ИНЖЕНЕРНЫЙ АНАЛИЗ, МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

ЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТ

В

Составители:

Ю.В.Петров

,канд.техн.наук,доц.;

В.А.Рогожин

, канд.техн.

наук; М.В.Вишенцев , канд.техн.

наук; А.С.Стукалова

,асп.;

Н.В.

Сотникова,

асп.

УДК 621.38

Инженерныйанализ,моделировани

еипроектированиеэлектронных

устройств:лабораторны

йпрактикум /Сост.Ю:.В.Петров,В.А.Рогожин,

М.В.Вишенцев,А.С.Ст

укалова,Н.В.Сотникова;Балт.

гос. техн. ун-т. –

СПб.,

2006. – 134 с.

Содержит описаниялабораторныхработпокурсуКомпьютерны«

е

техно»,вклвючающиеогиисебтребованиякихвыполнению,

крат-

кие описания пакетовпрограмм

Mathcad 2003,Компас«

7.0» и Multisim 7 by

Electronics Workbench,перечень

рекомендуемойлитературы

итиповыезад

а-

ния.

Предназначен длястудв ехпентов

циальностейдневногоотделения

Р е ц е н з е н т канд.техн.наук,доц.

БГТУ В.А.Иванов

В В Е Д Е Н И Е

Внаступившем

XXI веке придетсярешать

рядсложных

проблем,св

я-

занныхсэколог,поискомновыхсточниковейэнергии,материалов,

техноло-

гий,соответствующихпостиндустриальномуобществу.Определяющая

рольв

решенииназванныхпротводитсяблем

компьютерным технологиям.

Среди компьютерных технологий инженерный анализ,

моделирование и

проектирование электронныхустройств

занимаетособоеместо.Во

-первых,

это - синтетические дисциплины, их состчаявляютсястямивнымимногие

другиесовременные

компьютерные технологии.

Так,техническоеобеспеч

е-

ние осниспоовано

льзованиивычислитель

ныхсеителекоммуникациой

н-

ныхтехнол,испперсользуютсягий

нальныекомпьютерыирабочие

станции.

Математическоеобеспечени

этдисциплинх

отличаетсяразн

о-

образиемиспользуемыхметодов

ычислимате,статисльнойматики

тики,

математическогопр

ограммирова,дискретматематики,искусстнойия

-

венинтеллектаого.

Программныекомплекотносятсячинаилу

более

сложныхсовременныхпрограммныхсистем,осннаванныхперационных

си-

стемах Unix, Windows-NT,языкахпрограммированияС, C++,

Java идругих,

современных CASE-техно,реляцогиях

ионныхиобъектно

-ориентированных

системахуправл

ениябазданныхми

, стандартахоткрысисобменаемых

даннымивкомпьютерныхсредах.

Во-вторых,зна

ниеоснов

инженерногоанализа,

проектирования имод

е-

лированияэлектронныхустройств,

умениеработать

стакимипакетами

требу-

ютсяпрактлюбомуинженеручески.Компьютераминасыщеныпроектные

и

конструкторскиебюро

, офисы, производствподразденныеления

.Работа

ин-

женера заобычнымкульманом,распомощьючеты

логарифмическойлине

й-

киилиоформлениеотчетанапишущеймашинкестали

анахронизмом.

Предприятия,ведущиеразработкибез

компьютеров илисмалойшь

степе-

ньюихисп,ольказнеконкурентоспособнымиованияываютяледствие

как

большихматериальныхвреме

нныхзатратнапроектирование,так

не-

высокогокач

ествапроектов.

Практикум предполученияляназначен

студентами навыковработыи

освоения:

•

технологий решезадачинженерногоияанализасиспользован

и-

емп акета Mathcad 2003;

•

технологий проектирования изготовленияконструкторскойд

о-

кументациис

спользованием

системыавтоматизированного

проектирования «Ко мпас7.0»;

•

технологий моделированияэлектронныхустройств

сиспольз

о-

ваниемпрограммы

Multisim 7 by Electronics Workbench.

Описания лабораторных работ включаютсебя

общиетребованияк

их

выполнению,

краткиесведенияо

пакетахпрог,переченьамм

рекомендуе-

мойлитературы

итиповыезад

ания.

