Основы компьютерного проектирования и моделирования рэс. Размещение элементов узлов рэс Список использованной литературы

Вопросы к экзамену «Моделирование элементов и узлов РЭС»

Режимы моделирования .

Поясните следующие режимы моделирования в САПР Electronic WorkBench (EWB):

6. Parameter Sweep

7. Temperature Sweep

9. Transfer Function

14. DC sweep

Элементы РЭС

1. Независимые источники. Виды независимых источников. Сравнение источников EWB и OrCAD.

V^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC| ?AC|AC @AC| ?TRAN|@TRAN|

I^@REFDES %+ %- ?DC|DC @DC| ?AC|AC @AC| ?TRAN|@TRAN|

2. Пассивные компоненты RLC. Модели и параметры моделей в САПР EWB. Взаимная индуктивность и магнитный сердечник.

C^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|C^@REFDES| @VALUE ?IC/IC=@IC/ ?TOLERANCE|\n.model C^@REFDES CAP C=1 DEV=@TOLERANCE%|

R^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|R^@REFDES| @VALUE ?TOLERANCE|\n.model R^@REFDES RES R=1 DEV=@TOLERANCE%|

L^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|L^@REFDES| @VALUE ?IC/IC=@IC/ ?TOLERANCE|\n.model L^@REFDES IND L=1 DEV=@TOLERANCE%|

Kn^@REFDES L^@L1 ?L2|L^@L2| ?L3|\n+ L^@L3| ?L4|L^@L4| ?L5|\n+ L^@L5| ?L6|L^@L6| @COUPLING

Биполярные транзисторы

Q^@REFDES %c %b %e @MODEL

3. Схема измерения зависимости граничной частоты передачи тока fT(Ic) от тока коллектора (Gain Bandwidth ).

4. Схема измерения зависимости времени рассасывания заряда ts(Ic) от тока коллектора (Storage Time ).

5. Схема измерения зависимости барьерной емкости перехода коллектор-база Cobo(Vcb) (C-B Capacitance ) и эмиттер-база Cibo(Veb) (E-B Capacitance ).

Узлы РЭС .

6. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе. Схема с общим эмиттером. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.

7. Отрицательная обратная связь по току и по напряжению. Схема с общим эмиттером с отрицательной обратной связью по напряжению. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.

8. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе. Схема с общей базой. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.

9. Апериодический усилитель на биполярном транзисторе. Схема с общим коллектором. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на проходной (переходной) и выходных характеристиках. Назначение элементов. Обеспечение режима по постоянному току. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.

10. Апериодический усилитель на полевом транзисторе. Схема с общим истоком. Назначение компонентов. Выбор рабочей точки на стокозатворной и выходных характеристиках. Назначение элементов. Как обеспечить линейность работы апериодического усилителя. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвых. Сравнение с другими схемами. Эквивалентная схема усилителя.

	МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ РЭС
Программа учебной дисциплины и методические указания к выполнению контрольной работы
Для студентов специальности 210201 Проектирование и технология РЭС, обучающихся по образовательным программам с полным и сокращенным сроками обучения
Рыбинск 2007

УДК 621.396.6

Моделирование элементов и узлов РЭС: Программа учебной дисциплины и методические указания к выполнению контрольной работы./Сост. А.В. Печаткин; РГАТА. – Рыбинск, 2007. – 60 с. – (Заочная форма обучения РГАТА).

СОСТАВИТЕЛЬ

кандидат технических наук, доцент А.В. Печаткин

ОБСУЖДЕНО

на заседании кафедры радиоэлектронных и телекоммуникационных систем (РТС)

Зав. РИО М.А. Салкова

Компьютерная верстка – Е.В. Шлеина

Лицензия ИД № 06341 от 26.11.01

Подписано в печать ________

Формат 60´84 1/16 Уч.-изд. л. 4. Тираж ____. Заказ _____

Множительная лаборатория РГАТА 152934, Рыбинск, ул. Пушкина, 53

ã А.В. Печаткин, 2007

ã РГАТА, 2007

Предисловие. 4

1 Основные организационные вопросы.. 4

2.1 Общие положения. 7

2.1.1 Моделирование сигналов. 8

2.1.2 Усилительные устройства. 9

3 Порядок выполнения контрольной работы.. 10

3.1 Оформление контрольной работы.. 12

3.2 Работа с электронными шаблонами и электронными документами. 13

3.2.1 Основные правила работы с электронными шаблонами: 14

3.2.2 Оформление и идентификация электронных документов. 14

4 Краткая теоретическая информация. 15

4.1 Расчет апериодического каскада на биполярном транзисторе. 15

4.1.1 Расчет апериодического каскада на полевом транзисторе. 18

4.1.2 Расчет резонансных усилителей с одиночным и связанными колебательными контурами. 20

