основным вычислительным блоком в этом устройстве является оптический элемент, называемый Светоделитель. Хотя его внешний вид на самом деле более сложен, вы можете думать о нем как о наполовину посеребренном зеркале, установленном под углом 45 градусов. Если вы направите в него луч света сбоку, светоделитель позволит половине этого света пройти прямо через него, а другая половина отразится от наклонного зеркала, заставляя его отражаться под углом 90 градусов от входящего луча. .

      Теперь направьте второй луч света, перпендикулярный первому, в этот светоделитель так, чтобы он падал на другую сторону наклонного зеркала. Половина этого второго луча будет точно так же передана, а половина отражена под углом 90 градусов. Два выходных луча будут объединены с двумя выходами первого луча. Таким образом, этот светоделитель имеет два входа и два выхода.

      Чтобы использовать это устройство для умножения матриц, вы генерируете два световых луча с напряженностью электрического поля, которая пропорциональна двум числам, которые вы хотите перемножить.Назовем эти напряженности поля х и х . Направьте эти два луча в светоделитель, который объединит эти два луча. Этот конкретный светоделитель делает это таким образом, что дает два выхода, электрические поля которых имеют значения ( x + y )/√2 и ( x y )/√2.

      Помимо светоделителя, этот аналоговый умножитель требует двух простых электронных компонентов — фотодетекторов — для измерения двух выходных лучей.Однако они не измеряют напряженность электрического поля этих лучей. Они измеряют мощность луча, которая пропорциональна квадрату напряженности его электрического поля.

      Почему это отношение важно? Чтобы понять это, требуется немного алгебры, но ничего, кроме того, чему вы научились в старшей школе. Вспомните, что когда вы возводите в квадрат ( x + y )/√2 получается ( x 2 + 2 xy + y 2 )/2. А возведя в квадрат ( x y )/√2, вы получите ( x 2 − 2 xy + y 2 )/2.Вычитание последнего из первого дает 2 xy .

      Сделайте паузу, чтобы обдумать значение этой простой математики. Это означает, что если вы кодируете число как луч света определенной интенсивности, а другое число как луч света другой интенсивности, пропускаете их через такой светоделитель, измеряете два выхода с помощью фотодетекторов и отрицаете один из результирующих электрических сигналов. прежде чем суммировать их вместе, у вас будет сигнал, пропорциональный произведению ваших двух чисел.

      Моделирование интегрированного интерферометра Маха-Цендера, установленного в ускорителе нейронных сетей компании Lightmatter, показывает три различных состояния, при которых свет, проходящий по двум ветвям интерферометра, претерпевает различные относительные фазовые сдвиги (0 градусов в a, 45 градусов в b и 90 градусов в в). Лайтматерия

      Мое описание звучит так, как будто каждый из этих световых лучей должен удерживаться неподвижно. Фактически, вы можете кратковременно пульсировать светом в двух входных лучах и измерять выходной импульс.Более того, вы можете подавать выходной сигнал на конденсатор, который затем будет накапливать заряд, пока длится импульс. Затем вы можете снова ввести импульсы на ту же продолжительность, на этот раз закодировав два новых числа, которые нужно перемножить. Их продукт добавляет еще немного заряда конденсатору. Вы можете повторить этот процесс столько раз, сколько захотите, каждый раз выполняя другую операцию умножения и накопления.

      Таким образом, использование импульсного света позволяет выполнять множество таких операций в быстрой последовательности.Наиболее энергоемкой частью всего этого является считывание напряжения на этом конденсаторе, для чего требуется аналого-цифровой преобразователь. Но вам не обязательно делать это после каждого импульса — вы можете дождаться окончания последовательности, скажем, Н импульсов. Это означает, что устройство может выполнять N операций умножения и накопления, используя одинаковое количество энергии для считывания ответа независимо от того, является ли N маленьким или большим. Здесь N соответствует количеству нейронов на слой в вашей нейронной сети, которое легко может исчисляться тысячами.Таким образом, эта стратегия использует очень мало энергии.

