Andrzej Dobrowolski – Pod maską SPICEa. Metody i algorytmy analizy układów elektronicznych

W książce przedstawiono obszerny opis języka symulacyjnego SPICE, który jest jednym z podstawowych narzędzi komputerowej analizy obwodów elektronicznych, zarówno analogowych, jak i cyfrowych. Po wprowadzeniu, zawierającym teoretyczne podstawy algorytmów stosowanych w języku SPICE, zaprezentowano opis podstawowych rodzajów analiz dostępnych w programie i przykłady ich użycia.
Książka jest adresowana do studentów wydziałów elektronicznych i elektrycznych wyższych uczelni technicznych oraz do wszystkich elektroników zainteresowanych komputerową analizą układów elektronicznych.

SPIS TREŚCI:

Od autora 6
Przedmowa 7

Część 1. Podstawy 13

1. Ogólne uwagi o komputerowych metodach analizy układów elektronicznych 14

2. Węzłowe metody formułowania równań równowagi obwodów prądu stałego 22
2.1. Metoda węzłowa 22
2.2. Zmodyfikowana metoda węzłowa 24
2.3. Konstrukcja macierzy poprzez przeglądanie 26

3. Metody rozwiązywania układu liniowych równań algebraicznych 32
3.1. Metoda eliminacji Gaussa 32
3.2. Metoda dekompozycji LU 38
3.3. Uwagi o technikach macierzy rzadkich 39

4. Komputerowe modele elementów układu 41
4.1. Klasyfikacja i hierarchia modeli 41
4.2. Modele wybranych elementów pasywnych i aktywnych 43
4.2.1. Model rezystora 43
4.2.2. Model tranzystora bipolarnego 44
4.3. Modele szumowe 55

Część 2. Analizy 61

5. Analiza stałoprądowa układów nieliniowych 62
5.1. Algorytm Newtona-Raphsona 62
5.2. Iterowane modele elementów nieliniowych 66
5.3. Modyfikacje algorytmu ułatwiające uzyskanie zbieżności 71
5.3.1. Problem zbieżności obliczeń 71
5.3.2. Modyfikacja warunków stopu 72
5.3.3. Ustalanie minimalnej i maksymalnej konduktancji układu 74
5.3.4. Wymuszanie potencjałów startowych 77
5.3.5. Parametryzacja źródeł 79
5.3.6. Blokowanie elementów nieliniowych 79

6. Małosygnałowe analizy częstotliwościowe 80
6.1. Analiza zmiennoprądowa w stanie ustalonym 80
6.2. Analiza zniekształceń nieliniowych 81
6.3. Analiza szumowa 87

7. Analiza czasowa układów dynamicznych 89
7.1. Metody całkowania numerycznego 89
7.1.1. Analiza czasowa jako problem numeryczny 89
7.1.2. Algorytmy Eulera 90
7.1.3. Algorytm trapezów 92
7.1.4. Algorytmy Geara 92
7.1.5. Porównanie algorytmów całkowania numerycznego 93
7.2. Modele stowarzyszone elementów zachowawczych 94
7.2.1. Modele stowarzyszone idealnego kondensatora 94
7.2.2. Modele stowarzyszone idealnej cewki 98
7.3. Warunki początkowe 99
7.4. Dynamiczna zmiana kroku 101

8. Analiza wrażliwości 108
8.1. Wrażliwość w analizie układów elektronicznych 108
8.2. Analiza przyrostowa 110
8.3. Analiza Monte Carlo 111
8.4. Analiza najgorszego przypadku 112

Część 3. Zastosowania 113

9. Składnia języka opisu układów elektronicznych 114
9.1. Zasady opisu topologii układu 114
9.2. Zasady opisu behawioralnego 116
9.3. Deklaracje elementów biernych 120
9.3.1. Rezystor 120
9.3.2. Kondensator 120
9.3.3. Cewka 121
9.3.4. Indukcyjność wzajemna 121
9.3.5. Klucz sterowany 121
9.4. Deklaracje elementów półprzewodnikowych 122
9.4.1. Dioda 122
9.4.2. Tranzystor bipolarny 122
9.4.3. Tranzystor polowy JFET 123
9.4.4. Tranzystor polowy MOSFET 124
9.4.5. Tranzystor polowy MESFET 124
9.5. Deklaracje źródeł 125
9.5.1. Źródła niezależne 125
9.5.2. Źródło prądowe sterowane prądem 130
9.5.3. Źródło prądowe sterowane napięciem 130
9.5.4. Źródło napięciowe sterowane prądem 131
9.5.5. Źródło napięciowe sterowane napięciem 131
9.5.6. Źródło behawioralne 131
9.6. Deklaracje analiz 132
9.6.1. Stałoprądowa analiza punku pracy 132
9.6.2. Krokowa analiza stałoprądowa 132
9.6.3. Małosygnałowa analiza zmiennoprądowa 133
9.6.4. Małosygnałowa analiza zniekształceń nieliniowych 133
9.6.5. Analiza szumowa 134
9.6.6. Analiza czasowa 134
9.6.7. Analiza harmoniczna 135
9.6.8. Małoprzyrostowa analiza wrażliwości 136
9.7. Polecenia sterujące i pomocnicze 136
9.7.1. Sterowanie zbieżnością obliczeń 136
9.7.2. Definiowanie warunków początkowych 136
9.7.3. Wyprowadzanie wyników 137
9.7.4. Deklaracja i definicja modelu 137
9.7.5. Dołączanie bibliotek 138
9.7.6. Deklaracja i definicja podobwodu 138
9.8. Interaktywny język sterowania symulacją ICL 140
9.8.1. Operatory 141
9.8.2. Funkcje 142
9.8.3. Komendy języka ICL 142

10. Analiza układów elektronicznych za pomocą symulatora ICAP/4 148
10.1. Struktura symulatora ICAP/4 148
10.2. Wprowadzanie schematu ideowego analizowanego układu 149
10.3. Zastosowanie języka ICL 156
10.4. Analiza punktu pracy 159
10.5. Krokowa analiza stałoprądowa 162
10.6. Analiza temperaturowa 168
10.7. Małosygnałowe analizy częstotliwościowe 169
10.7.1. Analiza zmiennoprądowa 169
10.7.2. Analiza zniekształceń nieliniowych 178
10.7.3. Analiza szumowa 182
10.8. Analiza czasowa 186
10.9. Analiza harmoniczna 194
10.10. Małoprzyrostowa analiza wrażliwości 196

Dodatki 197
Dodatek A. Opcje programu ISSPICE 4 198
Dodatek B. Sposoby rozwiązywania problemów 203
Dodatek C. Aktualizacja bibliotek w programie ICAP/4 Windows 205
Dodatek D. Dyskretne przekształcenie Fouriera 211

Literatura 227
Skorowidz 229   źródło opisu: Wydawnictwo BTC, 2004. źródło okładki: Wydawnictwo BTC, 2004