Приложение А.. 25

Приложение Б. 26

Приложение В.. 27

Приложение Г. 30

Приложение Д.. 32

Приложение Е. 33

Приложение Ж.. 35

Приложение И.. 36

Приложение К.. 37

Приложение Л.. 48

Предисловие

Дисциплина «Моделирование элементов и узлов РЭС» относится к циклу общих математических и естественнонаучных дисциплин специальности 210201 «Проектирование и технология РЭС» и является одной из дисциплин, направленных на освоение информационных технологий поддержки сквозного проектирования электронной. Изложенные в настоящем пособии программа дисциплины и предъявляемые требования к выполнению контрольной работы полностью соответствуют Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования и требованиям к специальности 210101 «Проектирование и технология РЭС».

Учебное пособие разработано для студентов факультета МРМ СибГУТИ, изучающих дисциплину « Основы компьютерного проектирования и моделирования РЭС»

Введение 8

Глава 1. Основные понятия, определения, классификация 9

1.1 Понятия системы, модели и моделирования 9

1.2 Классификация радиотехнических устройств 10

1.3 Основные типы задач в радиотехнике 12

1.4 Развитие понятия модели 14

1.4.2 Моделирование – важнейший этап целенаправленной деятельности 15

1.4.3 Познавательные и прагматические модели 15

1.4.4 Статические и динамические модели 16

1.5 Способы воплощения моделей 17

1.5.1 Абстрактные модели и роль языков 17

1.5.2 Материальные модели и виды подобия 17

1.5.3 Условия реализации свойств моделей 18

1.6 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте различия 19

1.6.1 Конечность моделей 19

1.6.2 Упрощенность моделей 19

1.6.3 Приближенность моделей 20

1.7 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте сходство 21

1.7.1 Истинность моделей 21

1.7.2 О сочетании истинного и ложного в модели 21

1.7.3 Сложности алгоритмизации моделирования 22

1.8 Основные типы моделей 23

1.8.1 Понятие проблемной ситуации при создании системы 23

1.8.2 Основные типы формальных моделей 24

1.8.3 Математическое представление модели «черного ящика» 28

1.9 Взаимосвязи моделирования и проектирования 32

1.10 Точность моделирования 33

Глава 2. Классификация методов моделирования 37

2.1 Реальное моделирование 37

2.2 Мысленное моделирование 38

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 40

3.1 Этапы создания математических моделей 43

З.2 Компонентные и топологические уравнения моделируемого объекта 46

3.3 Компонентные и топологические уравнения электрической цепи 46

Глава 4. Особенности компьютерных моделей 50

4.1 Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент 51

4.2 Программные средства компьютерного моделирования 52

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ РАДИОСИСТЕМЫ КАК ОБЪЕКТА ИЗУЧЕНИЯ МЕТОДАМИ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЭВМ 57

5.1 Классы радиосистем 57

5.2 Формальное описание радиосистем 58

Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ MATHCAD ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ 64

6.1 Основные сведения об универсальном математическом пакете программ MathCAD 64

6.2 Основы языка MathCAD 65

6.2.1 Тип входного языкаMathCAD 66

6.2.2 Описание текстового окна MathCAD 67

6.2.3 Курсор ввода 68

6.2.5 Управление элементами интерфейса 70

6.2.6 Выделение областей 71

6.2.7 Изменение масштаба документа 71

6.2.8 Обновление экрана 72

6.3 Основные правила работы в среде «MathCAD» 79

6.3.1 Удаление математических выражений 79

6.3.2 Копирование математических выражений 80

6.3.3 Перенос математических выражений 80

6.3.4 Вписывание в программу текстовых комментариев 80

6.4 Построение графиков 81

6.4.1 Построение графиков в декартовой системе координат 81

6.4.2 Построение графиков в полярной системе координат 83

6.4.3 Изменение формата графиков 85

6.4.4 Правила трассировки графиков 85

6.4.5 Правила просмотра участков двумерных графиков 86

6.5 Правила вычислений в среде «MathCAD» 87

6.6 Анализ линейных устройств 93

6.6.1 Передаточная функция, коэффициент передачи, временные и частотные характеристики 94