      Иногда вы можете сэкономить энергию и на входе. Это связано с тем, что одно и то же значение часто используется в качестве входных данных для нескольких нейронов. Вместо того, чтобы многократно преобразовывать это число в свет, потребляя каждый раз энергию, его можно преобразовать только один раз, а созданный световой луч можно разделить на множество каналов. Таким образом, затраты энергии на преобразование входных данных амортизируются в течение многих операций.

      Для разделения одного луча на множество каналов не требуется ничего более сложного, чем линза, но поставить линзы на чип бывает непросто.Таким образом, устройство, которое мы разрабатываем для выполнения нейросетевых вычислений оптическим путем, вполне может оказаться гибридом, сочетающим высокоинтегрированные фотонные чипы с отдельными оптическими элементами.

      Я изложил здесь стратегию, которую мы с коллегами преследуем, но есть и другие способы снять шкуру с оптического кота. Другая многообещающая схема основана на так называемом интерферометре Маха-Цендера, который сочетает в себе два светоделителя и два полностью отражающих зеркала. Его также можно использовать для оптического умножения матриц.Два стартапа из Массачусетского технологического института, Lightmatter и Lightelligence, разрабатывают ускорители оптических нейронных сетей на основе этого подхода. Компания Lightmatter уже построила прототип, в котором используется изготовленный ею оптический чип. И компания рассчитывает начать продажу платы оптического ускорителя, использующей этот чип, в конце этого года.

      Еще один стартап, использующий оптику для вычислений, — Optalysis, которая надеется возродить довольно старую концепцию. Одним из первых применений оптических вычислений в 1960-х годах была обработка данных радаров с синтезированной апертурой.Ключевой частью задачи было применение к измеренным данным математической операции, называемой преобразованием Фурье. Цифровые компьютеры того времени боролись с такими вещами. Даже сейчас применение преобразования Фурье к большим объемам данных может потребовать значительных вычислительных ресурсов. Но преобразование Фурье можно выполнить оптически, используя только линзу, как в течение нескольких лет инженеры обрабатывали данные с синтетической апертурой. Optalysis надеется обновить этот подход и применить его более широко.

      Теоретически фотоника может ускорить глубокое обучение на несколько порядков.

      Так же есть компания под названием Luminous, созданный Принстонским университетом, который работает над созданием импульсных нейронных сетей на основе чего-то, что он называет лазерным нейроном. Спайковые нейронные сети более точно имитируют работу биологических нейронных сетей и, подобно нашему собственному мозгу, способны выполнять вычисления, используя очень мало энергии. Аппаратное обеспечение Luminous все еще находится на ранней стадии разработки, но перспектива объединения двух энергосберегающих подходов — импульсного и оптического — весьма интересна.

      Конечно, предстоит решить еще много технических проблем. Один из них заключается в повышении точности и динамического диапазона аналоговых оптических вычислений, которые далеко не так хороши, как то, что может быть достигнуто с помощью цифровой электроники. Это связано с тем, что эти оптические процессоры страдают от различных источников шума, а цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, используемые для ввода и вывода данных, имеют ограниченную точность. Действительно, трудно представить оптическую нейронную сеть, работающую с точностью более 8–10 бит.Хотя существует 8-битное электронное оборудование для глубокого обучения (хорошим примером является Google TPU), эта отрасль требует более высокой точности, особенно для обучения нейронных сетей.

      Также существует сложность с интеграцией оптических компонентов в чип. Поскольку эти компоненты имеют размеры в десятки микрометров, их нельзя упаковать почти так же плотно, как транзисторы, поэтому требуемая площадь кристалла быстро увеличивается. Демонстрация этого подхода в 2017 году исследователями Массачусетского технологического института включала чип с номером 1.5 миллиметров по бокам. Размер даже самых больших чипов не превышает нескольких квадратных сантиметров, что накладывает ограничения на размеры матриц, которые можно обрабатывать параллельно таким образом.

