2018-02-13
401
Введение
Курс "Методы анализа электронных схем" изучает основы современных методов, использующихся при разработке электронных устройств и систем, а также при выполнении анализа в процессе функционирования объекта, моделируемого как электронная схема.
Анализ электронных схем в настоящее время все чаще выполняется на основе математического моделирования. Изучаемые в курсе методы и математические модели являются базовыми при математическом моделировании электронных схем.
Выполнение курсовой работы является важным этапом в освоении этих методов.
В рамках курсового проектирования каждым студентом подробно изучается и реализуется в виде программы для ЭВМ один из основных методов (алгоритмов) или одна из математических моделей электронных приборов, использующихся при математическом моделировании. Затем эта программа применяется для математического моделирования конкретных электронных схем или приборов.
Ниже для сокращения изложения, а также с учетом того, что математическая модель электронного прибора фактически также задает порядок вычисления его токов и напряжений, объект изучения часто будем обозначать одним термином – "алгоритм".
|
|
|
Каждая из приводимых ниже тем курсовой работы соответствует важному, широко используемому на практике алгоритму моделирования.
Работа над темой обеспечивает подробное изучение алгоритма, уяснение деталей его практической реализации, а также выявление особенностей применения к конкретным устройствам электроники. В этом отношении курсовое проектирование весьма полезно тем, что дает глубокую подготовку по применению изучаемого алгоритма в будущей профессиональной деятельности.
Однако еще большая ценность курсового проектирования состоит в том, что оно обеспечивает приобретение опыта освоения реально используемого алгоритма. Математическое моделирование электронных схем является исключительно быстро развивающейся областью науки и техники. Использующиеся здесь алгоритмы и программы постоянно совершенствуются и обновляются. Будущая профессиональная работа инженера неизбежно сопряжена с непрерывным переобучением, постоянной переподготовкой. Приобретаемый опыт призван облегчить такое совершенствование профессионального уровня.
Требование реализовать изучаемый алгоритм в виде программы для ЭВМ преследует следующие две основные цели.
Первая цель – приобретение навыков подготовки моделирующих программ. Практика показала, что наилучшими качествами обладают программы для моделирования устройств электроники, в разработке которых наряду с профессиональными программистами непосредственное участие принимали специалисты в области электроники. Курсовое проектирование дает начальную подготовку к такой работе.
|
|
|
Вторая цель – глубокое проникновение в суть алгоритма. При изучении алгоритма без реализации в форме программы для ЭВМ неизбежно вне поля зрения остаются его существенные особенности, без выявления которых эффективное использование алгоритма невозможно. Создание правильно работающей программы способствует выяснению всех деталей алгоритма и знакомит с особенностями реализации подобных алгоритмов в виде машинных программ. Знание этих особенностей содействует полному использованию возможностей профессиональных моделирующих пакетов программ, резко снижает вероятность их неправильного применения и неверной интерпретации результатов.
Использование разработанной программы для анализа конкретных схем и приборов благотворно влияет на уяснение особенностей их математического описания, способствует лучшему пониманию требований к исходным данным, устанавливаемым программами, применяемыми профессионалами. Кроме того, сами по себе результаты моделирования часто оказываются поучительными, углубляющими подготовку в области электроники.
Темы курсовых работ
Темы курсовых работ указаны в табл. 1.