1.1. Введение

Пакет Mathcad созданразработчикамикак

инструментдляработы

н-

жене.Онпроведпрофессиональныхляназначенматем

атиков.Дляних

естьдругиесистемы,ориенобластитировсимвольнойнныетематики

матемстати.Пакетчстикойи

Mathcad втомвиде,которомонсо

здан,

непреидляназначенпрограммированиясложныхзадач.Дляэтогое ть

и-

стема Mathlab итрадиционныеязыкипр

ограммирования.

Пакет Mathcad создавалсякакмощныймикрокалькулятор,позволя

ю-

щийлегкосправитьсярутиннымизадачамиинженернойпрактики,

еже-

дневновстречаработе.Сюдамщимисяжтнрешениеоалгебраичсти

е-

скихдифференцуравненийспостоянпеременнымиальпархми

а-

метр,анфунализми

кций,поискихэкстремумов,численноеаналитическое

дифференциринтегрирование,вывта д

блиграфцпранализеков

найденныхрешений.

• широкийна

борвстросредствдлянаглядногонныхпредставления

е-

зультатовисозданиявысококач

ествтехннотчетовыхи. еских

Впакете

Mathcad естьвстроенныесредствапрограммирования,кот

о-

рыеизначальзадумываликакинструментсозданияне прьложных

о-

граммныхмод

ул,необходимыхйдлямногократноговычислениянебольших

расчетныхблоковизнесколькихоперато.Возможностирограммиров

а-

нияв

Mathcad-едостаточогра,но,несмиченынаэто,можносоздтря

а-

1.2. Рабочееокно

Mathcad

Интерфейспрограммы

Mathcad аналогиченинтерфейсудругих

Win-

dows-приложений.П

ослезапу

сканаэкранепоявляетсярабочееокно

Mathcad

сглавнымменюитрепанелямиинструментов.Автоматическизагружае

т-

сяфайл Untitled 1 (Безымянный1),предстсобойавляющийд кчий

умент

Mathcad,называемый Worksheet (Рабочийл)созданныйстна

основеша

б-

лона Normal (Обыч)Па. инстрелиыйслдляубыстржатментоввыпого

л-

неннаичастояболееприменяемыхкоманд:

• Standard (Стандартная)

– действияфайлами,редактированиедокуме

н-

тов,вставкаобъектови.д.

• Formatting (Форматирование)

– форматировантекстаиформул.

Главменюое

Mathcad занимаетверхнююстрабочегоокуокна.Л

ю-

быедействияможновып

лн,итьспкользуяэтогомандыменюиэлементы

управленияоткрываю

щихсядиалогоокон.Принавуказателяеденииыхм

ы-

шивстрокесостояходится(навничастижнейокна

Mathcad)появл

я-

етсяегоописание.

Прищеполюбматематическойчкекнопкепанелиинструментов

открываетсясоответствующаядополпанель,сосительная

тоящаяиз:

•

Calculator (Калькулятор)

– шаблоныосновныхматематическихопераций,

цифр,знаковифмоп;етическихраций

•

Graph (График)

- шаблоныграфиков;

•

Matrix (Матрица)

– шаблоныматрицматричныхопераций;

•

Evaluation (Оценка)

– операторыприсваиваниязн

аченийвыводарезул

ь-

татоврасчета;

•

Calculus (Вычисления)

– шаблоныдифференцирования,инте

грирования,

суммирования;

•

Boolean (Булевыоператоры)

– логическиебулевы( )операт

оры;

•

Programming (Программирование)

– операторы,необходимыедлясозд

а-

нияпрограммн ыхмодулей;

• Greek (Греческиебуквы);

•

Simbolic (Символьныевычисления)

– операторысимвольныхвычислений.

1.3 Основныевстроенныефункцииключевыеслова

Mathcad

•

expand – ключсловореавтоматическихжимавоесимвольныхпреобраз

о-

ваний,задающееразложение

выражений;

•

factor - ключсловореавтоматическихжимавоесимвольныхпреобразов

а-

ний,задающееразложениенамнож

ителивыражений;

•

Find(var1, var2,…) – значения var1, var2,…дающие,точныерешенияс

и-

стемыуравненийблоке,объявленном

директивой Given (числ овозвраща

е-

мыхзначеравчислуаргнийо),котментов,п рмимоешаемойыйсистемы

уравнений,можетсодержатьусловияограничения;

•

float - ключсловореавтоматическихжимавоесимвольныхпреобразов

а-

ний,задающеевыводрезул

ьтатоввидечиселплавающейто

чкой;

