4.4. Влияние развития

МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

НА ХАРАКТЕР ТРУДА РАЗРАБОТЧИКА

ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Для продуктивной работы по созданию устройств элек­троники важно осознать, что достижения математического моделирования электронных схем в очень сильной степе­ни изменили характер работы современного специалиста. Теперь эффективность его деятельности непосредственно зависит от уровня подготовки в области моделирования. Уже можно утверждать, что без овладения основами ма­тематического моделирования практически нельзя наде­яться на получение результатов, составляющих конкурен­цию результатам работы тех специалистов, которые хорошо освоили моделирование.

В то же время важно рассмотреть вопрос о том, что может дать математическое моделирование и чего оно, по крайней мере в настоящее время, дать не может.

Математическое моделирование берет на себя многие прежние обязанности разработчика электронных схем, но при этом возлагает на него новые обязанности, что мож­но считать вполне справедливой платой за новые, исклю­чительно полезные возможности.

Существует заблуждение, в соответствии с которым использование математического моделирования освобож­дает от необходимости глубоко изучать особенности по­строения конкретных электронных схем, а также проис­ходящих в них процессов. Возможно, это заблуждение возникло потому, что математическое моделирование в высшей степени полезно для уяснения самых сложных вопросов, возникающих при изучении электронных схем, и поэтому во многих случаях быстро компенсирует про­белы в начальной подготовке. Но это не оправдывает заб­луждение, а говорит только о том, что математическое моделирование следует использовать все более широко и на все более ранних этапах изучения электроники. Что же касается самих знаний в области электроники, то они безусловно необходимы для плодотворной работы с ис­пользованием пакетов схемотехнического моделирования.

Современный этап математического моделирования характерен тем, что практически все ключевые решения при создании электронной схемы принимает разработчик, а не система моделирования. Поэтому недопонимание тех или иных особенностей электронной схемы приводит к выбору неоптимальных вариантов схемы, значений пара­метров элементов, а также режимов работы. При этом су­ществует опасность, что моделирование не выявит все ха­рактерные режимы работы схемы, в том числе и опасные, так как именно разработчик определяет начальные усло­вия моделирования. Нужно осознать, что основная фун­кция моделирующей программы состоит в получении численных значений тех или иных переменных, опреде­ляемых по достаточно жестким алгоритмам. Моделирование не снимает с разработчика обязанности качественной интеллектуальной оценки и самой схемы, и происходящих в ней процессов.

На разработчике лежит вся ответственность за оконча­тельный выбор конкретной схемы даже в случае автома­тизированного структурного синтеза типовых устройств. Он должен или непосредственно устанавливать, или из­менять параметры элементов схемы, или определять це­левую функцию для параметрического синтеза. Успешно решать эти задачи можно только при глубоком понима­нии работы устройства. Необходимым является знание основных количественных соотношений, характеризую­щих электронную схему и являющихся основой для выбо­ра начальных значений параметров элементов, а также направления и степени изменения этих параметров.

Приступая к математическому моделированию, следу­ет уяснить, что необходимым условием для получения положительных результатов являются знания в области математических моделей элементов и методов вычисле­ний, реализованных в моделирующих программах. Важ­но с самого начала понять, что результаты моделирования некоторой электронной схемы определяются не только ее характерными особенностями, но и особенностями ис­пользуемых математических моделей и алгоритмов. Здесь будет кстати вспомнить тот факт, что и при эксперимен­тальном исследовании реальных электронных устройств результаты зависят и от особенностей организации экспе­римента, и от параметров измерительных приборов. Точ­но так же, как неправильная настройка эксперименталь­ной установки и использование не соответствующих цели эксперимента испытуемых образцов и приборов являют­ся причинами ошибочных экспериментальных результа­тов, неправильные применение математических моделей, настройка и использование вычислительных алгоритмов приводят к получению ошибочных результатов моделиро­вания.

Конечно, некоторые пользователи предпочли бы те программные средства, которые вообще не требуют знания использующихся в них моделей и методов моделиро­вания. Однако таких программных средств не существует и они вряд ли появятся.

Характерной чертой прежних подходов к анализу и проектированию электронных схем является то, что для каждого отдельного класса электронных схем (усилители, стабилизаторы и т. д.) используются специализированные приемы и методы. Эти приемы и методы, как правило, логически слабо связаны. Поэтому слабо связаны и раз­личные разделы руководств по расчету электронных схем.

Современные подходы к математическому моделиро­ванию электронных схем характерны использованием до­статочно малого числа универсальных эффективных ме­тодов, основанных на последних достижениях прикладной математики и электроники. Эти методы позволяют выпол­нять анализ и расчет различных электронных схем едино­образно, с использованием единых исходных позиций. Но данные методы, отличающиеся глубиной реализуемых идей, достаточно сложны. Их усвоение требует глубокой всесторонней проработки. Представляется возможным провести аналогию между переходом к современным ме­тодам моделирования и переходом к широкому использо­ванию дифференциального исчисления, сделавшим не­нужными многие прежние приемы и способы решения конкретных частных задач математики.

Однако дополнительные обязанности разработчика электронных схем по выбору, созданию и корректировке математических моделей, настройке моделирующих про­грамм и контролю за их работой многократно компенси­руются возможностями быстро и с высокой точностью вы­полнять самые сложные расчеты, абсолютно невозможные при использовании прежних подходов. Математическое моделирование освобождает от рутинной работы и ради­кально увеличивает возможности для творчества в элект­ронике.

ЛИТЕРАТУРА

1. Захаров В.К., Лыпарь Ю.И. Электронные устройства автоматики и телемеханики. — Л.: Энергоатомиздат, 1984. -432с.

2. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов // Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров Под ред. О.П. Глудкина. — М.: Радио и связь, 1996.

- 768 с.

3. Электроника: Справочная книга // Ю.А. Быстрое, Я.М. Великсон, В.Д. Вогман и др. / Под ред. Ю.А. Быстрова.— СПб.: Энергоатомиздат, 1996.—544с.

4. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микро­ схемотехника. 4.1. Электронные устройства инфор­ мационной автоматики. — Киев, «Выща школа» 1989. - 431с.

5. Краснопрошина А.А., Скаржепа В.А., Кравец П.И. Электроника и микросхемотехника 4.2. Электрон­ ные устройства промышленной автоматики. —; Киев, «Выща школа». 1989. — 303с.

6. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре.— Л.: Энергоатомиздат, 1986.—280с.

7. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделиро­ вания MICRO-Cap V. — М.: Солон, 1997. — 280 с.

8. Тутов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупровод­ никовые приборы. — М.: Энергоатомиздат, 1997.— 2806 с.

9. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники : В 3 т. Т1. - М: Мир, 1993. - 413 с. Т2. - М.: Мир, 1993.

- 371 с. ТЗ. - М.: Мир, 1993. - 367 с.

10. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. —

СПб.: Корона-принт, 1998. — 400 с.

Учебное пособие