      Есть много дополнительных вопросов, связанных с компьютерной архитектурой, которые исследователи фотоники склонны заметать под ковер. Однако ясно, что, по крайней мере теоретически, фотоника может ускорить глубокое обучение на несколько порядков.

      Основываясь на технологии, доступной в настоящее время для различных компонентов (оптические модуляторы, детекторы, усилители, аналого-цифровые преобразователи), разумно предположить, что энергоэффективность вычислений на основе нейронных сетей может быть в 1000 раз выше, чем у современных электронных процессоров. .Делая более агрессивные предположения о новых оптических технологиях, этот фактор может достигать миллиона. А поскольку электронные процессоры ограничены по мощности, эти улучшения энергоэффективности, скорее всего, приведут к соответствующим улучшениям скорости.

      Многим концепциям аналоговых оптических вычислений уже десятки лет. Некоторые даже предшествовали кремниевым компьютерам. Схемы оптического матричного умножения и даже для оптических нейронных сетей были впервые продемонстрированы в 1970-х годах.Но этот подход не прижился. Будет ли на этот раз все иначе? Возможно, по трем причинам.

      Во-первых, сейчас глубокое обучение действительно полезно, а не просто академическое любопытство. Второй, мы не можем полагаться только на закон Мура, чтобы продолжать совершенствовать электронику. И, наконец, у нас есть новая технология, недоступная предыдущим поколениям: интегрированная фотоника. Эти факторы говорят о том, что на этот раз оптические нейронные сети появятся в реальности — и будущее таких вычислений действительно может быть фотонным.

      Введение в связь по магнитному полю

      Связь по магнитному полю (также называемая индуктивной связью) возникает, когда энергия передается от одной цепи к другой через магнитное поле. Поскольку токи являются источниками магнитных полей, это, скорее всего, произойдет, когда полное сопротивление цепи источника низкое.

      Рассмотрим две цепи, имеющие общую плоскость возврата, показанную на рис. 1. Связь между цепями может возникнуть, когда силовые линии магнитного поля от одной из цепей проходят через петлю, образованную другой схемой.Схематически это можно представить взаимным сопротивлением между двумя сигнальными проводами, как показано на рис. 2.

      Рис. 1: Две цепи над плоскостью возврата сигнала.

      Рис. 2: Схематическое изображение цепей на рис. 1, включая индуктивную связь.

      В большинстве случаев удобное уравнение в замкнутой форме для расчета взаимной индуктивности будет недоступно. Однако мы часто можем оценить взаимную индуктивность, оценив процентную долю общего магнитного потока, создаваемого первой петлей, которая связывает вторую петлю.Например, предположим, что два провода в приведенном выше примере находятся на высоте 20 мм над плоскостью и разделены расстоянием 5 мм. Мы могли бы визуализировать линии магнитного потока, которые охватывают ток в линии 1, как показано на рис. 3.

      Рис. 3. Более наглядное схематическое представление цепей на рис. 1.

      Если радиус провода в приведенном выше примере составляет 0,6 мм, мы могли бы рассчитать собственную индуктивность цепи источника, используя уравнение для индуктивности на единицу длины провода по проводящей плоскости,

      L11≈μ02πкош-1(га)=2×10-7кош-1(200.6)=840 нГн/м. (1)

      Собственная индуктивность — это общий поток, деленный на ток, а взаимная индуктивность — это поток, соединяющий оба контура, деленный на ток. Поэтому взаимная индуктивность может быть выражена как часть собственной индуктивности,

      M12 = магнитная индукционная связь, обе цепи, общий магнитный поток. (2)

      Основываясь на грубом эскизе на рис. 3, мы можем оценить, что где-то между 50 % и 80 % потока соединяет обе цепи. Если бы мы предположили 60%, то наша оценка взаимной индуктивности была бы

      М12≈0.6 L11=500 нГн/м. (3)