6.6.2 Коэффициент передачи K(jω) 95

6.6.3 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) 96

6.6.4 Определение переходной и импульсной характеристик 98

6.7 Методы решения в среде «MathCAD» алгебраических и трансцендентных уравнений и организация вычислений по циклу 101

6.7.1 Определение корней алгеброических уравнений 101

6.7.2 Определение корней трансцендентных уравнений 103

6.7.3 Вычисления по циклу 106

6.8 Обработка данных 108

6.8.1 Кусочно-линейная интерполяция 108

6.8.2 Сплайн-интерполяция 110

6.8.3 Экстраполяция 112

6.9 Символьные вычисления 115

6.10 Оптимизация в расчетах РЭА 124

6.10.1 Стратегии одномерной оптимизации 124

6.10.2 Локальные и глобальные экстремумы 126

6.10.3 Методы включения интервалов неопределенности 127

6.10.4 Критерии оптимизации 135

6.10.6 Пример записи целевой функции при синтезе фильтров 141

6.11 Анимация графического материала в среде MathCAD 148

6.11.1 Подготовка к анимации 149

6.11.2 Пример анимации графика 149

6.11.3 Вызов проигрывателя анимации графиков и видео файлов 151

6.12 Установка связи MathCAD с другими программными средами 153

множество граф алгоритм итерационный

Задачи размещения элементов и трассировки их соединений тесно связаны и при обычных, «ручных», методах конструирования решаются одновременно. В процессе размещения элементов уточняются трассы соединений, после чего положение некоторых элементов может корректироваться. В зависимости от принятой конструктивно - технологической и схемотехнической базы при решении этих задач используются различные критерии и ограничения. Однако все конкретные разновидности упомянутых задач связаны с проблемой оптимизации схем соединений. В результате получается точное пространственное расположение отдельных элементов конструктивного узла и геометрически определенный способ соединений выводов этих элементов.

Критерии качества и ограничения, связанные с конкретными задачами размещения и трассировки, опираются на конкретные конструктивные и технологические особенности реализации коммутационной части узла. Всю совокупность критериев и ограничений можно разделить на две группы в соответствии с метрическими и топологическими параметрами конструкции узлов и схем.

К метрическим параметрам относятся размеры элементов и расстояния между ними, размеры коммутационного поля, расстояния между выводами элементов, допустимые длины соединений и т.д.

Топологические параметры в основном определяются принятым в конкретной конструкции способом устранения пересечений соединений и относительным расположением соединений на коммутационном поле. К ним относятся: число пространственных пересечений соединений, число межслойных переходов, близость расположения друг к другу тепловыделяющих элементов или несовместимых в электромагнитном отношении элементов и соединений.

В конкретных задачах указанные параметры в различных сочетаниях могут быть либо главными критериями оптимизации, либо выступать в качестве ограничений.

В связи с этим при алгоритмическом подходе к их решению они рассматриваются, как правило, раздельно. Сначала осуществляется размещение элементов, а затем - трассировка межсоединений. Если необходимо, этот процесс может быть повторен при другом расположении отдельных элементов.

Основной целью размещения считают создание наилучших условий для последующей трассировки соединений при удовлетворении основных требований, обеспечивающих работоспособность схем.

Критерием в большинстве случаев является критерий минимума взвешенной длины (МСВД) соединений, который интегральным образом учитывает многочисленные требования, предъявляемые к расположению элементов и трасс их соединений. Это обуславливается рядом факторов:

Уменьшение длин соединений улучшает электрические параметры схемы;

Чем меньше суммарная длина соединений, тем, в среднем, проще их реализация в процессе трассировки;

Уменьшение суммарной длины соединений снижает трудоёмкость изготовления монтажных схем, особенно схем проводного монтажа;

Данный критерий относительно прост с математической точки зрения и позволяет косвенным образом учитывать другие параметры схем путём присвоения весовых оценок отдельным соединениям.