Таблица 1
Темы курсовых работ
| Номер темы | Наименование темы |
| 1 | 2 |
| 1 | Математическое моделирование полупроводниковых диодов с p–n- переходами |
| 2 | Математическое моделирование диодов Шоттки |
| 3 | Математическое моделирование биполярных транзисторов типа p–n–p |
| 4 | Математическое моделирование биполярных транзисторов типа n–p–n |
| 5 | Математическое моделирование полевых транзисторов с p–n-переходами и каналами p-типа |
| 6 | Математическое моделирование полевых транзисторов с p–n- переходами и каналами n-типа |
| 7 | Математическое моделирование полевых транзисторов с изолированными затворами и встроенными каналами p-типа |
| 8 | Математическое моделирование полевых транзисторов с изолированными затворами и индуцированными каналами р-типа |
| 9 | Математическое моделирование полевых транзисторов с изолированными затворами и встроенными каналами n-типа |
| 10 | Математическое моделирование полевых транзисторов с изолированными затворами и индуцированными каналами n-типа |
| 11 | Аппроксимация статических характеристик двухполюсных нелинейных элементов электронных схем |
| 12 | Аппроксимация статических характеристик трехполюсных нелинейных элементов электронных схем |
| 13 | Формирование матриц главных сечений электронных схем |
| 14 | Формирование матриц главных контуров электронных схем |
| 15 | Математическое моделирование линейных электронных схем постоянного тока без управляемых источников с формированием узловых уравнений на основе матричных выражений |
| 16 | Математическое моделирование линейных электронных схем постоянного тока с управляемыми источниками при формировании узловых уравнений на основе матричных выражений |
Продолжение табл. 1
| 1 | 2 |
| 17 | математическое моделирование линейных электронных схем постоянного тока без управляемых источников с прямым формированием узловых уравнений |
| 18 | Математическое моделирование линейных электронных схем постоянного тока с управляемыми источниками при прямом формировании узловых уравнений |
| 19 | Математическое моделирование нелинейных электронных схем постоянного тока без управляемых источников |
| 20 | Математическое моделирование нелинейных электронных схем постоянного тока с управляемыми источниками |
| 21 | Математическое моделирование линейных электронных схем переменного тока без управляемых источников с формированием узловых уравнений на основе матричных выражений |
| 22 | Математическое моделирование линейных электронных схем переменного тока с управляемыми источниками при формировании узловых уравнений на основе матричных выражений |
| 23 | Математическое моделирование линейных электронных схем переменного тока без управляемых источников с прямым формированием узловых уравнений |
| 24 | Математическое моделирование линейных электронных схем переменного тока с управляемыми источниками при прямом формировании узловых уравнений |
| 25 | Математическое моделирование динамических режимов линейных электронных схем без управляемых источников на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 1-го порядка |
| 26 | Математическое моделирование динамических режимов линейных электронных схем с управляемыми источниками на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 1-го порядка |
| 27 | Математическое моделирование динамических режимов линейных электронных схем без управляемых источников на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 1-го порядка |
| 28 | Математическое моделирование динамических режимов линейных электронных схем с управляемыми источниками на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 2-го порядка |
Окончание табл. 1
|
|
|
| 1 | 2 |
| 29 | Математическое моделирование динамических режимов нелинейных электронных схем без управляемых источников на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 1-го порядка |
| 30 | Математическое моделирование динамических режимов нелинейных электронных схем с управляемыми источниками на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 1-го порядка |
| 31 | Математическое моделирование динамических режимов нелинейных электронных схем без управляемых источников на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 2-го порядка |
| 32 | Математическое моделирование динамических режимов нелинейных электронных схем с управляемыми источниками на основе дискретных моделей, ассоциированных с методом Гира 2-го порядка |
| 33 | Формирование уравнений состояния линейных RLC-схем без CE-контуров и LI-сечений |
| 34 | Формирование уравнений состояния линейных схем общего вида |
| 35 | Решение уравнений состояния линейных электронных схем методом Гира 1-го порядка |
| 36 | Решение уравнений состояния линейных электронных схем методом Гира 2-го порядка |
| 37 | Решение уравнений состояния линейных электронных схем при использовании разностных уравнений |
| 38 | Решение уравнений состояния линейных электронных схем системным методом |
| 39 | Формирование и переформирование уравнений состояния квазилинейных электронных схем |
| 40 | Решение уравнений состояния нелинейных электронных схем явными методами Рунге – Кутта |
| 41 | Решение уравнений состояния нелинейных электронных схем методами Гира |
| 42 | Решение уравнений состояния нелинейных электронных схем методами Адамса – Башфорта |
| 43 | Решение уравнений состояния нелинейных электронных схем методами Адамса – Маултона |
Содержание пояснительной записки и правила ее оформления
|
|
|
Все материалы, полученные при курсовом проектировании, сводятся воедино в форме пояснительной записки к курсовой работе. Выполняемое ниже описание содержания этой записки в общих чертах определяет работы, подлежащие выполнению. Конкретные указания по разработке соответствующих тем даны в следующем разделе настоящих указаний.
Пояснительная записка в обязательном порядке должна содержать следующие составные части:
Титульный лист.
Лист задания.
