Technika obliczeniowa i symulacyjna

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 18/x, C 6/+, L 20/+

Algebra z geometrią analityczną / macierze i działania na nich, układy równań liniowych, metoda eliminacji Gaussa, baza i wymiar przestrzeni wektorowej, iloczyn skalarny wektorów;

Analiza matematyczna 1 / rachunek różniczkowy, całka nieoznaczona, szereg potęgowy Taylora i trygonometryczny Fouriera;

Obwody i sygnały 1 i 2 / metody analizy obwodów elektrycznych prądu stałego i zmiennego;

Metodyka i techniki programowania 1 / środowisko Matlab, algorytmy i metody obliczeń numerycznych w Matlabie;

Elementy elektroniczne 1 i 2 / modele el. półprzewodnikowych

Układy analogowe 1 / małosygnałowe wzmacniacze pasmowe.

Kierunek: Elektronika i Telekomunikacja / specjalności: wszystkie

dr hab. inż. Andrzej Dobrowolski

Zajęcia z nauczycielem (62 godziny):

18 - wykład

6 - ćwiczenia rachunkowe

20 - ćwiczenia laboratoryjne

4 - egzamin

14 - konsultacje

Praca własna studenta (58):

12 - przygotowanie do ćwiczeń rachunkowych

40 - przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych

6 - przygotowanie do egzaminu

Zakładając, że jeden punkt ECTS odpowiada 30 godzinom, otrzymuje się 120/30 = 4 punkty ECTS

Przedmiot służy poznaniu technik obliczeniowych (formuł mat. oraz alg. komputerowych) przeznaczonych do rozwiązywania (symulacji) obwodów elektrycznych. Przedstawiane techniki mają zastosowanie zarówno do obwodów prądu stałego jak i zmiennego, analizowanych w dziedzinie czasu oraz częstotliwości. Przedmiot jednocześnie zapoznaje i uczy obsługi wybranych aplikacji do symulacji układów elektronicznych opartych na implementacji standardu SPICE.

Wykłady / metody dydaktyczne: werbalno-wizualna prezentacja treści programowych z wykorzystaniem technik audiowizualnych; podanie informacji teoretycznych i wskazanie przykładów ilustrujących teorię; podanie tematów do samodzielnego studiowania.

Tematy kolejnych zajęć (po 2 godziny lekcyjne):

1. Symulacja i eksperyment komputerowy.

Wprowadzenie do tematyki przedmiotu. Zasady realizacji i zaliczenia przedmiotu. Korzyści i ograniczenia symulacji komputerowej. Komputerowe opracowanie wyników pomiarów.

2. Komputerowe formułowanie równań obwodu.

Komputerowe modele elementów układu. Zmodyfikowana metoda węzłowa. Algorytmizacja procesu formułowania równań. Algorytm eliminacji Gaussa. Algorytm LU. Problematyka macierzy rzadkich.

3. Analiza stałoprądowa obwodów nieliniowych.

Algorytm Newtona-Raphsona. Modele iterowane elementów. Modyfikacje algorytmu poprawiające zbieżność obliczeń: ustalanie wartości startowych, metoda parametryzacji źródeł, metoda omijania, dobór minimalnych i maksymalnych konduktancji.

4. Małosygnałowe analizy częstotliwościowe.

Analiza stanu ustalonego. Analiza zniekształceń nieliniowych. Analiza szumowa.

5. Analiza czasowa.

Metody całkowania numerycznego w kontekście sieci stowarzyszonej określającej własności dynamiczne obwodu. Modele stowarzyszone elementów reaktancyjnych. Zbieżność i stabilność algorytmów całkowania numerycznego. Istota i metody dynamicznej zmiany kroku.

6. Analiza widmowa.

Transformacja Fouriera: geneza, interpretacja fizyczna i podstawowe własności DFT. Zjawisko przecieku. Okienkowanie sygnału. Algorytmy FFT.

7. Analiza wrażliwościowa i statystyczna.

Analiza wrażliwościowa. Analiza Monte Carlo. Analiza najgorszego przypadku.

8. Wprowadzenie do standardu SPICE.

Rodzaje analiz, zasady opisu układu, instrukcje sterujące. Skryptowy język komend (ICL).

9. Przegląd implementacji standardu SPICE.

ICAP/4Win, Micro-Cap, MultiSim, OrCAD PSpice A/D, TINA Pro.

Ćwiczenia / metody dydaktyczne: repetytorium i utrwalenie elementów treści programowych; dyskusja; podanie zadań rachunkowych do samodzielnego rozwiązania.

Tematy kolejnych zajęć (po 2 godziny lekcyjne):

1. Komputerowe formułowanie równań obwodu.

Zastosowanie zmodyfikowanej metody węzłowej oraz algorytmu eliminacji Gaussa do rozwiązania przykładowego obw. liniowego.

2. Analiza stałoprądowa obwodu nieliniowego.

Zastosowanie algorytmu Newtona-Raphsona oraz modeli iterowanych elementów nieliniowych do rozwiązania przykładowego obwodu nieliniowego prądu stałego.

3. Analiza czasowa obwodu reaktancyjnego.

Zastosowanie metod całkowania numerycznego oraz modeli stowarzyszonych elementów reaktancyjnych do rozwiązania przykładowego obwodu.

Laboratoria / metody dydaktyczne: zastosowania praktyczne poznawanych algorytmów i metod obliczeniowych.

Tematy kolejnych zajęć (po 4 godziny lekcyjne):

1. Badanie algorytmów analizy stałoprądowej.

Implementacja i weryfikacja algorytmów analizy stałoprądowej w środowisku Matlab.

2. Badanie algorytmów analizy czasowej i widmowej.

Implementacja i weryfikacja algorytmów analizy czasowej i widmowej w środowisku Matlab.

3. Symulatory układów elektronicznych.

Przegląd możliwości edycyjnych i obliczeniowych wybranych aplikacji do projektowania i symulacji układów elektronicznych opartych na implementacji standardu SPICE.

4. Zaawansowane metody symulacji w języku SPICE.

Przeprowadzenie zaawansowanych analiz przykładowych obwodów elektronicznych z wykorzystaniem pakietu ICAP.

5. Makromodele i analiza parametryczna w języku SPICE.

Praktyczne zapoznanie się z ideą tworzenia makromodeli w pakiecie ICAP oraz przeprowadzenie przykładowej analizy parametrycznej obwodu elektronicznego.

podstawowa:

1. Dobrowolski, Pod maską SPICE'a. Metody i algorytmy analizy układów elektronicznych, BTC, Warszawa 2004

2. Dobrowolski, J. Kaźmierczak, P. Komur, A. Malinowski, Laboratorium z komputerowej analizy układów elektronicznych, Wydawnictwo WAT, Warszawa 2007

uzupełniająca:

1. A. Dobrowolski, Z. Jachna, E. Majda, M. Wierzbowski, Elektronika – ależ to bardzo proste!, BTC, Legionowo 2013

2. S. Osowski, A. Cichocki, K. Siwek, MATLAB w zastosowaniu do obliczeń obwodowych i przetwarzania sygnałów, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2006

3. L. O. Chua, Pen-Min Lin, Komputerowa analiza układów elektronicznych. Algorytmy i metody obliczeniowe, WNT, Warszawa 1981

4. J. Ogrodzki, Komputerowa analiza układów elektronicznych, PWN, Warszawa 1994

5. Z. Kosma, Metody numeryczne dla zastosowań inżynierskich, Wydawnictwo PR, Radom 2007

W1 / Student zna i rozumie komputerowe metody formułowania równań obwodu, metody stałoprądowej i zmiennoprądowej analizy obwodów liniowych i nieliniowych, metody analizy czasowej i widmowej oraz metody analizy wrażliwościowej i statystycznej / K_W01, K_W02, K_W11, K_W12

W2 / Student zna specjalizowane komputerowe narzędzia do projektowania i symulacji analogowych układów elektronicznych, takie jak: ICAP/4Win, Micro-Cap, MultiSim, OrCAD PSpice A/D, TINA Pro oraz uniwersalne środowisko do obliczeń naukowo-technicznych Matlab / K_W08, K_W15

U1 / Student potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczne oraz narzędzia symulacji komputerowej do analizy i oceny działania elementów elektronicznych oraz układów analogowych / K_U07

U2 / Student potrafi posłużyć się właściwie dobranymi środowiskami programistycznymi i symulatorami w celu symulacji, projektowania i weryfikacji analogowych układów elektronicznych / K_U09, K_U10

U3 / Student potrafi ocenić przydatność rutynowych metod i narzędzi służących do rozwiązywania prostych zadań inżynierskich, typowych dla elektroniki oraz wybierać i stosować właściwe metody i narzędzia / K_U21

K1 / Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz jest gotowy do podporządkowania się zasadom pracy w zespole i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania / K_K04

Przedmiot zaliczany jest na podstawie egzaminu.

Egzamin z przedmiotu, sprawdzający wiedzę (W1 i W2) i umiejętności (U1, U2 i U3), przeprowadzany jest w formie pisemnej lub pisemnej i ustnej; warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń i laboratoriów.

Ćwiczenia, sprawdzające umiejętności (U1 i U3), zaliczane są na podstawie kolokwiów wstępnych oraz pracy bieżącej.

Laboratoria, sprawdzające umiejętności (U1, U2 i U3) oraz kompetencje (K1), zaliczane są na podstawie kolokwiów wstępnych, pracy bieżącej i sprawozdań.

Nie dotyczy