Радиоэлектроника. Электротехника

Методы машинного расчёта электронных схем

год издания — 1970, кол-во страниц — 344, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 400 гр., издательство — Мир

цена: 700.00 руб

Сохранность книги — хорошая; пятна на обложке

PRELIMINARY EDITION OF
COMPUTER-
AIDED
NETWORK DESIGN
DONALD A. CALAHAN
ASSOCIATE PROFESSOR OF ELECTRICAL ENGINEERING
UNIVERSITY OF MICHIGAN ANN ARBOR, MICHIGAN

MCGRAW-HILL BOOK COMPANY
1968

Пер. с англ. А. Ф. Чивилева и Л. А. Флексер

Формат 60x90 1/16. Бумага типографская №2

Первая монография, посвящённая расчёту электронных схем с помощью ЭВМ, в которой сформулированы правила составления математических описаний электрических цепей и обсуждаются численные методы решения соответствующих уравнений. Изложен метод построения алгоритма для составления математического описания линейной цепи на ЭВМ. Рассмотрен машинный анализ схем с учётом допусков на параметры их элементов. Освещены методы и алгоритмы оптимизации цепи по параметрам её элементов. Приведены основные результаты, полученные при составлении цифровых моделей диодов и транзисторов.

Книга рассчитана на инженеров-разработчиков электронной аппаратуры, а также преподавателей, аспирантов и студентов вузов соответствующего профиля.

Интерес к применению ЭВМ для расчёта электрических схем в настоящее время вызван двумя факторами. Во-первых, при разработке схем, которые должны обладать 100%-ной надёжностью и оптимальными рабочими характеристиками, нужно иметь способы критической оценки так называемых «инженерных приближений». Во-вторых, значительность сроков традиционной разработки схем на основе интегральной технологии (или даже их макетирования с помощью схем на дискретных компонентах) и связанные с этим затраты вызвали интерес к математическому моделированию, выполняемому до этапа технического проектирования схем.

Указанные факторы содействовали появлению соответствующего математического обеспечения. Сейчас известно не менее десяти получивших широкое распространение программ для анализа электрических схем общего вида. Эти программы предоставляют в распоряжение разработчика весьма богатый набор методов для анализа переходных процессов в линейных и нелинейных схемах, работающих на постоянном токе и в режимах малого и большого сигнала, а также методы расчёта схем по наихудшему сочетанию параметров элементов или с учётом статистического характера разброса номиналов; набор нелинейных моделей транзисторов, диодов и других электронных приборов, и, наконец, упрощённое описание и ввод схем в ЭВМ. С распространением машин, работающих в режиме разделения времени, эти программы станут практически доступными любому пользователю.

Отсюда может сложиться впечатление, что инженеру-разработчику достаточно считать ЭВМ неким «чёрным ящиком», в который вводится описание схем и из которого затем извлекается исчерпывающая рабочая характеристика схемы. Однако при рассмотрении некоторых частных, но довольно часто встречающихся типов схем приходится сталкиваться с рядом проблем численного анализа, причём зачастую неспособность пользователя математическим обеспечением разобраться в существе возникающих затруднений и в методах их устранения приводит к необоснованному отказу от применения методов численного моделирования. Но даже если совершенно отвлечься от трудностей вычислительного характера, то и тогда для инженера, воспитанного на классических методах анализа электрических цепей, безусловно полезно познакомиться с общей «стратегией» — если не с деталями — постановки и решения задач, связанных с расчётом электрических цепей с помощью ЭВМ.

В гл. 1 даётся обзор известных способов анализа схем и оценивается возможность их реализации методами численного анализа. Затем в общих чертах формулируется более универсальный метод уравнений состояния. Обсуждаются существующие методы анализа нелинейных схем на постоянном токе и в переходных режимах. Типичные вычислительные трудности иллюстрируются на нескольких примерах.

В гл. 2 вновь рассматривается метод уравнений состояния, причём основное внимание уделяется формулировке и записи уравнений, а также автоматизации этого процесса с помощью ЭВМ. Случаи вырождения, имеющие место для некоторых «академических», но интересных типов схем, использованы здесь как средство выявления внутренних ограничений алгоритма составления уравнений.

Глава 3 посвящена ряду вопросов, связанных с учётом влияния разброса параметров элементов (как детерминированного, так и статистического) на рабочие характеристики схем.

