شبیه سازی المان CPE در مدارهای الکترونیکی [Persian Thesis]
پویان رنجبر
| شناسگر رکورد: | ۵۲۸۴۰ |
| رشته تحصیلی: | معماری سیستم های کامپیوتری |
| عنوان: | شبیه سازی المان CPE در مدارهای الکترونیکی |
| نويسنده: | پویان رنجبر |
| استاد راهنما : |
دکتر داود نصراصفهانی دکتر احسان اخترکاوان |
| مقطع تحصیلی : | کارشناسی ارشد |
| دانشگاه : | خاتم |
| تاریخ دفاع : | ۱۴۰۴ |
| چکیده: | عنصر فاز ثابت (Constant Phase Element, CPE) یکی از اجزای مهم در مدارهای معادل الکتروشیمیایی است که برای توصیف رفتارهای غیرایده‌آل در سامانه‌های الکتروشیمیایی و مواد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف خازن ایده‌آل، رفتار CPE بر پایه مفاهیم حساب کسری تعریف می‌شود و رابطه میان جریان و ولتاژ آن به مرتبه کسری مشتق وابسته است. در این مدل، پارامتر Q بیانگر ضریب شبه‌خازنی و α نشان‌دهنده مرتبه کسری است که معمولاً مقداری بین صفر و یک دارد (Podlubny, ۱۹۹۹). تغییر مقدار α سبب می‌شود رفتار CPE از حالت مقاومتی تا رفتار مشابه خازن ایده‌آل تغییر کند. همچنین، این عنصر در حوزه فرکانس دارای ویژگی فاز تقریباً ثابت است؛ ازاین‌رو، به‌کارگیری آن در تحلیل طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، مدل‌سازی ناهمگنی سطح الکترود، نفوذ یونی در الکترودهای متخلخل و توصیف ساختارهای پیچیده مواد اهمیت ویژه‌ای دارد (Barsoukov & Macdonald, ۲۰۰۵; Oustaloup, ۱۹۹۵). برای شبیه‌سازی رفتار CPE روش‌های مختلفی در حوزه فرکانس و زمان ارائه شده است. در حوزه فرکانس، رفتار امپدانسی این عنصر امکان تحلیل پاسخ سیستم و ترسیم نمودارهایی مانند نایکوئیست و بُده را فراهم می‌کند (Barsoukov & Macdonald, ۲۰۰۵). در حوزه زمان، به دلیل ماهیت کسری و حافظه‌دار CPE، از تعاریف مشتق کسری مانند کاپوتو و گرونوالد–لتنیکوف استفاده می‌شود. در این روش‌ها، پاسخ سیستم تنها به مقدار لحظه‌ای ورودی وابسته نیست، بلکه تاریخچه تغییرات ولتاژ نیز در محاسبه جریان مؤثر است (Podlubny, ۱۹۹۹). علاوه بر این، روش‌های عددی چندمرحله‌ای، به‌ویژه الگوریتم‌های پیش‌بینی–تصحیح آدامز–بش‌فورث–مولتون، برای افزایش دقت شبیه‌سازی رفتار CPE مورد استفاده قرار می‌گیرند (Diethelm et al., ۲۰۰۲). در نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مدار مانند SPICE نیز، به دلیل عدم پشتیبانی مستقیم از عناصر کسری، می‌توان رفتار CPE را با استفاده از تقریب‌های مرتبه‌صحیح نظیر شبکه‌های نردبانی RC بازنمایی کرد (Oustaloup, ۱۹۹۵). کاربرد CPE به حوزه الکتروشیمی محدود نمی‌شود و این عنصر در زمینه‌های مختلف علمی و مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در الکتروشیمی، CPE برای مدل‌سازی رفتار غیرایده‌آل لایه دوگانه الکتریکی، مقاومت انتقال بار و پدیده‌های سطحی به کار می‌رود. در فیزیک مواد نیز از آن برای تحلیل رفتار دی‌الکتریک‌های غیرایده‌آل و پلیمرها استفاده می‌شود. همچنین، مفاهیم مرتبط با عناصر کسری در مهندسی کنترل و طراحی کنترل‌کننده‌های کسری و در مهندسی پزشکی برای مدل‌سازی پاسخ امپدانسی بافت‌ها و الکترودهای زیستی کاربرد دارند (Barsoukov & Macdonald, ۲۰۰۵; Podlubny, ۱۹۹۹). در مجموع، استفاده از CPE و روش‌های عددی مرتبط با آن امکان بازنمایی دقیق‌تر رفتارهای غیرایده‌آل، حافظه‌دار و پیچیده سامانه‌های فیزیکی و مهندسی را فراهم می‌سازد و می‌تواند زمینه مناسبی برای توسعه روش‌های دقیق‌تر شبیه‌سازی مدارهای دارای عناصر کسری فراهم کند. |
| واژگان کلیدی: |
عنصر فاز ثابت (CPE) شبیه‌سازی مدار SPICE محاسبات کسری آدامز–بش‌فورث |
| Register Number | Part3 | Version | Volume | Part | Part2 | Reference | Call Number | lended | Date Back | Description | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 285099 | 1 |
LoginWithYourAccountToPostComment