Электротехника и теория цепей Законы Ома и Кирхгофа Управляемые источники тока и напряжения Анализ цепей методом комплексных амплитуд Баланс мощностей Метод контурных токов Метод узловых напряжений

Электротехника и теория цепей Законы Ома и Кирхгофа Анализ электрических цепей

Методы анализа цепей, ориентированные на применение средств вычислительной техники

Общие представления о программах машинного анализа цепей. Формирование компонентных уравнений цепи. топологических Использование метода узловых напряжений для анализа. контурных токов Метод переменных состояния. Выбор методов формирования электрического равновесия.

Цели изучения

1) Определение особенностей расчёта сложных электрических цепей с использованием средств вычислительной техники.

2) Описание электрической цепи в виде, пригодном для машинного анализа.

3) Обоснование выбора метода расчёта для различных классов электрических цепей. Мощность цепи переменного тока. Понятие потенциала или разности потенциалов u позволяет определить работу, совершаемую электрическим полем при перемещении элементарного электрического заряда dq, как dA = udq.

Общие представления о программах машинного анализа цепей

В рамках теории цепей анализ включает следующие основные этапы:

переход от принципиальной электрической схемы цепи к её эквивалентной схеме,

составление уравнений электрического равновесия,

решение уравнений и представление полученных результатов.

Характерной особенностью современного уровня развития методов анализа цепей является широкое применение средств вычислительной техники (СВТ) не только для решения уравнений электрического равновесия, но и формирования по заданной эквивалентной схеме или составления схемы цепи соответствующих равновесия принципиальной электрической цепи. Современные методы цепей, основанные на применении СВТ комплексного выполнения всех трех (или хотя бы двух последних) этапов анализа, получили название машинного (автоматизированного) цепей. Методы в которых формирование производится вручную (независимо от того, применяют ЭВМ равновесия), ручных анализа.

Автоматизация методов анализа электрических цепей позволяет не только значительно сократить время анализа, но и существенно повысить его точность. Решение ряда задач связанных с проектированием современной аппаратуры на больших интегральных микросхемах, каждая из которых может насчитывать несколько тысяч элементов, невозможно без применения автоматизированных анализа.

Разработанные программы машинного анализа цепей условно подразделяют на две большие группы:

программы общего назначения, предназначенные для решения широкого круга задач анализа цепей различного типа,

специализированные программы, ориентированные на решение отдельных частных задач анализа, например исследование временных или частотных характеристик линейных цепей, нахождение рабочих точек нелинейных элементов, определение чувствительности цепи к изменению параметров элементов и т. п.

Независимо от назначения каждая программа автоматизированного анализа состоит из нескольких основных блоков, соответствующих основным этапам цепей:

блок подготовки исходных данных,

блок формирования уравнений электрического равновесия,

блок решения уравнений электрического равновесия,

блок представления результатов анализа.

1) Блок подготовки исходных данных

Ввод информации о схеме исследуемой цепи, параметрах ее элементов, формулировка конкретной задачи анализа и способа представления результатов. Информация в различных программах вводится по-разному: это составленный определенным образом список элементов принципиальной либо эквивалентной схемы с указанием типов их параметров номеров узлов, к которым подключены выводы элементов.

2) Блок формирования уравнений электрического равновесия

Этот этап машинного анализа цепей наиболее трудно поддается автоматизации. Рассмотренные ранее алгоритмы составления этих уравнений недостаточно формализованы и непригодны для непосредственного применения в программах анализа.

3) Блок решения уравнений электрического равновесия

Уравнения электрического равновесия цепи, сформированные любым из методов, можно решать либо в численной, символьной форме. К настоящему времени наибольшие успехи достигнуты области численных методов решения уравнений равновесия, которые основаны на хорошо разработанных методах вычислительной математики и легко поддаются алгоритмизации. В результате находят числовые значения токов напряжений соответствующие определенным значениям параметров элементов величин, характеризующих внешнее воздействие. Определяющее влияние выбор численного анализа оказывает уровень развития средств техники соответствующего математического обеспечения.

4) Блок представления результатов анализа

На этом этапе обрабатываются результаты решения уравнении электрического равновесия, определяются искомые характеристики цепи, и выводятся полученные данные. Современные программы автоматизированного анализа цепей, как правило, организуют работу СВТ в диалоговом режиме, при котором пользователь на основе данных предварительного может вводить директивы, с помощью которых определяется вид анализа, производится изменение схемы исследуемой цепи или параметров ее элементов, задается тот иной способ представления получаемых результатов.

Программы машинного анализа цепей являются частью современных систем автоматизированного проектирования (САПР) и входят в состав математического обеспечения автоматизированных рабочих мест проектировщика радиоэлектронной аппаратуры. Несмотря на обилие таких программ, постоянно возникает необходимость их усовершенствования или разработки новых программ. Поэтому специалисты области радиоэлектроники должны четко представлять себе основные принципы, положенные основу машинных методов цепей.


Электротехника лабораторные работы