Обладая возможностью многократного повторения расчёта некоторой схемы (с помощью ЭВМ), разработчик быстро приходит к мысли, что подбором нескольких ключевых параметров можно существенно улучшить рабочие характеристики схемы. Это один из способов «оптимизации». Теоретическим вопросам оптимизации посвящена обширная литература. Сейчас разработаны общие методы оптимизации, значительно более мощные и эффективные, чем те, которые базируются только на интуиции. В гл. 4 рассмотрены некоторые из подобных методов применительно к задачам оптимизации электрических схем.

Эффективность алгоритмов численного анализа схем даёт возможность использовать весьма сложные (и точные) модели активных элементов.

В гл. 5 изложен ряд аспектов математического моделирования активных элементов (например, полупроводниковые диоды и транзисторы), которые описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.

Учитывая динамику развития в области машинных методов расчёта электрических схем, эту книгу следует рассматривать лишь как попытку систематического изложения с единой методической позиции всех полученных на сегодня результатов. Как правило, изложение строится в таком порядке: 1) выбирается численный алгоритм; 2) подробно излагается описание алгоритма и в качестве иллюстрации соответствующая программа на языке ФОРТРАН; 3) затем излагаются более сложные теоретические вопросы. Таким образом, книга может быть использована в качестве пособия для студентов старших курсов высших учебных заведений и аспирантов; она будет безусловно полезна и инженерам.

ИЗ ПРЕДИСЛОВИИ АВТОРА
Д. Калахан
Мичиганский университет
Анн-Арбор
1 сентября 1967 г.

Предисловие редактора русского перевода	5
Предисловие автора к русскому изданию	7
Из предисловия автора	8

Глава 1. Анализ электронных схем с помощью вычислительных машин

1.1. Введение	11
1.2. Классификация схем	11
1.3. Анализ n-полюсников	13
1.3.1. Введение	13
1.3.2. Матрицы Z и Y	15
1.3.3. Гибридная матрица	18
1.4. Анализ нелинейных резистивных схем	20
1.4.1. Введение	20
1.4.2. Постановка задачи	23
1.4.3. Численное решение	26
1.5. Матричный анализ линейных схем	33
1.5.1. Введение	33
1.5.2. Метод обратной матрицы	34
1.5.3. Метод редукции Гаусса	35
1.5.4. Решение методом редукции схемы	39
1.5.5. Другие способы повышения точности	41
1.5.6. Цепная или ABCD-матрица	44
1.5.7. Преобразование матриц путём разбиения	47
1.6. Анализ схем без особенностей методом переменных состояния	51
1.6.1. Введение	51
1.6.2. Понятие состояния	51
1.6.3. Решение уравнений состояния с помощью преобразования
Лапласа	55
1.6.4. Расчёт переходного процесса по уравнениям состояния	60
1.6.5. Вычисление переходной характеристик численным
интегрированием	64
1.7. Анализ нелинейных схем	80
1.7.1. Введение	80
1.7.2. Составление уравнений для описания схем	80
1.7.3. Расчёт условий установления	82
1.7.4. Решение нелинейных уравнений во временной области	85
1.7.5. Другие методы	91
1.7.6. Линеаризация уравнений, описывающих схему	92
1.7.7. Численное интегрирование нелинейных уравнений	94
1.7.8. Пример	94
Задачи	97

Глава 2. Использование топологических методов для получения
уравнений состояния

2.1. Введение	108
2.2. Элементарная теория графов	109
2.2.1. Введение	109
2.2.2. Соотношения, определяющие напряжение и ток в ветвях	112
2.2.3. Доказательство алгоритма	117
2.3. Формулирование уравнений состояния схемы	121
2.3.1. Свойства дерева	121
2.3.2. Постановка задачи	123
2.3.3. Форма решения	124
2.3.4. Решение уравнений для RLC-схем	130
2.3.5. Общая форма уравнений состояния для RLС-схем с активными
элементами	134
2.3.6. Модификация матрицы М для RLC-схем с активными элементами	134
2.3.7. Топологический полюсный анализ схем	138
Задачи	138

Глава 3. Учёт разброса параметров

3.1. Введение	142
3.2. Анализ разброса параметров методом малых приращений	143
3.2.1. Введение	143
3.2.2. Вычисление частных производных	144
3.3. Рекурсивное вычисление схемных функций	153
3.4. Статистические методы анализа разброса параметров	154
3.4.1. Основные положения статистики	154
3.4.2. Метод моментов	158
3.4.3. Сравнение двух методов	159
3.4.4. Метод Монте-Карло	160
Задачи	166

