- •Схемотехника аналого – цифровых устройств
- •Лекция 1. Введение. Структура устройств ввода-вывода информации в эвм
- •Введение
- •Принципы построения систем обработки данных с использованием эвм
- •Состав устройств ввода информации в эвм
- •Состав устройств вывода
- •Лекция 2. Основные сведения об интегральном операционном усилителе. Структурная схема операционного усилителя
- •Понятие идеального усилителя и его свойства
- •Классификация операционных усилителей
- •Структурная схема операционного усилителя. Определения дифференциального и синфазного сигналов
- •Лекция 3. Основные параметры оу
- •Входные параметры
- •Выходные параметры и параметры передачи
- •Параметры передачи
- •Лекция 4. Схемотехника входных каскадов оу
- •Принципы построения входного дифференциального каскада
- •Малосигнальные параметры входного дифференциального каскада
- •Лекция 5. Генераторы стабильного тока в схемотехнике оу
- •Особенности построения источников тока в схемотехнике оу
- •Базовые схемы источников тока
- •Основные модификации источников тока
- •Лекция № 6. Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня и основы схемотехники выходных каскадов оу
- •Назначение и принцип работы каскадов сдвига уровня
- •Основы схемотехники выходных каскадов оу
- •Защита выходных каскадов от короткого замыкания
- •Лекция №7. Базовые схемы включения оу в аппаратуре
- •Повторитель напряжения
- •Неинвертирующий усилитель
- •Инвертирующий усилитель
- •Лекция 8. Частотная характеристика оу
- •Формирование частотной характеристики оу
- •Логарифмические частотные характеристики оу
- •Частотная характеристика оу при наличии отрицательной обратной связи
- •Лекция 9. Устойчивость работы схем с оу. Частотная коррекция
- •Причины неустойчивой работы схем с оу
- •Частотная коррекция схем с оу
- •Лекция 10. Схемы на основе оу для выполнения математических операций
- •Суммирующий усилитель
- •Интегрирующий усилитель
- •Пояснения к работе интегрирующего усилителя:
- •Дифференцирующий усилитель
- •Логарифмирующий усилитель
- •Лекция 11. Активные фильтры
- •Основные сведения, классификация и типы частотных характеристик активных фильтров
- •Анализ схемы двухполюсного активного фильтра
- •Фильтры с переключаемыми конденсаторами
- •Мдп-транзисторы (полевые транзисторы с изолированным затвором)
- •Для реализации резистора
- •Лекция №12. Компаратор напряжения
- •Основные сведения и особенности схемотехники компараторов напряжения
- •Принцип работы компаратора при сравнении сигналов разной полярности
- •Анализ систематических и случайных ошибок в работе компаратора при сравнении сигналов разной полярности
- •Лекция №13. Компаратор с гистерезисом
- •Принцип работы компаратора при сравнении сигналов одной полярности
- •Компаратор с гистерезисной характеристикой
- •Лекция №14. Классификация и состав функциональных блоков цифроаналоговых преобразователей
- •Классификация цифроаналоговых преобразователей
- •Ключевые элементы цифроаналоговых преобразователей
- •Резистивные матрицы цифроаналоговых преобразователей
- •Цап с матрицей двоично-взвешенных сопротивлений
- •Цап с матрицей r-2r с выходом по току
- •Цап с матрицей r-2r с выходом по напряжению
- •Далее, аналогично не сложно показать, что при коде 0010 потенциал точки а будет равен , а при коде 0001 –. Поэтому аналогично по двоичному закону будет меняться и выходное напряжение всей схемы.
- •Классификация ацп
- •Аналого-цифровые преобразователи последовательного счета
- •Ацп с промежуточным преобразованием во временной интервал
- •Ацп последовательного счета с цифровым интегратором
- •Ацп с двухтактным интегрированием
- •Лекция 17. Ацп слежения, параллельного действия и поразрядного кодирования
- •Аналого-цифровые преобразователи слежения
- •Аналого-цифровые преобразователи параллельного действия
- •Аналого- цифровые преобразователи поразрядного кодирования
- •Лекция №18. Теоретические основы аналоговой и гибридной вычислительной техники
- •Основные понятия моделирования. Система аналогий, критерий подобия
- •Масштабы и масштабные уравнения Пусть дифференциальное уравнение механической системы, являющееся упрощенной моделью системы подвески автомобиля имеете вид:
- •Пояснения к рисунку:
- •Примеры использования масштабных уравнений Расчет коэффициента передачи суммирующего усилителя
- •Пример моделирования дифференциального уравнения второго порядка
- •Лекция №19. Аналого-цифровые вычислительные комплексы
- •Структура аналого-цифрового вычислительного комплекса
- •Структура авм
- •Заключение
- •Список литературы
Лекция №18. Теоретические основы аналоговой и гибридной вычислительной техники
План лекции
1. Сущность моделирования. Системы аналогий. Критерии подобия.
2. Масштабы и масштабные уравнения.
3. Примеры использования масштабных уравнений.
4. Пример моделирования дифференциального уравнения второго порядка.
Основные понятия моделирования. Система аналогий, критерий подобия
Различают два основных вида моделирования: физическое и математическое.
Когда физика явлений, происходящих в объекте и модели, одинакова и модель и объект описываются одинаковыми математическими и логическими выражениями, то мы имеем случай физического моделирования. (Например, поведение самолета в аэродинамической трубе). Физическое моделирование отличается наглядностью и применяется тогда, когда на данном этапе развития науки объект еще не поддается детальному математическому описанию.
Основной недостаток физического моделирования – высокая стоимость.
Если физика явлений, протекающих в объекте и модели разная, но они описываются одинаковыми математическими и логическими выражениями, то мы имеем случай математического моделирования. Основное преимущество математического моделирования, за счет которого оно получило наибольшее распространение, это возможность изучения новых процессов и явлений с помощью хорошо изученных процессов и устройств.
В основе математического моделирования лежит понятие системы аналогий. Различают системы электромеханических, электрогидравлических, электротепловых аналогий. Причем эти системы аналогий могут строиться по прямым аналогиям и непрямым.
При использовании систем прямых аналогий каждому физическому элементу исследуемого процесса (устройства) соответствует аналогичный элемент модели.
Рассмотрим, например, систему прямых электротепловых аналогий. Смысл её можно пояснить на примере распространения электрического тока через проводник и процесса распространения тепла через стержень.
Рис. 135. Процесс распространения тепла
На рисунке q – тепловой поток, входящий в стержень. При этом количество тепла будет:
,
|
(135) |
где Δn – нормаль (одномерное распространение), так какT1 > T2.
Для металлического провода процесс протекания тока можно показать так:
Рис. 136. Процесс протекания тока
Ток через стержень:
, |
(194) |
где , так какU1 > U2.
То есть вид математических выражений абсолютно одинаковый.
В системах непрямых аналогий нет однозначного соответствия между элементами объекта и модели. Например, рассмотрим два формальных уравнения:
. |
(195) |
Полный аналог по записи уравнения уравнение для тока через конденсатор.
. |
(196) |
Аналогичность математических зависимостей еще не гарантирует сходство моделей и объекта. Чтобы получить это сходство необходимо составлять критерий подобия. И на основе этого критерия определить параметры модели.
Для получения этого критерия в общем виде каждую переменную входящую в уравнение объекта и модели представляют в виде двух сомножителей одного размерного и второго безразмерного.
Для уравнений (302) и (303) составим критерий подобия. Для этого распишем их в виде размерных и безразмерных величин:
, |
(197) |
(198) |
Аналогично можно записать:
.
|
(199) |
Если в двух этих уравнениях выражения, стоящие в скобках, будут равны, то можно сказать, что уравнение (305) подобно уравнению (306) потому, что они в этом случае выражены в безразмерных величинах.
Поэтому далее, задаваясь предположительными значениями объекта или процесса можно подобрать параметры модели и исследовать объект с помощью полученной модели.
Сложность этого процесса в том, что имеем только одно уравнение при нескольких неизвестных.
Поэтому для получения параметров модели таким способом используют методы планирования многофакторного эксперимента. Планирование экспериментов – целая наука.
Учитывая трудоемкость подобного использования критериев, при построении аналоговых процессов стали использовать понятие масштаба по каждой переменной величине.