Содержание (этот раздел не нумеруется).
Введение (этот раздел не нумеруется).
1. Описание проблемы, для решения которой предназначен изучаемый алгоритм.
2. Описание изучаемого алгоритма.
3. Описание программы.
4. Решение контрольной задачи.
5. Моделирование электронных схем (или приборов).
Заключение (этот раздел не нумеруется).
Библиографический список (этот раздел не нумеруется).
Допускается включение в пояснительную записку и других разделов.
Объем пояснительной записки – 10…20 с. формата А4 (210*297 мм).
При подготовке текста пояснительной записки необходимо соблюдать следующие размеры полей: левое – не менее 30 мм, правое – не менее 10 мм, верхнее – не менее 15 мм, нижнее – не менее 20 мм.
Пояснительная записка должна иметь обложку из плотной бумаги или картона, на которой размещается титульный лист, оформляемый в соответствии с образцом, приводимым в приложении.
Листы пояснительной записки в обязательном порядке должны быть тщательно сшиты.
Дадим пояснения к указанным выше разделам пояснительной записки.
Содержание включает наименование всех разделов, подразделов и пунктов (если они имеют наименования) и указывает номера страниц, на которых помещено их начало.
Во введении дается краткая характеристика современного уровня развития методов анализа электронных схем и указывается их роль и место в инженерной практике.
При подготовке этого раздела настоятельно рекомендуется использовать несколько источников из приводимого ниже библиографического списка. Необходимо осмыслить, переработать материал и дать свое изложение соответствующих вопросов, не допуская компиляции. Такая работа способствует появлению заинтересованности и значительно повышает продуктивность курсового проектирования. Она облегчает осознание особой роли математического моделирования в современной электронике. Это осознание обеспечивает правильный настрой, необходимый для освоения достаточно сложных, иногда трудно реализуемых алгоритмов.
Теперь обратимся к разделу "Описание проблемы, для решения которой предназначен изучаемый алгоритм".
Следует учитывать, что это условное, общее для всех тем курсовой работы название. Его необходимо конкретизировать в соответствии с изучаемой темой. К примеру, при разработке темы "Математическое моделирование биполярных транзисторов типа p–n–p" может быть использовано следующее конкретное название: "Проблема математического моделирования биполярных транзисторов".
Названия разделов, следующих за рассматриваемым, также должны быть в соответствующих случаях конкретизированы.
В рассматриваемом разделе:
─ кратко описывается соответствующая проблема, раскрывается ее суть;
─ указываются те области анализа электронных устройств, в которых возникает изучаемая проблема;
─ кратко описываются подходы к решению проблемы и использующиеся методы, дается их краткий сравнительный анализ, указывается, насколько широко применяется на практике изучаемая модель или алгоритм.
Раздел "Описание используемого алгоритма" должен включать, по крайней мере, следующие две части.
Первая часть представляет собой подробное, с изложением всех деталей, описание изучаемого алгоритма или модели.
Если изучается модель электронного прибора, то должна быть представлена полная эквивалентная схема, дан полный набор математических выражений, описывающих элементы этой схемы, а также подробно изложен порядок вычисления с помощью этих выражений параметров элементов схемы.
Если рассматривается вычислительный алгоритм, то приводятся соответствующие математические выражения и детально описывается порядок их применения. Для описания алгоритма рекомендуется в соответствующих случаях использовать схему алгоритма (блок-схему).
Вторая часть является примером решения конкретной задачи, основанного на изучаемом алгоритме или модели. Эта задача затем также решается с помощью разработанной программы в качестве контрольной (при подготовке раздела "Решение контрольной задачи").
При изучении модели электронного прибора задают некоторые токи или напряжения для этого прибора и вычисляют остальные токи и напряжения.
При изучении алгоритма применяют его к конкретной электронной схеме или системе уравнений и определяют искомые величины. Схему или систему следует выбирать как можно более простую для уменьшения объема вычислений. Однако при этом должны быть продемонстрированы все существенные особенности алгоритма.
В пояснительной записке ход решения конкретной (контрольной) задачи должен быть описан достаточно подробно, с представлением важных промежуточных результатов.
В разделе "Описание программы" описывается программа, в которой реализован изучаемый алгоритм или математическая модель.