•

Given – ключевоеслово,открывающееблокрешениясистемуравнений(

которомобычноиспользуютсяфункции

Find, Minerr, Maximize, Minimize);

•

if(cond, x, y) – условноевыражение,котозроевыражращаетние

x,е сли

условие cond больше0,ивыражение

y востальныхслучая;

•

Im(z) – мнимаячастькомплексногочисла

z;

•

match(z, A) – функцияпоиска

z вматрице A,возвращающаяиндекспоз

и-

ции z вматрице;

•

mean(v) – среднеезначэл вектораниементов

v;

•

Minerr(x1, x2,…) – значения x1, x2,дающие…приближенные,

решения

системыуравненприводящкм нимальнойош; бке

•

mod(x, y) – остатоделениятк

x на y;

•

odesolve( x, b, [.steps]) – решениедиффуравненийренци,опис льных

н-

ныхвблоке

Given,призаданныхначальныхусловияхконце

нтервала

интегрирования b;

•

optimize – ключевоеслово,включающеер символьнойжимоптимиз

ации;

•

polyroots(v) – кормногочленастепени

n,коэффициентыкоторогонах

о-

дятсяввекторе

v,име ющемдлину,равную

n+1;

•

Re(z) – действитечастькомплексногочисльная

z;

•

reverse(v) – векторсобратнымсположениемэлементовисходногове

к-

тора;

•

rnd(x) – генераторслучайныхчиселравномераспределениемным

н-

тервале[0,

x];

•

root(f(x), x, [a, b]) – значениепеременной

x,прикотовыражениеом

f(x)

равно0;не бязательныйпараметр[

a, b]за даетинтервалпоискакорнейур

в-

нения;

•

series - ключсловореавтоматическихжимавоесимвольныхпреобразов

а-

ний,задающееразложениевряд;

•

sign(x) – функциязнака;

•

simplify - ключсловореавтоматическихжимавоесимвольныхпреобраз

о-

ваний,задающееупрощени

евыражения;

•

stack(A, B) – объединяетдвематрицы

A и B путемраз ещения

A над B

(матрдолжныиметьодинаковоецыколичествостолбцов);

•

str2num(S) – преобразованиестроковогопредставлениячислалюбой(

форме)вреальнчисл; ое

•

submatrix(A, ir, jr, ic, jc) – блокматрицы

A,состоящийизвсехэлементов,

содержащихсявстрокахот

ir до jr истолбцахт

ic до jc;

•

vec2str(v) – строковоепредставлениевектора

v;

•

xyz2pol(x, y, z) – функцияпреобразпрямдвоуваниякгольныхмерных

о-

ординатточкивполярные;

•

xyz2sph(x, y, z) – функция преобразпрямтрехмероугольванияк ных

о-

ординатточкивсферическиекоордин

аты.

1. Организацияработыв

Mathcad

1.5. Перекомендуемойченьлите

ратуры

1.

МакаровЕ.Г.Инженерныерасчетыв

Mathcad.Учебныйкурс.

– СПб.:

Питер, 2003.

– 448с.ил:.

2.

МакаровЕ.Г.Инженерныерасчетыв

Mathcad:учебныйкурс.

– М.;

СПб.Ниж; .Новгород:Питер, 2005.

– 448с.ил:.

3.

Вычислениев

Mathcad /Д.А.Гурский.

– Минск:Новоезнание, 2003.

–

813с.

4.

Самоучитель Mathcad 2001Д.В.Кирьянов/

– СПб.БХВ:

–Петербург,

2002. –544с.

1.6. ТиповоезаданиеMath

cad

d := 1

f := 18

2

+ d

r := f 2 − d

13

2Вычислвыражения. значе:

25 − d =

f

=

35 r =

5

3Построение. выраж,содкомплексныержащихнийпеременные:

Complex1:= 178.983− i 56.74

Complex2:= 624.253+ j 34.435

XY := Complex1+ Complex

XY =

Re(Complex2) =

(Re( XY))2 + (Im( XY))2 =

Im(Complex1) =

Im( XY)

=

XY

=

Re( XY)

arg( XY) =

4Постр. функц,содержащихенсписокпараметровй:

F(x) := 0.18 x3 +

7

F(13) =

x

G(a , b) :=

a + b

G( XY,Complex2) =

eb−a