Глава 4. Оптимизация схем

4.1. Введение	168
4.2. Формальные критерии оптимизации	169
4.3. Основные положения теории оптимизации	171
4.3.1. Определение минимума	171
4.3.2. Локальные минимумы	172
4.3.3. Выпуклость	173
4.3.4. Скорость сходимости	174
4.4. Некоторые методы минимизации	175
4.4.1. Метод наискорейшего спуска	175
4.4.2. Вычисление коэффициента aⁱ	177
4.4.3. Прямой поиск aⁱ	179
4.4.4. Метод Флетчера-Поуэлла	181
4.4.5. Минимизация методом наименьших квадратов	184
4.5. Пример программы минимизации	186
4.6. Оптимизация в пространстве элементов	197
4.7. Минимизация при наличии ограничений	203
4.7.1. Постановка задачи	203
4.7.2. Вычислительные алгоритмы минимизации при ограничениях	206
4.8. Оптимизация в s-плоскости	209
4.8.1. Область применения	209
4.8.2. Метод подбора коэффициенюв	210
4.8.3. Главные полюса	213
4.8.4. Модификации метода	214
4.8.5. Алгоритм вычисления матрицы частных производных	217
4.9. Сравнение оптимизации в частотной области с оптимизацией
методом подбора коэффициентов	221
4.10. Минимизация чувствительности	222
4.11. Метод непрерывного преобразования схем с сохранением
эквивалентности	227
4.12. Заключение	229
Задачи	230

Глава 5. Моделирование активных элементов

5.1. Введение	234
5.2. Классификация моделей	234
5.3. Разработка моделей приборов по описывающим их дифференциальным
уравнениям в частных производных	235
5.3.1. Введение	235
5.3.2. Уравнение непрерывности	236
5.3.3. Разработка схемной модели	237
5.4. Моделирование полупроводникового диода	240
5.4.1. Физические принципы работы диода	240
5.4.2. Электрическая модель диода	243
5.4.3. Корректировка модели диода	247
5.4.4. Преобразования модели	247
5.4.5. Динамическая модель диода в режиме большого сигнала	247
5.4.6. Выбор значений параметров модели активного элемента	250
5.4.7. Уравнения, описывающие работу диода в режиме малого
сигнала	250
5.4.8. К методике разработки модели	251
5.5. Модели транзистора	254
5.5.1. Введение	254
5.5.2. Корректировка однокаскадной модели транзистора	254
5.5.3. Динамическая модель для режима большого сигнала	255
5.5.4. Измерение параметров модели	257
5.5.5. Модель для режима малого сигнала	257
5.5.6. Сравнение многокаскадных моделей транзистора	260
5.6. Другие нелинейные модели диода и транзистора	261
Задачи	261

Дополнение 1. Присоединённая цепь и её применение для оптимизации
схемы	264

Дополнение 2.	300

Книги на ту же тему

Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем, Бубенников А. Н., 1989
Алгоритмы анализа электронных схем. — 2-е изд., перераб. и доп., Сигорский В. П., Петренко А. И., 1976
Машинные методы анализа и проектирования электронных схем, Влах И., Сингхал К., 1988
Численно-аналитическое моделирование радиоэлектронных схем, Гридин В. Н., Михайлов В. Б., Шустерман Л. Б., 2008
Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств, Бененсон З. М., Елистратов М. Р., Ильин Л. К., Кравченко С. В., Сухов Д. М., Удлер М. А., 1981
Конструкторско-технологические основы проектирования полосковых микросхем, Бушминский И. П., Гудков А. Г., Дергачев В. Ф., Кузьмин А. П., Усачев В. П., 1987
Методы автоматизированного расчёта электронных схем в технике связи: Учебное пособие для вузов, Калабеков Б. А., Лапидус В. Ю., Малафеев В. М., 1990
Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств (без CD), Антипенский Р. В., Фадин А. Г., 2007
Анализ и синтез линейных радиоэлектронных цепей с помощью графов: Аналоговые и цифровые фильтры, Остапенко А. Г., 1985

http://knigoprovod.ru

/Наука и Техника/Радиоэлектроника. Электротехника

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему