Software: FEM - Tutorial - Elektrostatik - MP - Analyse
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Simulation und Auswertung
Die Simulation ergibt den obigen Verlauf des Spannungsfeldes. Mit Hilfe der "Definitionsgleichung" für die elektrische Kapazität C=Q/U ist es nun problemlos möglich, die Kapazität zwischen Leiterbahn und Massefläche zu berechnen:
- Die anliegende Spannung U kann man direkt aus den Ergebnissen des Spannungsfeldes ablesen.
- Die Ladungsmenge Q kann man aus Ladungsdichte und Volumen der Cu-Massefläche berechnen.
- Man muss beachten, dass nur eine Symmetriehälfte modelliert und simuliert wurde. Berechnet werden soll jedoch die Leitungskapazität [pF/m] der kompletten Cu-Leiterbahn.
Verifizierung und Validierung:
- Kontrolle des Feldverlaufs in Hinblick auf unerwartete Unstetigkeiten insbesondere an den Grenzen zwischen den Material-Bereichen.
- Vergleich der anhand der Simulation berechneten Leitungskapazität mit der analytischen Berechnung für den idealisierten Plattenkondensator C=ε0·εr·A/d (A=Leiterbahn-Fläche / d=Abstand Leiterbahn zu Massefläche). Der simulierte Wert muss größer sein, da nicht nur das Feld zwischen den "Platten" berücksichtigt wird. Die Werte sollten jedoch in der gleichen Größenordnung liegen.
- Vergleich der Simulationsergebnisse mit einem anderen FEM-Programm (im folgenden Abschnitt mit dem Programm FEMM).
Fragen für Teilnehmer der Lehrveranstaltung:
- Wie groß ist der simulierte Kapazitätsbelag [pF/m] des Leiters in Bezug zur Massefläche?
- Welche Kapazität wird mit der Dimensionierungsformel für den Plattenkondensator ermittelt?