62129 (694824), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

T₂ 0 4 6 7

T₃ 0 5 6 8

T₄ 0 10 5 0

T₅ 0 8 9 0

T₆ 0 7 11 0

D₁ 0 12 13 12

D₂ 0 13 1 13

В массиве U= указаны начальные и конечные узлы, между которыми включены двухполюсные ветви схемы: источники напряжения, емкости и резисторы. В массиве TR= перечислены узлы подключения транзисторов в следующей последовательности: база, эмиттер и коллектор. Диод представлен как транзистор, у которого коллектор и база закорочены. В первом столбце массива TR= указаны нули (“0”), которые указывают на то, что в схеме ЭСЛ используются транзисторы n-p-n-типа.

Предполагается, что все транзисторы проводимости n-p-n-типа имеют одинаковую физическую структуру и при моделировании для них используются модифицированные модели Эберса-Молла.

Для параметров входного импульса напряжения с начальным значением Е4=-1.7В указаны следующие числовые значения:

IMPULSE = 1

После коррекции дерева на экран будет выдана топологическая матрица контуров и сечений. После нажатия клавиши (любой) будет проведен расчет напряжений в схеме и результат анализа выдан в табличной или графической форме (в зависимости от выбранного режима), а также построена передаточная характеристика. Для остановки процесса вычислений необходимо нажать любую клавишу. Нажатие клавиши Enter приведет к возврату в операционную систему

5.2. Пример подготовки данных для расчета схем на компьютере

Рассмотрим методику подготовки и описания данных для расчета тестовой схемы на компьютере с помощью программы анализа. На рис.3, на котором в качестве тестовой схемы приведена ЭСЛ схема, указаны номера узлов и направление токов, принятые за положительные. Предполагается выводить значения напряжений на входах и выходах схемы.

Описание топологии схемы ЭСЛ (рис.3) имеет следующий вид:

СТ=6 {количество транзисторов}

CD=2 {количество диодов}

CE=4 {количество источников напряжений}

CC=2 {количество емкостей}

CR=8 {количество резисторов}

CU=14 {количество узлов в схеме}

CV=14 {количество ветвей в схеме}

U=

E₁ 1 0

E₂ 2 0

E₃ 3 0

E₄ 4 0

C₁ 0 9

C₂ 0 11

R₁ 0 10

R₂ 10 12

R₃ 5 1

R₄ 6 1

R₅ 0 7

R₆ 0 8

R₇ 13 2

R₈ 11 2

Кирхгофа. Количество таких контуров равно количеству хорд n_x. , а количество сечений - количеству ребер n_p . При присоединении каждой i-й хорды к дереву получаем i-й контур, называемый контуром i-й хорды.

Сечением j-о ребра называют совокупность ветвей, пересекаемых замкнутой линией (линией сечения) при выполнении следующих условий: 1) любая ветвь может пересекаться не более одного раза; 2) в сечение должно входить единственное j-е ребро. Такие сечения называют главными сечениями.

Рассмотрим нелинейную электрическую цепь, показанную на рис.1а. Эквивалентная схема (ЭС) этой цепи, в которой нелинейный многополюсник - транзистор представлен упрощенной схемой замещения - моделью (рис.2), дана на рис.1б. На рис.1в представлен направленный граф ЭС нелинейной цепи, где стрелками показаны выбранные положительные направления токов, узлы пронумерованы от 1 до 8. Следует отметить, что направления токов в ветвях модели транзистора выбираются в соответствии с типом его проводимости, как показано на рис.2. Для остальных ветвей ЭС электрической цепи токи могут иметь произвольные направления. Нужно помнить , что если в процессе расчета ток какой-либо ветви примет отрицательные значения, то это означает несовпадение реального тока с принятым положительным направлением . Положительное значение какой-либо ветви говорит о том, что направление тока в ветви выбрано правильно.

а)

б)

в)

Р ис.1. Нелинейная электрическая цепь а), ее эквивалентная схема (ЭС) б), и граф ЭС в).

Рис.2 Эквивалентные схемы диода и транзистора.

В описании режимных параметров также указываются следующие параметры:

М1 и М2 – константы, необходимые для автоматического выбора шага интегрирования; ТК - длительность переходных процессов, т.е. конечный отрезок времени интегрирования;

НР – шаг печати выходных напряжений и токов.

Выводимые на печать напряжения на ребрах (емкостях и входных напряжений) и хордах (резисторах) и их количество указываются в массиве SHOWUR и SHOWUH, соответственно.

Результаты анализа схемы могут быть выданы на печать в графическом (параметр GRAPH = 1 или по умолчанию) или табличном виде (GRAPH = 0). Кроме того, по результатам расчета схемы предусмотрено построение передаточной характеристики (параметр PEREDAT = 1).

Для случая расчета схем, типа ЭСЛ, управляемых сигналами отрицательной полярности в файле исходных данных предусмотрен параметр Ic, который принимается равным единице. Если на вход схемы подается импульс положительной полярности (как в случае ТТЛ-схемы), то параметр Ic (по умолчанию) принимает значение, равное 0.

В программе реализованы два метода алгоритма решения уравнений ММС. Выбор метода решения уравнений ММС осуществляется параметром Method, который принимается равным 1 или 2 (по умолчанию). Цифра 2 соответствует ускоренному алгоритму решения уравнений ММС.

