Основные задачи проектирования

Проектирование устройства включает решение следующих основных задач - расчет, анализ, оптимизацию, синтез. Эти задачи называются проектными процедурами и имеют следующее содержание.

Расчет - это определение выходных параметров и характеристик устройства ври неизменных значениях внутренних параметров и постоянной его структуре.

Анализ - это определение изменения выходных параметров и характеристик устройства в зависимости от изменения внутренних и входных параметров.

(Одновариантный анализ - расчет с применением ЭВМ, многовариантный анализ - анализ с применением ЭВМ)

Оптимизация - определение наилучших (в том или ином смысле) значений выходных параметров и характеристик путем целенаправленного изменения внутренних параметров устройства (при параметрической оптимизации) или структуры устройства (при структурной оптимизации). Внутренние параметры, за счет изменения которых выполняется параметрическая оптимизация, называются варьируемыми. Способ изменения варьируемых параметров определяется конкретным алгоритмом оптимизации. В качестве варьируемых следует выбирать управляемые внутренние параметры, значение которых легко изменять и контролировать в процессе производства.

Синтез - генерация исходного варианта устройства, включая его структуру (структурный синтез) и значения внутренних параметров (параметрический синтез).

Генерация может выполняться различными способами: - выбором уже известных устройств, построением устройства на основе теоретических соотношений, путем изобретательства.

Полученное в результате синтеза, устройство не обязательно должно быть наилучшим, но необязательно - работоспособным. Если полученное устройство наилучшее в каком-то смысле, то такой синтез называется оптимальным. Однако процедуры оптимального синтеза разработаны лишь для узкого класса устройств, преимущественно линейного типа. В большинстве случаев устройство, полученное в результате синтеза, даже оптимального, требует доработки, чтобы удовлетворить многочисленным требованиям, учесть которые на стадии синтеза невозможно из-за их многообразия и сложности.

Вследствие этого процесс проектирования практически всегда включает наряду с синтезом решение всех выше перечисленных задач.

Структурная схема процесса проектирования

Структурная схема процесса проектирования представлена на рисунке. Она имеет следующее содержание блоков:

1.Синтез начального варианта структуры и параметров устройства.

2.Построение математической модели и ее расчет.

3.Расчет и анализ выходных параметров и характеристик.

4.Соответствуют ли параметры и характеристики заданным требованиям.

5.Возможно изменение внутренних параметров?

6.Изменение внутренних параметров.

7.Возможно изменение структуры?

8.Изменение структуры.

9.Синтез нового варианта структуры и параметров устройства.

10. Документирование результатов проектирования.

Рисунок 1 – структурная схема процесса проектирования

Цепочка блоков 2,3,4,6 - это цикл параметрической оптимизации, 2,3,4,5,7,8 - цикл структурной оптимизации.

Пример. Проектирование низкочастотного усилителя.

Задача расчета - определение рабочей характеристики по постоянному току, коэффициент нелинейных искажений, АЧХ, потребляемой мощности.

Задача анализа - определение температурной стабильности рабочей точки на постоянном токе, влияние разброса внутренних параметров на выходные параметры.

Задача структурного синтеза - определение числа каскадов и способов включения (с общим эмиттером, с общим коллектором).

Задача параметрического синтеза - выбор параметров элементов каждого каскада.

Задача параметрической оптимизации - расширение полосы пропускания путем снижения коэффициента усиления каскадов.

Задача структурной оптимизации - расширение полосы пропускания введением дополнительных отрицательных обратных связей.