      Конечно, есть более точные способы определения взаимной индуктивности между двумя цепями. Программное обеспечение для электромагнитного моделирования часто используется для этой цели, когда необходимо более точно определить уровни перекрестных помех. Существует также ряд уравнений в закрытой форме, которые можно применять к конкретным геометриям. На самом деле, для случая двух тонких проводов над бесконечной плоскостью заземления существует относительно простое выражение в замкнутой форме [1],

      М12=μ04πln(1+4h2h3s2)(4)

      , где h 1 и h 2 — высота двух проводов над плоскостью, s — расстояние между двумя проводами, а радиус провода мал по сравнению с высотой и разделением.Применяя это уравнение к приведенному выше примеру,

      M12=µ04πln(1+4(205)2)=420 нГн/м. (5)

      Разница между оценкой (3) и расчетом в (5) составляет менее 2 дБ. Оценки в пределах нескольких дБ обычно достаточно точны, чтобы указать, существует ли потенциальная проблема перекрестных помех.

      Чтобы рассчитать перекрестные помехи из-за связи магнитного поля, мы начнем с тока в цепи источника, поскольку ток является источником магнитного поля. Напряжение, индуцированное во второй цепи, можно выразить как

      VLOOP2=jωM12I1.(6)

      В LOOP2 — напряжение, индуцируемое во всем контуре цепи. Доля этого напряжения, которая появится на нагрузке, может быть выражена как

      .

      VRL2=VLOOP2|RL2RL2+RS2+jωL22|. (7)

      Так как I 1  =  В RL1 /R L1 , перекрестные помехи из-за связи магнитного поля могут быть выражены как

      Xtalk21=20 log|VRL2VRL1|когда VS2=0=20 log|ωM12RL1(RL2RL2+RS2+jωL22)|. (8)

      Пример 6-1: Расчет перекрестных помех между двумя 50-омными цепями

      Для схемы, показанной на рис.1 и 2, предположим, что сигнальные провода имеют длину 16 см. Предположим, что радиус провода равен 0,6 мм, высота равна 20 мм, а расстояние между проводами равно 5,0 мм, как показано на рис. 3. Пусть R S1 = R S2 = 10 Ом и R L1 = R L2 = 50 Ом. Рассчитайте перекрестные помехи из-за связи магнитного поля между этими цепями на частоте 10 МГц.

      Индуктивность каждой цепи и взаимная индуктивность между двумя цепями на единицу длины даны в (1) и (5).Умножая на длину цепи, получаем

      L11=L22=840 нГн/м × 0,16 м=130 нГнМ12=420 нГн/м × 0,16 м=67 нГн. (9)

      Полное сопротивление L 11 и L 22 на частоте 10 МГц составляет мкОм L = 8 Ом, что мало по сравнению с сопротивлением каждой цепи, поэтому мы можем его игнорировать. Подставляя значения схемы в уравнение (8), мы получаем

      Xtalk21=20 log|2π×107(67×10−9)50(5050+10)|=−23 дБ. (10)

      Полезно наблюдать, как изменение различных параметров схемы изменило бы муфту.Например, удвоение частоты привело бы к удвоению перекрестных помех (т. е. при 20 МГц расчетные перекрестные помехи составили бы -17 дБ). Как индуктивная связь, так и емкостная связь пропорциональны частоте для случая слабой связи с активными нагрузками.

      Удвоение сопротивления нагрузки цепи источника также уменьшило бы ток в цепи источника почти наполовину, что уменьшило бы перекрестные помехи на 6 дБ. В этом примере удвоение сопротивления нагрузки в цепи-жертве оказало бы относительно небольшое влияние на перекрестные помехи, поскольку большая часть сопротивления уже была пропущена через нагрузку.

      Другим важным параметром в этом примере является взаимная индуктивность, M 12 . Уменьшение значения M 12 пропорционально уменьшит перекрестные помехи. Перемещение проводов дальше друг от друга — это один из способов уменьшить значение M 12 . Приблизить их к самолету — другое дело. Как правило, любое изменение, уменьшающее собственную индуктивность любого из контуров, может привести к уменьшению взаимной индуктивности между ними.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.