И, наконец, в файле данных указывается параметр Check Only, который используется для автоматической (Check Only =0, по умолчанию) коррекции структуры схемы, т.е. автоматического поиска, обнаружения и устранения неправильно размещенных ветвей. Когда эти процедуры выполняются вручную, параметр Check Only = 1

Для выполнения работы по расчету напряжений в схеме необходимо запустить программу анализа:

Circnew.exe data.shm,

где data.shm – имя файла исходных данных, анализируемой схемы. После этого на экран будут выданы исходные данные (основные и дополнительные) этого файла. Далее будет осуществляться в автоматическом режиме коррекции дерева схемы от неправильных размещений. Если предусмотрен ручной режим коррекции дерева, то в случае наличия в схеме неправильных размещений программа прекратит работу, и необходимо устранить их вручную.

далее последовательно перечисляются транзисторы в следующей форме:

t Б Э К,

где t- тип транзистора, например для транзистора с приводимостью p-n-p –типа t=1 , а для транзистора n-p-n-типа t=0; Б,Э и К – номера узлов в анализируемой схеме, к которому подключены соответственно база , эмиттер и коллектор транзистора.

После описания всех транзисторов идет перечисление диодов, которые описываются также как и транзисторы, но с закороченными коллекторными p-n-переходами , т.е. следующим образом:

0 а К,

где а - номер узла в схеме, к которому подключен анод; К- номер узла схемы, к которому подключен катод диода. Диоды перечисляются непосредственно за транзисторами под общим “заголовком” TR= .

Для транзисторов и диодов используются модели, являющиеся модификациями модели Эберса-Молла. Численное значения параметров моделей транзисторов и диодов считываются из библиотеки моделей программы анализа при ее запуске на решение ММ схемы.

Далее идут численные значения емкостей Ci , сопротивлений Rj и напряжений источников питания и входных сигналов Ek;

C=C1C2C3…Cm(i=1…m);

R=R1R2R3…R1 (j=1..1 );

E=E1E2E3…Ep (k=1..p),

где Ci, Rj и Ek –значения , емкостей, сопротивлений и напряжений, количество которых в схеме равно m,l и р, соответственно. При этом единицы измерений емкостей, сопротивлений и напряжений следующие: пикофарада, килоОм и вольт, соответственно.

Далее следуют режимные параметры. Это параметры для случая анализа переходных процессов (динамического режима схемы), когда на вход подается импульс трапецеидальной формы. В этом случае параметр IMPULSE=1. Если анализируется статистический режим работы схемы, то параметр IMPULSE=0(по умолчанию), тогда игнорируются все параметры входного импульса:

TSAD- задержки переднего фронта (начало) импульса;

TIMP- длительность импульса

KFRONTF и KBACKF- коэффиц-ты для определения длительностей (тангенсов угла наклона) переднего и заднего фронтов импульса;

LEVEL0 и LEVEL1- нулевой и единичный уровни напряжения входного сигнала.

В графе (рис. 1в) кривыми линиями выделены ребра (ветви дерева), а прямыми - хорды. При этом в дерево графа включены все ветви источников ЭДС и ветви емкостные, которые образуют множество ребер : P={E₁,E₂,E₃,C₁,C₂,C₃,C₄}. Ветви, не включенные в нормальное дерево графа отнесены в подмножество хорд: X={R₁ ,R₂ ,R₃ ,R₄ ,R₅}. Выбором нормального дерева определены контуры и сечения ЭС электрической цепи, для которых составляется топологические уравнения по законам Кирхгофа, которые имеют вид

U_x= -MU_p и Ip= M^tI_x , (2)

где U_x и I_x - напряжения и токи хорд; U_p и I_p - то же, для ветвей дерева - ребер; M^t - транспонированная M-матрица. Строки М-матрицы соответствуют хордам, а столбцы - ребрам. Для определения значений элементов М-матрицы к дереву графа поочередно подключают каждую i-ю хорду. При этом образуется i-й контур, называемый контуром i-й хорды. В строке i-й хорды записывают плюс или минус единицы в тех столбцах, которым соответствуют ребра, входящие в контур i-й хорды. Если направления токов в ребре и i-й хорды совпадают, тогда элемент М-матрицы, расположенный на этом пересечении принимает значение плюс 1, иначе –минус 1. Остальные элементы М-матрицы в строке i-й хорды равны 0. М-матрица и топологические уравнения в развернутом виде, составленные по законам Кирхгофа для ЭС, (рис. 1б), имеют следующий вид:

М- матрица

Далее заменяя токи Iсj на Cj *dUcj /dt можно получить систему ОДУ в нормальной форме.

Таким образом, расчет переходных процессов электрических цепей методом переменных состояния предполагает:

1. составление по законам Кирхгофа и уравнениям отдельных элементов цепей единой системы дифференциальных уравнений - уравнений переходных процессов, называемых математическими моделями (ММ) электрических цепей;

2. аппроксимацию этих уравнений на каждом шаге расчета разностными уравнениями;

3. численное решение полученных систем разностных уравнений.

Такая последовательность расчета эффективна для цепей невысокой размерности с преимущественно линейными двухполюсными элементами. С ростом сложности цепей ручное формирование уравнений состояния (переходных процессов) исключается и вопрос эффективности автоматического создания этих уравнений начинает играть не меньшую роль, чем вопрос последующего их решения.

Характеристики

Список файлов реферата