Введение к работе
Актуальность Одной из характерных особенностей развиги* электротехники и электроники в настоящее время является широкое использование нелинейных систем и устройств. Это объясняется тем, что функционирование многих устройств электротехники, радиоэлектроники, преобразовательной техники, вычислительной техники и f.n. принципиально невозможно без использования нелинейных элементов (преобразование частоты, модуляция, выпрямление, детектирование я т.д.). Современные устройства в процессе совериенствования постоянно усложняются, в них находят применение элементы высокой степени сложности (например, микропроцессоры, элементы электронной техники). Электромагнитные процессы в таких устройствах описываются в общем случае сложными системами нелинейных интегро-диффе-ренциальных уравнений. Получение реиений для таких уравнений является сложной задачей, зачастую являющейся тормозом на пути совериенствования электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры. В связи с этим возникает необходимость развития и постоянного совериенствования методов анализа, синтеза, моделирования и идентификации нелинейных электрических цепей.
Один из эффективных путей ревения отмеченных виве задач состоит в разработке приемов преобразований нелинейных схем замещения электрических цепей.
Неослабевающий с течением времени интерес специалистов в области теории цепей к разработке приемов преобразований схем замещения объясняется их широкими возможностями:
при решении задач анализа преобразования позволяет уменьяить чк'сло переменных, понизить порядок цепи. Они дают возможность изменить параметры линейной и нелинейной частей схемы, уменьвить количество нелинейных элементов. Применение аппарата преобразований позволяет в отдельных частных случаях выполнить полный расчет цепи, провести ее качественный и- количественный анализ. С помощью преобразований можно обосновать различные методы расчета,- в том числе и ранее неизвестные. Они дарт возможность использовать результаты исследования одной схемы прл анализе других схем;
при решении задач синтеза цепей с заданными свойствами преобразования позволяют упростить схему, например, уменьшить количество ее элементов или изменить их параметры таким образом, чтобы удо-летворить требования технологии изготовления устройства. Преобра-
зования позволяют решать задачи оптимального синтеза, .С их помощь можно для исходной схемы полдчить множество эквивалентных относительно выделенных зажимов, но отличавшихся числом узлов, характеристиками элементов и их количеством, надежностью, чувствительностью к изменению параметров и т.п. Из полученного множества всегда можно выбрать схему,оптимальний по заданному критерию;
с помощьш преобразовании можно найти каноническую структуру схе мы, выполнить поиск новых структур, что является мощным ресурсов в задачах проектирования новых схем.Они позволяет осуществить де-комлозицив схемы замещения на более простые составлявшие, например, представить более сложные характеристики нелинейных элементов более простыми;
в задзчах идентификации преобразования позволяют определить алгоритм идентификации. Так, например, если с помощью преобразований получена каноническая структура объекта, то на ве основе можно определить, какие режимы необходимо провести для идентификации объекта;
при решении задач моделирования преобразования позволяют без потери точности исключить внутренние переменные и получить структуру и параметры ыакроыоделей нелинейных цепей. Достоинством такого подхода является то, что процедуру получения ыакромодели можно разбить на отдельные этапы, на каждом из которых преобразовываются фрагменты исходной схемы,описываемые значительно меньаин числом переменных, чем исходная схема замещения.
Из вышеизложенного следует, что разработка эффективных приемов преобразований схем замещения значительно распирает возможности проектирования устройств электротехники и радиоэлектроники, расвиряет спектр реваеннх задач современными системами автоматизации схемотехнического проектирования, позволяет сократить время проектирования и повысить его достоверность. Бее вышесказанное свидетельствует об актуальности темы диссертационной системы.
Основной целью работы является обоснование приемов, разработка алгоритмического и программного обеспечения приемов выполнения эквивалентных и квазиэквивалентнкх преобразований в резистив-ных схемах замещения электрических цепей с полиномиальными характеристиками нелинейных элементов.
Поставленная цель предполагает решение следующих задач диссертационной работы: - ограничить классы схем замещения, для которых применимы разра-
батываемне методи:
обосновать приемы выполнения преобразований участков схем замещения, садеряащих резистивные линейные многополюсники и нелинейные двухполюсники с полиномиальными характеристиками; линейные двухполюсники и нелинейные многополюсники с полиномиальными характеристиками;
разработать приемы получения эквивалентных схем замещения, основанные на методах синтеза, для нелинейных резнстивных двухполюсников с полиномиальными и однозначными характеристиками и нелинейных резистивных многополюсников с полиномиальными характеристиками; ,
ремить задачи топологического анализа с цельв выделения преобразуемых участков схем замещения;
разработать алгоритмическое и программное обеспечение для реализации приемов преобразований.
Методы исследования. В диссертационной работе.для ревения ставленных задач используются методы теории линейных и нелиней-IX электрических цепей, аппарат функционального анализа, числен-іе метода.
