Классификация электронных цепей. Задачи и цели анализа электронных схем
Электронная схема — изделие, которое представляет собой сочетание электронных компонентов, соединенных между собой для выполнения определенных задач.
Электронные цепи классифицируются по множеству признаков. Они могут быть нелинейными и линейными. Электронная цепь будет линейной, при условии, что все ее составляющие никак не зависят от внешних факторам, которые на нее действуют. Любая линейная цепь подчиняется принципу суперпозиции, а к нелинейным цепям данный принцип неприменим. Электронные цепи могут быть пассивными или активными. В пассивных цепях не содержатся источники электроэнергии, а в активных они присутствуют. По количеству выходных и входных зажимов электронные цепи делятся на:
Электронные цепи могут быть классифицированны на цепи с распределенными или сосредоточенными параметрами. Цепи с распределенными параметрами представляют собой цепи, у которых размер составляющих соизмерим с длиной волны электрических колебаний. В электронных цепях с сосредоточенными параметрами размеры элементов меньше, чем длина электрических колебаний. Еще одна классификация электронных цепей предполагает их разделение на цепи с переменными и постоянными параметрами. У цепей с переменными параметрами имеется один или несколько параметров, которые изменяются с течением времени, но никак не зависят от входного сигнала, для них применим принцип суперпозиции.
Цель анализа электронных схем заключается в получении максимально полной информации об их свойствах, выявлении соотношений между входными и выходными параметрами, которые необходимы для разработки алгоритма расчета цепей.
Задача анализа электронной схемы состоит в построении адекватной математической модели схемы, определении по построенной модели заданных функций и параметров, а также построение частотных, временных и других видов характеристик. На этой основе осуществляется исследование предельных перспективных возможностей схемы по функциональному преобразованию входных сигналов, необходимой точности или формирование заданной формы сигнала, а также производится исследование предельных ограничений и поиск решений для усовершенствования схемы, повышения ее точности, устойчивости, быстродействия и расширения функциональных возможностей.
Методы расчета и анализа электронных схем
При проектировании современных электронных устройств и схем используются следующие основные методы анализа и расчета:
- Метод эквивалентных схем.
- Метод четырехполюсника.
- Матричный метод.
- Метод ориентированных графов.
Метод эквивалентных схем основан на замене эквивалентной схемой, которая состоит из управляемых источников тока или напряжения, а также двухполюсных пассивных элементов, усилительного элемента начальной схемы (лампы, транзисторы). После замены задача анализа сводится к анализу двухполюсной цепи при помощи методов теории электрических цепей (метод контурных токов, уравнения Кирхгофа, метод узловых потенциалов и т.п.). Результатом данного метода является получение выражений для расчета вторичных параметров схемы. Он применим только расчета и анализа простых схем, так как при анализе сложных количество расчетов может возрастать в десятки раз.
Метод четырехполюсника основан на представлении сложной схемы в виде эквивалентного четырехполюсника, а эквивалентный четырехполюсник заменяется на более простые. Преимуществом этого метода при его применение в замещении ламп и транзисторов эквивалентными схемами является то, что он может быть существенно упрощен, в сравнении с методом эквивалентной схемы, при помощи матричной алгебры, что способствует формализации расчетов. При использовании данного метода также могут быть использованы заранее составленные таблицы параметров и характеристик элементарных четырехполюсников, а параметры анализируемой схемы определяются в зависимости от их соединения. Метод четырехполюсника получил особо широкое применение после появления транзисторов. К основным его недостаткам можно отнести требование регулярности соединения простейших четырехполюсников в рассматриваемой схеме.
При использовании обобщенного или матричного метода анализа и расчета электронных схем результатом является получение матрично-векторных параметров схемы из самой схемы, без применения замещения эквивалентной схемой. Необходимые вторичные параметры, напряжения и токи определяются через матрицы проводимости или сопротивления исследуемой схемы.
Метод ориентированных графов применяется для представления электронной схемы в виде топологической структуры. Сам же ориентированный граф состоит из большого количества направленных цепей и вершин. Переход от исходной схемы к ориентированному графу производится на основе уравнений схемы, а также зависимости между напряжениями и токами.
