2.2. Структура программы Electronics Workbench

Структурная схема программы машинного моделирования представлена на рис.2.1. Кратко опишем основные части программы.

Рис. 2.1. Структурная схема программы.

База данных элементов цепи в современной программе моделирования содержит сведения о большом числе элементов – резисторов, конденсаторов, катушек, диодов, транзисторов, микросхем и т.д. Каждый элемент в базе данных представляется эквивалентной схемой и описанием параметров элемента. Чем сложнее элемент, тем больше в эквивалентной схеме идеальных резисторов, конденсаторов, катушек, источников напряжения и тока.

Ввод схемы устройства осуществляется с использованием базы данных, из неё вызываются нужные элементы. При этом на экране дисплея рисуется условное обозначение элемента, даются название (тип) и основные параметры. Элементы соединяются проводами. В программе моделирования создаётся внутреннее описание схемы, состоящее из перечня использованием элементов, указания номеров узлов, к которым подключён элемент, и записей дополнительной информации о типе элемента, его параметрах и т.п. Нумерация узлов схемы производится автоматически по мере добавления новых элементов. Корпусу схемы, как правило, присваивается номер0.

Составление уравнений цепи базируется на использовании уравнений элементов (включая законы Ома) и уравнений соединений (законов Кирхгофа). При этом используются внутреннее описание схемы и эквивалентные схемы элементов. Для уменьшения числа уравнений в программах машинного моделирования используются методы узловых напряжений и контурных токов. Последний метод используется реже и, в основном, для анализа подсхем со связанными катушками индуктивности.

Алгоритмы составления уравнений цепи относительно просты. Например, процесс составления узловых уравнений цепи состоит из последовательного перебора всех узлов схемы (исключая узел, соединенный с корпусом) и учёта проводимости элементов, подключённых к этим узлам. Последовательный перебор контуров схемы позволяет получить контурные уравнения. Параметры элементов, необходимые для записи уравнений, запрашиваются из базы данных.

Решение уравнений цепипроизводится с использованием отработанных численных методов. Для уменьшения вычислительных затрат уравнения решаются отдельно для разных видов сигналов. Наиболее часто используется расчет цепей на постоянном токе (режимDC), при малых гармонических воздействиях (режимAC), а также в переходном режиме (режимTransient). В последнем случае токи и напряжения могут изменяться сложным образом. Их амплитуды могут достигать больших величин, при которых возникает нелинейный режим работы устройства. При решении нелинейных уравнений из базы данных дополнительно запрашиваются нелинейные характеристики элементов.

Вывод результатовв современных программах машинного моделирования осуществляется в графическом (графики, диаграммы, рисунки т.п.) и текстовом виде. Полученные данные можно вывести на экран монитора, на принтер или записать в файл.