Воронежский институт МВД России
Кафедра вневедомственной охраны
Утверждаю
Начальник кафедры
вневедомственной охраны
кандидат технических наук
полковник полиции
С.А. Гречаный
«____» _________________2016 г.
Тезисы лекции
По дисциплине «Основы компьютерного проектирования и моделирования радиотехнических систем»
Тема № 7 «Моделирование радиотехнических систем на схемотехническом уровне»
Подготовил:
старший преподаватель кафедры
кандидат технических наук
майор полиции
А.В. Сидоров
Обсуждено и одобрено на заседании
методической секции кафедры вневедомственной охраны
«___» ______ 2016 г., протокол № __
Обсуждено и одобрено на заседании кафедры вневедомственной охраны
«___» ______ 2016 г., протокол № __
Учебные и воспитательные цели:
1. Образовательные: подготовка обучаемых к проектно-конструкторской и научно-исследовательской видам деятельности посредством формирования знаний и умений, компетенций в области компьютерного проектирования и моделирования радиотехнических систем с применением пакетов прикладных программ; раскрыть методы моделирования статических режимов радиотехнических средств (прямой метод и метод установления), переходных процессов, моделирования полей, моделирования в частотной области; стимулировать активную познавательную деятельность курсантов.
Развивающие: актуализироватьопорныезнания обучаемых по дисциплине, а также межпредметные связи; для развития и активации у курсантов самостоятельного мышления, логических способностей и профессиональной лексически и терминологически грамотной речи, в процессе проведения занятия создавать проблемные ситуации с включением элементов дискуссии;
|
|
Воспитательные и личностноформирующие: формирование правовой культуры и кругозора; стимулирование активной познавательной деятельности и мотивации, способствование выработке у курсантов убежденности в важности освоения рассматриваемых вопросов для будущей практической деятельности.
Материально-техническое обеспечение:
1. Интерактивная доска.
2. Проектор.
3. Компьютер в комплекте с монитором, клавиатурой и оптическим манипулятором.
4. Программное обеспечение SmartBoard.
ПЛАН ЛЕКЦИИ
| Учебныевопросы | Время, мин |
| Вступительная часть 1. Методы моделирования статических режимов радиотехнических средств. 2. Прямой метод моделирования. 3. Метод установления. 4. Моделирование переходных процессов в радиотехнической системе. 5. Методы моделирования радиотехнического средства в частотной области. 6. Методы моделирования полей. Заключительная часть |
Литература
Основная:
1. Головков А. А. Компьютерное моделирование и проектирование радиоэлектронных средств: учебник для вузов /А. А. Головков, И. Ю. Пивоваров, И. Р. Кузнецов. – СПб.: Питер, 2015. – 208 с.
2. Антипенский Р. В. Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств / Р. В. Антипенский, А. Г. Фадин. – Москва: Техносфера, 2007. – 127 с.
3. Шестеркин А. Н. Система моделирования и исследования радиоэлектронных устройств Multisim 10 / А. Н. Шестеркин. – Москва: ДМК Пресс, 2012. – 360 с.
4. Амелина М. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap. Версии 9,10 / М. А. Амелина, С. А. Амелин. – Смоленск: Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2013. – 618 с.
|
|
5. Амелина М. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8 / М. А. Амелина, С. А. Амелин. – Москва: Горячая линия – Телеком, 2007. – 464 с.
6. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Инструментальные средства и моделирование элементов практических схем / В. И. Карлащук, С. В. Карлащук. – Москва: Солон-пресс, 2008. – 144 с.
Дополнительная:
1. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: учебное пособие для вузов / О. В. Алексеев, А. А. Головков, И. Ю. Пивоваров и др.; Под ред. О. В. Алексеева. – Рекоменд. МО РФ. – Москва: Высшая школа, 2000. – 479 с.
2. Уваров А. С. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств / А. С. Уваров. – Москва: Горячая линия-Телеком, 2004. – 760 с.
3. Романычева Э. Т. Инженерная и компьютерная графика: учебник для вузов с дистанционным обучением: Доп. М-вом образования РФ / Э. Т. Романычева, Т. Ю. Соколова, Г. Ф. Шандурина. – 2-е изд., перераб. – Москва: ДМК, 2001. – 586 с.
4. Кардашев Г. А. Цифровая электроника на персональном компьютере /
Г. А. Кардашев. – Москва: Горячая линия - Телеком, 2003. – 311 с.
5. Петраков О. М. Создание аналоговых PSPICE - моделей радиоэлементов / О. М. Петраков. – Москва: РадиоСофт, 2004. – 205 с.
6. Сиденко Л. А. Компьютерная графика и геометрическое моделирование. Учебное пособие / Л. А. Сиденко. – СПб: Питер, 2009. – 219 с.
Электронные ресурсы:
1. URL: https://russia.ni.com/multisim//
2. URL: https://www.spectrum-soft.com//
3. URL: https://www.orcad.com//
Методы моделирования статических режимов радиотехнических средств
При схемотехническом моделировании радиотехнических средств (РТС) учитываются реальные технические ограничения. Такими ограничениями являются 1 и 2 законы Кирхгофа, которые вытекают из законов сохранения заряда и работы и называются обычно законами электрического равновесия. Необходимость выполнения этих законов в каждой расчетной точке требует решения соответствующих уравнений электрического равновесия.
|
|
Таким образом, в математическую модель электронного устройства при схемотехническом моделировании должны входить не только модели отдельных элементов и уравнения их связи, но и уравнения электрического равновесия, которые составляются на основе законов Кирхгофа (топологические уравнения).
Математической моделью схемы на схемотехническом уровне называется система дифференциальных уравнений, описывающая электрические и электромагнитные процессы в схеме.
Математическая модель схемы состоит из компонентных и топологических уравнений.
Компонентные уравнения описывают электрические свойства компонентов (резисторов, диодов, транзисторов, ИС и др.) и являются их математическими моделями.
Топологические уравнения отражают связи между компонентами в составе электрической схемы и являются уравнениями Кирхгоффа.
Цель схемотехнического моделирования состоит обычно в определении формы и параметров токов и напряжений, возникающих в различных точках схемы. Для этого приходится решать ряд таких типовых задач схемотехнического моделирования, как расчет статического режима, переходных процессов, частотных характеристик. На основе решения этих задач можно далее вычислить параметры сигналов (фронт, длительность, задержку и т.п.), рассчитать спектр выходного сигнала, чувствительность схемы к изменению параметров ее элементов, решить задачи статистического анализа схемы и оптимизации ее параметров.
Расчет статического режима может иметь самостоятельное значение, например, при составлении карты режимов схемы по постоянному току, которая показывает номинальные значения токов, напряжений и рассеиваемых мощностей в разных точках и элементах схемы. Однако чаще всего моделирование статического режима является составной частью других, более сложных задач. Например, расчет переходных процессов в схеме можно представить как последовательность расчетов квазистатических режимов в отдельные моменты времени, в каждый из которых нужно выполнять законы равновесия, т.е. найти квазистатический режим. В качестве наиболее часто используемых методов моделирования статических режимов РТС следует указать прямой метод моделирования и метод установления.