Abstract
To compute the electrical resistance (≈ conformal modulus) of a polygonally shaped resistor cut from a sheet of uniform resistivity, it suffices to find a conformal map of the polygon onto a rectangle. Constructing such a map requires the solution of a Schwarz-Christoffel parameter problem. First we show by examples that this is practical numerically. Then we consider an inverse “resistor trimming” problem in which the aim is to cut a slit in a given polygon just long enough to increase its resistance to a prescribed value. We show that here the solution can be obtained by solving a “generalized parameter problem.” The idea of a generalized parameter problem is applicable also in many other Schwarz-Christoffel computations.
Zusammenfassung
Um den elektrischen Widerstand eines polygonalen Resistors aus einem Material homogener Leitfähigkeit zu berechnen, genügt es, eine konforme Abbildung des Polygons auf ein Rechteck zu finden. Die Konstruktion einer solchen Abbildung erfordert die Lösung eines Schwarz-Christof-felschen Parameterproblems. Wir zeigen zunächst anhand von Beispielen, daß dies numerisch durchführbar ist. Dann betrachten wir ein inverses Problem: Die Aufgabe besteht hier darin, einen Schlitz in ein gegebenes Polygon zu schneiden, dessen Länge gerade so gewählt ist, daß der Widerstand auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird. Wir zeigen, daß dieses Problem auf ein „verallgemeinertes Parameterproblem“ zurückgeführt werden kann. Die Idee des verallgemeinerten Parameterproblems ist auch auf viele weitere Schwarz-Christoffel-Probleme anwendbar.
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References
D. Gaier,Ermittlung des konformen Moduls von Vierecken mit Differenzenmethoden, Numer. Math.19, 179–194 (1972).
D. Gilbarg,Jets and Cavities, In Handbuch der Physik vol. 9: Fluid Dynamics III, Springer, Berlin 1960.
P. M. Hall,Resistance calculations for thin film patterns, Thin Solid Films1, 277–295 (1967/68).
J. Hersch,On harmonic measures, conformal moduli, and some elementary symmetry methods, J. d'Anal. Math.42, 211–228 (1982/83).
M. Horowitz and R. W. Dutton,Resistance extraction from mask layout data, IEEE Trans. Computer Aided Design v. CAD-2, 145–150 (1983).
V. Klebanoff,An application of capacitance methods for Laplace's equation to the simulation of trimmed film resistors, SIAM 1979 Fall Meeting Poster Session, Denver, 1979.
C. Mead and L. Conway, Introduction to VLSI Systems, Addison-Wesley, Englewood Cliffs 1980.
Z. Nehari, Conformal Mapping, Dover, London 1972.
K. Reppe,Berechnung von Magnetfeldern mit Hilfe der konformen Abbildung durch numerische Integration der Abbildungsfunktion von Schwarz-Christoffel, Siemens Forsch. u. Entwickl. Ber.8, 190–195 (1979).
L. N. Trefethen,Numerical computation of the Schwarz-Christoffel transformation, SIAM J. Sci. Stat. Comput.1, 82–102 (1980).
L. N. Trefethen,SCPACK Version 2 User's Guide, Internal Rep. 24, Inst. Computer Applics. in Sci. and Engr., NASA Langley Res. Ctr., Hampton, VA, 1983.
L. N. Trefethen,Computer application of the Schwarz-Christoffel transformation, in P. L. Butzer and F. Fehér (eds.), E. B. Christoffel, Birkhäuser, Basel/Boston 1981.
L. J. van der Pauw,A method of measuring specific resistivity and Hall effect of discs of arbitrary shape, Philips Res. Rep.13, 1–9 (1958).
W. Versnel,Analysis of the Greek Cross, a van der Pauw structure with finite contacts, Solid-State Electronics22, 911–914 (1979).
L. N. Trefethen and R. J. Williams,Conformal mapping solution of Laplace's equation on a polygon with oblique derivative boundary conditions, J Comp. Appl. Math., to appear.
A. R. Elcrat and L. N. Trefethen,Classical free-streamline flow over a polygonal obstacle, J. Comp. Appl. Math., to appear.
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Supported by NSF Mathematical Sciences Postdoctoral Fellowship, and by the U.S. Dept. of Energy under contract DE-AC02-76-ER03077-V. This work was performed at the Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University.
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Trefethen, L.N. Analysis and design of polygonal resistors by conformal mapping. Z. angew. Math. Phys. 35, 692–704 (1984). https://doi.org/10.1007/BF00952114
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF00952114