Математические методы анализа и расчета электронных схем

1. Предмет дисциплины

       Для того чтобы узнать, удовлетворяет ли разработанная (пока только на бумаге) схема заданным техническим требованиям, вовсе не обязательно ее собирать "живьем", расходуя на это немалые средства. Особенно это касается силовых схем с дорогими комплектующими, а также интегральных микросхем, требующих больших затрат на подготовку производства. Подобрать параметры элементов или оптимизировать режимы работы можно практически беззатратным способом - применив математический анализ электронных схем. При этом приходится решать ряд задач, связанных с созданием и реализацией на ЭВМ математических моделей электронных устройств самого разнообразного назначения.
        Современный рынок программного обеспечения предлагает большое разнообразие пакетов программ, позволяющих моделировать на ЭВМ электронные устройства достаточно высокой сложности. Повышение вычислительной мощности персональных ЭВМ позволяет реализовывать все более дружественные, красочные и удобные интерфейсы общения с пользователем. К сожалению, математические модели используемых электронных компонентов, как и алгоритмы анализа, скрыты от пользователя, каждый компонент представляется неким "черным ящиком" с набором выводов для подключения, а описание алгоритма ограничивается указанием фамилии его автора. При таком построении машинного анализа весьма трудно осмыслить полученный результат. Пользователь становится заложником используемого программного обеспечения, вынужден полностью довериться Программе, не имея другой возможности убедиться в правильности ответов. Часто вызывают недоумение огромные затраты машинного времени на решение, казалось бы, совсем простой задачи, а также невозможность детально рассмотреть какой-либо короткий, но очень важный процесс.
        Создание математической модели электронного устройства (как, впрочем, и любого другого) начинается со схемы замещения - наглядного графического изображения, содержащего только определенные идеализированные элементы, математические описания которых весьма просты. Число таких элементов невелико, и каждый реальный физический прибор (такой, как транзистор или диод) представляется некоторой схемной моделью, содержащей несколько идеализированных элементов. Основное достоинство схемы замещения - возможность применить к ней формализованные методы формирования уравнений цепи. И эта задача легко решается с помощью ЭВМ.
        Следующая задача - как из имеющейся математической модели (т.е. системы уравнений) получить нужную характеристику цепи (к примеру - всем известную АЧХ). Успешное ее решение возможно после изучения различных методов анализа электронных схем. Некоторые из них дают решение в аналитической форме, некоторые же ориентированы исключительно на численное представление результатов. В любом случае, для достаточно сложных схем эта задача решается только с применением ЭВМ.
        Для лучшего осмысления изучаемых методов и алгоритмов предусмотрено выполнение лабораторных работ. Лабораторные работы выполняются на персональных ЭВМ и заключаются в практическом программировании фрагментов этих алгоритмов. При выполнении курсовой работы студентам предлагается создать машинную программу для анализа реального нелинейного электронного устройства.
        При выполнении лабораторных и курсовых работ необходимы навыки программирования, которые приобретаются во время изучения курсов информатики и вычислительной техники, или в порядке самообразования.
        Приобретенные навыки оказываются весьма полезны и после окончания вуза при дальнейшем повышении образования (обучении в аспирантуре).

2. Основные разделы дисциплины:

Модели простейших элементов электронных схем.

Матричные методы описания электронных схем.

Методы формирования уравнений цепи.

Численные методы решения уравнений.

Характеристики цепи и их параметры.

Расчет характеристик линейных цепей.

3.Формы учебных занятий:

Курс включает лекционные, практические и лабораторные занятия и рассчитан на два учебных семестра. Во втором семестре студентами выполняется также курсовая работа.

4.Дисциплины, на которых базируется курс:

Информатика и вычислительная техника.

Высшая математика.

Полупроводниковые приборы.

5. Что может делать студент после изучения данной дисциплины:

Выполнять машинный анализ (изучение свойств) электронных устройств самого разнообразного назначения.

Участвовать в разработке пакетов программ машинного анализа электронных схем.

Грамотно эксплуатировать коммерческие программы машинного моделирования.

6.Ведущий лектор

Доцент Кудинов Андрей Константинович.

Blog

Математические методы анализа и расчета электронных схем