Воробьев Н. И. Проектирование электронных устройств: Учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматика и упр. в техн. системах». — М.: Высш. шк., 1989. — 223 с: ил.



В книге рассматриваются общие вопросы курсового проектирования электронных устройств — начальной стадии создания электронной аппаратуры (ЭА), раскрывается алгоритм разработки проекта, даны рекомендации по разработке основных разделов проекта.
Курсовое проектирование по любому инженерно-техническому курсу является заключительным этапом изучения теоретической части данного курса и подготавливает студента к самостоятельной производственной и научной деятельности.
Данное учебное пособие содержит сведения, необходимые для проектирования электронного устройства (ЭУ), которое в полном объеме может быть реализовано в ходе выполнения дипломного проекта или в нескольких курсовых проектах. Первый курсовой проект, выполняемый студентами по курсу «Электронные устройства автоматики и телемеханики», включает в основном схемотехнический раздел проектирования. Остальные разделы могут быть выполнены в курсовых проектах по другим дисциплинам. При выполнении первого проекта студенты получают представление о принципах, методах и процедурах проектирования ЭУ.
В учебное пособие включен § 4.10 (подготовили доц. В. М. Яров и доц.
A. А. Стеценко), посвященный применению ЭВМ для расчета ЭУ. Приведенные программы позволят произвести расчет частотных характеристик, определить характер переходного процесса при типовых возмущениях.
Выражаем благодарность доцентам
B. Ф. Борисову, Ю. И. Лыпарю, А. А. Мухину за полезные советы и замечания, которые способствовали улучшению содержания книги.
Отзывы и предложения просим направлять по адресу: 101430, Москва, ГСП-4, ул. Неглинная, д. 29/14, изд-во «Высшая школа». Электронное устройство и электронный аппарат . Чем отличаются эти термины? Дадим им определения.
Электронным устройством (ЭУ) будем называть любую совокупность взаимодействующих электрорадиоэлементов (ЭРЭ), предназначенную для выполнения заданных функций. Усилитель, выпрямитель, триггер, ЭВМ — распространенные типы ЭУ. Электронным аппаратом (ЭА) будем называть любое эксплуатационно автономное изделие, функциональное назначение которого определяет входящая в его состав совокупность взаимодействующих ЭРЭ. Усилитель, выпрямитель, ЭВМ — распространенные типы ЭА. Таким образом, эти термины имеют отчетливо видимое смысловое различие. Термин «электронное устройство» применяют тогда, когда делают акцент на способе реализации заданных функций или рассматривают какие-либо аспекты организации его структуры. Термин «электронный аппарат» кроме обозначения указанного класса изделий применяют при рассмотрении конструктивно-технологических и технико-экономических аспектов.
Проектирование ЭА состоит из трех основных этапов: системотехнического, схемотехнического и конструкторского (рис. В.1). На первом этапе разрабатывают структуру и алгоритмы функционирования. Второй — охватывает задачи, связанные с созданием ЭА. Конструкторский этап включает техническое и технологическое проектирование.
Следовательно, проектирование ЭУ является начальной стадией проектирования ЭА и включает в себя два его первых этапа. Все этапы проектирования ЭА органически связаны, и разработчик должен достаточно ясно представлять, как его, например, схемотехнические или компоновочные решения отразятся на конструктивно-технологических, экономических и эксплуатационных показателях ЭА, а для этого он должен быть хорошо подготовлен во всех этих областях. Для исследования процессов в ЭУ на дискретных элементах и их расчета до сих пор применяются аналитические методы. Вычислительные трудности при использовании этих методов быстро растут с увеличением порядка системы уравнений, являющихся математической моделью схемы (ММС) электронного устройства, поэтому ММС по необходимости подвергается упрощениям. Точность аналитических методов при упрощениях ММС оказывается недостаточной, поэтому обязательной процедурой проектирования ЭУ на дискретных элементах является исследование его физической модели (макета) с целью оптимизации структуры и значений выходных параметров ЭУ (см. рис. В.1).
Аналитические методы были главенствующими примерно до первой половины 60-х годов, когда ЭА строились в основном на электронных лампах и транзисторах. Аналитические методы и связанное с ними физическое моделирование оказались неприемлемыми при разработке интегральных микросхем (ИМС) — длительность и стоимость разработки стали чрезмерно большими. Единственным путем, позволившим преодолеть эти трудности, был путь получения возможно более точной схемы замещения ЭУ, создания ММС и численного анализа ММС на ЭВМ.
По мере расширения функциональных возможностей и связанного с ним усложнения ЭА, качественно новый скачок которым дало освоение промышленностью ИМС, а также по мере усовершенствования ЭВМ (заметим, что стремление усовершенствовать ЭВМ, возможно, сыграло решающую роль в микроминиатюризации ЭА) новый метод получил дальнейшее развитие. ЭВМ стали применять для снижения трудоемкости любых поддающихся формализации (математизации) проектных процедур. Математическое моделирование на ЭВМ широко практиковалось и, вероятно, раньше,, чем при проектировании ЭА в тех областях, где физическое моделирование было затруднено или невозможно, а ММ оказывались относительно простыми (оптимизационные задачи экономики, транспорта, исследование промышленных систем и др.).
В начале 70-х годов появился новый термин «автоматизация проектирования», возвестивший о рождении нового бурно развивающегося направления науки и техники. Автоматизация проектирования сделалась одной из областей наиболее перспективного использования ЭВМ и методов системного анализа. В наши дни создание систем автоматизированного проектирования (САПР) является одной из наиболее актуальных задач научно-технического прогресса.
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года подчеркнута необходимость внедрять автоматизированные системы в различные сферы хозяйственной деятельности, и в первую очередь в проектирование, управление оборудованием и технологическими процессами.
Таким образом, вслед за автоматизацией производства встала задача автоматизации интеллектуального труда. В проектировании, так же как и в производстве, можно выделить четыре уровня развития: ручное, машинное, автоматизированное и автоматическое проектирование.
При машинном проектировании человек перекладывает на ЭВМ выполнение отдельных операций, таких, как вычисления, черчение, составление таблиц и т. п., освобождая тем самым себя от выполнения рутинных, легко формализуемых работ, часто весьма трудоемких. При автоматизированном проектировании на ЭВМ перекладывают выполнение проектных процедур, таких, как составление математических моделей схем (ММС), их анализ, оптимизацию и др. Человек вводит в ЭВМ первичное описание объекта и осуществляет пуск оборудования. На основе полученных результатов он определяет направление и характер дальнейших действий, принимает соответствующие решения, осуществляя диалоговый режим взаимодействия с ЭВМ.
При автоматическом проектировании человек осуществляет только ввод в ЭВМ первичного описания проектируемого объекта и пуск соответствующего оборудования. Проектирование осуществляется в пакетном режиме и без участия человека. Автоматическое проектирование — высшая ступень организации проектной работы.