. Научная новизна проведенных исследований состоит в следувщем: разработаны приемы преобразований участков схем замещения, со- .. дермащих нелинейные резистивные йвухпалвскккн с полиномиальными характеристиками. Получены новые'результаты: аналитические приемы преобразований схем-замещения лестничной структуры, иск-личения узла и контура в сломной схеме замещения, содернащей нелинейные резистивные двухполюсники; обоснованы приемы преобразований участков схем замещения, содержащих нелинейные резистивные двухполюсники и независимые и управляемые по линейному закону источники тока и напрямения;
разработаны приемы преобразований участков схем замещения, в состав которых входят нелинейные резистивные многополюсники с полиномиальными характеристиками. Обоснованы приемы получения цля исходного нелинейного резистивного трехполвсника эквивалентных схем замещения; приемы исключения узла и контура в' сло»ной :хеме замещения, содеріащей нелинейные резистивные многополюс-мки. Получены новые результаты: приемы преобразования участков :хем замещения.содерващих нелинейные резистивные трехполюсники; іелинейняй резистивный трехполюсник и независимые источники то-:а и напряжения;
обоснованы приемы получения эквивалентных схем замещения, основанные на методах, синтеза, для нелинейных резистивных двухполв-сниковс полиномиальными и однозначными характеристиками и для нелинейных резистивных многополюсников с полиномиальными характеристиками. Показано, что на их основе момет быть получено кноїєство схем замещения, эквивалентных.относительно выделенных займов, но отличающихся топологией, количеством и характеристиками элементов и др.;
разработано алгоритмическое и программное обеспечение приемов преобразований схем замецения с полиномиальными характеристиками. '/ . \
Практичвская ценность работы' состоит в том, что основные теоретические поломения доведены до конкретных методик и алгоритмов, которые реализована в программе ТНС. Программа предназначена для персональных ЭВМ, совместимых с Ш/РСЯТ/нТ. Она позволяет выполнять топологический анализ схемы с цельв выделения преобразцемых участков схем замещения и преобразования выделенных дчастков.
Реализация результатов работы.
Теоретические и практические рездльтагы, полученные в дис-сертационой работе, использованы в ряде.научно-исследовательских работ,- проводимых в Таганрогском радиотехническом институте.
Материалы диссертации использованы в госбюджетной научно-исследовательской работе "Разработка и исследование методов моделирования влияния внешних воздействий на, электрические характеристики БИС", выполнявшейся по координационному плану АН СССР по направлению І.З "Физика твердого т^ла"((1.3.85) "Математическое моделирование радиационных дефектов. Моделирование на ЭВМ полупроводниковых приборов и интегральных микросхем"), .одобренному на заседании секции физико-технических и математических надк президиума Ш СССР 5 декабря 1983 (постановление N11000-4994/1216),
Материалы диссертационной работы использованы такие в гос-бвджетннх надчно-исследовательских работах N11355 и N11356, выполняемых по постановлениям Министерства науки, высмей вколы и технической политики Российской Федерации при проектировании схемотехники датчиков влааности, токсичных газов, температуры и т.п.
Теоретические и практические результаты, полученные в дис-, сертационной работе, были использованы при выполнении научно-исследовательских работ в ОКБ "Лидс" при исследовании ремимов работы кварцевых автогенераторов.
Апробация работн.
Основные результаты раОг.-у г.оцладывалисъ и обсуждались: 3 Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы нелиней-\ электротехники" в г. Черкасск - 1S88 г., на Республиканском пно-техническом семинаре "Математическое и маиинное моделиро-)ие в микроэлектронике" в г. Паланге - 1988 г., на 9, 10 Рес-іликаі.ских конференциях "Проблемная адаптация алгоритмического інфсриационного обеспечения САПР" в г. Киь?е - 1989, 1990 г.г.. Республиканской научно-технической конферь.:ч;;и "САПР СБИС" в !ерновцы - 1990 г., ча региональном совещании-свинаре "Пробяе-фукционального проектирования РЭА" в г. Таганроге - 1989 г., 11 Республиканской школе-семинаре по теоретической электротех-;е, электронике «.моделированию в г. Шацке - 1991 г., на Зсесо-юй Научно-технической конференции "Приборы с отрицательным со-ітивлением и интегральные преобразователи на их основе"в г.Баку 991 г,, на научно-технических конференциях проф'ессорско-препо-іательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТИ в г. Таган-е - 1989, 1991 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубліковано 15
іатннх работ в периодических научно-технических и академических
,аниях и сборниках. -
Структура и объем диссертации.Диссертационная работа состоит
введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 33 наи-
юваний и двух,приложений. Основной текст работы излоген на 148
іаницах машинописного текста. Работа содераит б! рисунок,9 tuj-
[и 23 страницы приложений. v
