Структура программы моделирования

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

Структурная схема программы машинного моделирования представлена на рис. 1. Кратко опишем основные части программы.

База данных элементов цепи в современной программе моделирования содержит сведения о большом числе элементов - резисторов,

конденсаторов, катушек, диодов транзисторов, микросхем и т. д. Каждый элемент в базе данных представляется эквивалентной схемой и описанием параметров элемента. Чем сложнее элемент, тем больше в эквивалентной схеме идеальных резисторов, конденсаторов, катушек, источников напряжения и тока.

Ввод схемы устройства осуществляется с использованием базы данных, - из нее вызываются нужные элементы. При этом на экране дисплея рисуется условное обозначение элемента, даются название (тип) и основные параметры. Элементы соединяются проводами. В программе моделирования создается внутреннее описание схемы, состоящее из перечня используемых элементов, указания номеров узлов, к которым подключен элемент, и записей дополнительной информации о типе элемента, его параметрах и т. п. Нумерация узлов схемы производится автоматически по мере добавления новых элементов. Корпусу схемы, как правило, присваивается номер 0.

Составление уравнений цепи базируется на использовании уравнений элементов (включая законы Ома) и уравнений соединений (законов Кирхгофа). При этом используются внутреннее описание схемы и эквивалентные схемы элементов. Для уменьшения числа уравнений в программах машинного моделирования используются методы узловых напряжений и контурных токов. (Последний метод используется реже и, в основном, для анализа подсхем со связанными катушками индуктивности.) Алгоритмы составления уравнений цепи относительно просты. Например, процесс составления узловых уравнений цепи состоит из последовательного перебора всех узлов схемы (исключая узел, соединенный с корпусом) и учета проводимостей всех элементов, подключенных к этим узлам. Последовательный перебор контуров схемы позволяет получить контурные уравнения. Параметры элементов, необходимые для записи уравнений, запрашиваются из базы данных.

Решение уравнений цепи проводится с использованием хорошо отработанных численных методов. Для уменьшения вычислительных затрат уравнения решаются отдельно для разных видов сигналов. Наиболее часто используются расчет цепей на постоянном токе (режим DC), при малых гармонических воздействиях (режим АС), а также в переходном режиме (режим Transient). В последнем случае токи и напряжения могут изменяться сложным образом. Их амплитуды могут достигать больших величин, при которых возникает нелинейный режим работы устройства. При решении нелинейных уравнений из базы данных дополнительно запрашиваются нелинейные характеристики элементов.

Вывод результатов в современных программах машинного моделирования осуществляется в графическом (графики, диаграммы, рисунки и т. п.) и текстовом виде. Полученные данные можно вывести на экран монитора, на принтер или записать в файл.

В настоящее время в мире насчитывается большое число разнообразных программ машинного моделирования. Наиболее часто в учебных заведениях используется программа Electronics Workbench (фирма Interactive Image Technologies). Согласно данным фирмы в настоящее время насчитывает более 100 тысяч зарегистрированных пользователей программы. Для изучения основ радиоэлектроники; достаточно использовать демонстрационную версию программы, которую можно найти в сети Internet.