В этом разделе:
─ дается полный текст (листинг) программы;
─ кратко указываются назначение и возможности программы;
─ приводится список наиболее важных идентификаторов и указывается их назначение;
─ кратко определяется назначение групп операторов, объединенных выполнением действий, характерных для изучаемого алгоритма;
─ описывается способ настройки программы на работу в заданном режиме, определяется порядок ввода исходных данных, указывается форма представления результатов вычислений.
Если подготовка программы осуществляется с использованием компьютера, находящегося в личном распоряжении студента, то для описания программы допустимо применять комментарии к программе, помещенные в ее тексте (в листинге).
Если указанная работа выполняется на компьютерах кафедры, то с учетом дефицита машинного времени разрешаются только краткие комментарии. В этом случае описание программ размещается вне ее текста.
Рекомендуется использовать схемы программ (блок-схемы).
Непременным условием является способность разработанной программы решать различные задачи определенного класса. К примеру, программа, реализующая математическую модель биполярного транзистора с проводимостью p–n–p, должна после ввода соответсвующих параметров транзистора моделировать любой заданный транзистор с указанной проводимостью. Другой пример: программа, моделирующая линейные электронные схемы постоянного тока с управляемыми источниками, должна обеспечивать анализ каждой такой схемы при условии, что количество узлов, количество ветвей схемы и, может быть, количество управляемых источников не превышают определенных величин. В подобных ситуациях рекомендуется принять условие, что как число ветвей, так и число узлов не больше 10…20.
Таким образом, программа должна быть универсальна в указанном смысле.
Программа может быть написана на языке программирования Паскаль, Си или другом языке.
В разделе "Решение контрольной задачи" представляется информация о решении с помощью разработанной программы той задачи, которая уже была решена без ЭВМ при подготовке раздела "Описание проблемы, для решения которой предназначен изучаемый алгоритм". Основная цель решения этой задачи на ЭВМ – проверить, правильно ли функционирует программа.
В этом разделе:
─ приводятся сведения по настройке программы и исходные данные, соответствующие контрольной задаче;
─ помещаются результаты расчета на ЭВМ;
─ дается сравнительный анализ полученных результатов и результатов, вычисляемых без использования ЭВМ.
В разделе "Моделирование электронных схем (или приборов)" представляются сведения об использовании разработанной программы для соответствующего анализа.
Необходимо решить ориентировочно 1…3 задачи в зависимости от их сложности и с учетом уже выполненного объема работы. К примеру, при разработке темы "Формирование матриц главных сечений электронных схем" каждая задача будет состоять в формировании с помощью программы матрицы главных сечений для эквивалентной схемы некоторого электронного устройства. Условия таких задач задаются самостоятельно или берутся из литературных источников. Каждая из этих задач должна быть существенно более сложной, чем контрольная.
В этом разделе:
─ дается информация по настройке программы и приводятся исходные данные;
─ помещаются результаты работы программы.
Результаты решения указанных задач почти по всем темам могут быть проверены по результатам решения этих же задач с помощью имеющихся пакетов прикладных программ (среди которых можно назвать пакет программ для анализа электронных схем Micro-Cap [14…16]). Такая проверка позволяет объективно оценить уровень разработанной программа и тем самым уровень подготовки студента. Поэтому она весьма желательна. Выполнение такой проверки может быть основанием для уменьшения количества и сложности решаемых задач, а также для сокращения объема других разделов пояснительной записки. Конкретно подобные условия определяет руководитель курсового проектирования.
В разделе "Заключение" кратко подводятся итоги выполненной работы, а также с целью приобретения первоначального опыта планирования подобных разработок кратко описываются перспективы продолжений работы.
В этом разделе:
─ указывается, насколько успешно выполняет заданные функции разработанная программа;
─ приводятся, если они имеются, существенные, представляющие особый интерес результаты моделирования;
─ в первом приближении кратко оценивается время решения задач с помощью разработанной программы и погрешность получаемых результатов;
─ указываются пути совершенствования программы.
В разделе "Библиографический список" приводится перечень источников, использованных при выполнении курсовой работы.
В предыдущих разделах пояснительной записки каждое обращение к существенным, важным научным и техническим результатам (к формулам, выводам, рекомендациям и т.п.) должно сопровождаться ссылкой на соответствующий источник из библиографического списка.
