Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  РТ 

 

 

 

«   06   »       06       2017 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Компьютерное моделирование радиоэлектронных устройств     

 




Направление подготовки

11.03.01 Радиотехника

Профиль подготовки

"Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов "

Квалификация (степень)выпускника

бакалавр









          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

5

144 / 4  

16  

16  

16  

1,6  

2,25  

51,85  

92,15  

Зач. с оц.  

Итого

144 / 4  

16  

16  

16  

1,6  

2,25  

51,85  

92,15  

 

 

Муром, 2017 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: - дать представление о современных средствах автоматизированного проектирования радиоэлектронных устройств на персональных ЭВМ,

- познакомить с основными принципами и методами схемотехнического проектирования.

Осмновные задачи:

- ознакомление с проблематикой компьютерного моделирования и организации схемотехнического проектирования РЭУ от технического задания до реальной конструкции и особенностями его отдельных этапов;

- изучение принципов и алгоритмов компьютерного моделирования РЭУ;

- приобретение практических навыков по автоматизации расчетов с помощью пакетов моделирования РЭУ на персональных компьютерах.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.В.ДВ.04.01))

Базовые предшествующие курсы «Физические основы электроники», «Основы теории цепей», «Высшая математика», "Электроника", «Основы автоматизации проектирования радиоэлектронных устройств», «Схемотехника аналоговых электронных устройств». Полученные в результате изучения данной дисциплины навыки и знания используются во всех последующих дисциплинах, содержащих разделы, посвященные моделированию и проектированию с применением ЭВМ конкретных классов радиоэлектронных устройств и систем: «Радиоприемные устройства», «Радиопередающие устройства», «Функциональное моделирование РЭУ»

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-6 готовность выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств радиотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

основные принципы и методы компьютерного моделирования и организации схемотехнического моделирования РЭУ (ПК-6).

2) Уметь:

использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач (ПК-6).

применять компьютерные системы и пакеты прикладных программ для проектирования и исследования радиотехнических устройств (ПК-6).

3) Владеть:

типовыми программными средствами для автоматизации проектирования и моделирования радиоэлектронных цепей, устройств и систем (ПК-6).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: среднее общее.

Срок обучения 4г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Математические модели радиоэлектронных объектов проектирования

5

2

4

4

14

Устный опрос

2

Моделирование РЭС во временной области

5

4

4

12

28

Устный опрос

3

Моделирование цифровых устройств

5

6

32

Устный опрос

4

Моделирование РЭС в частотной области

5

2

2

10

Устный опрос

5

Влияние разброса параметров элементов на характеристики РЭС

5

2

6

8,15

Устный опрос

Всего за  семестр

144

16

16

16

92,15

+

1,6

2,25

Зач. с оц.

Итого   

144

16

16

16

92,15

1,6

2,25

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 5

Раздел 1. Математические модели радиоэлектронных объектов проектирования

Лекция 1.

Общие сведения о математических моделях РЭС (2 часа).

Раздел 2. Моделирование РЭС во временной области

Лекция 2.

Математические модели РЭС во временной области (2 часа).

Лекция 3.

Моделирование состояний, процессов и режимов РЭС (2 часа).

Раздел 3. Моделирование цифровых устройств

Лекция 4.

Математическое моделирование цифровых устройств (2 часа).

Лекция 5.

Описание языков моделирования и элементов цифровых устройств в моделях логического уровня (2 часа).

Лекция 6.

Синхронное и асинхронное моделирование цифровых устройств (2 часа).

Раздел 4. Моделирование РЭС в частотной области

Лекция 7.

Методы моделирования РЭС в частотной области (2 часа).

Раздел 5. Влияние разброса параметров элементов на характеристики РЭС

Лекция 8.

Влияние разброса параметров элементов на характеристики РЭС (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 5

Раздел 1. Математические модели радиоэлектронных объектов проектирования

Практическое занятие 1.

Виды анализа РЭА. Применяемые пакеты схемотехнического моделирования, разработка технического задания (2 часа).

Практическое занятие 2.

Построение амплитудной характеристики устройства. Методика проведения анализа по переменному току (2 часа).

Раздел 2. Моделирование РЭС в частотной области

Практическое занятие 3.

Анализ устройства в частотной области (2 часа).

Раздел 3. Моделирование РЭС во временной области

Практическое занятие 4.

Анализ устройства во временной области. Построение импульсной и переходной характеристик (2 часа).

Практическое занятие 5.

Температурный анализ (2 часа).

Раздел 4. Влияние разброса параметров элементов на характеристики РЭС

Практическое занятие 6.

Многовариантный анализ. Расчет коэффициентов чувствительности (2 часа).

Практическое занятие 7.

Статистический анализ устройства (2 часа).

Практическое занятие 8.

Определение допусков на параметры элементов по заданным допускам на внешние параметры (2 часа).

 

методические указания для практических занятий приведены в https://www.mivlgu.ru/iop/mod/folder/view.php?id=15568 .

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 5

Раздел 1. Математические модели радиоэлектронных объектов проектирования

Лабораторная 1.

Моделирование аналоговых и импульсных сигналов (4 часа).

Раздел 2. Моделирование РЭС во временной области

Лабораторная 2.

Моделирование временных и частотных характеристик электронных схем (4 часа).

Лабораторная 3.

Временные и частотные характеристики транзисторных каскадов (4 часа).

Лабораторная 4.

Моделирование цифровых сигналов и схем (4 часа).

 

методические указания к лабораторным работам приведены в https://www.mivlgu.ru/iop/mod/folder/view.php?id=15565 .

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Основы моделирования РЭА на функциональном уровне.

2. Принципы функционального моделирования.

3. Идеальное и реальное функциональное моделирование.

4. Построение функциональных схем, алгоритмы анализа.

5. Схемотехническое моделирование.

6. Математические модели радиоэлектронных схем (РЭС) Топологические уравнения.

7. Алгоритмы автоматического формирования уравнений РЭС методами узловых потенциалов и переменных состояния. Уравнения линейных устройств.

8. Особенности составления уравнений схем с нелинейными компонентами.

9. Методы и алгоритмы анализа радиоэлектронных устройств.

10. Постановка задач одновариантного анализа РЭС.

11. Методы численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) в программах анализа РЭС.

12. Показатели эффективности методов решения ОДУ.

13. Методы разреженных матриц.

14. Методы подсхем.

15. Схемотехническое моделирование аналоговых устройств.

16. Общие сведения о схемотехническом моделировании (СхМ).

17. Моделирование статического режима.

18. Моделирование статического режима при формировании ММ в базисе узловых потенциалов.

19. Вычислительные методы расчета режимов нелинейных цепей по постоянному току, расчета переходных процессов, линеаризации нелинейных схем и анализ частотных характеристик.

20. Спектральный анализ.

21. Анализ чувствительности.

22. Учет разброса параметров по методу Монте-Карло.

23. Проблема оптимизации параметров.

24. Использование критериев оптимальности.

25. Подсистемы схемотехнического проектирования.

26. Требования к программному обеспечению компьютерного моделирования и схемотехнического проектирования и показатели его эффективности. Пакеты прикладных программ схемотехнического моделирования и их сравнительная характеристика. Использование пакетов прикладных программ.

27. Обзор современных промышленных систем проектирования.

28. Логическое моделирование.

29. Постановка задачи.

30. Математические основы моделирования радиоэлектронных устройств на схемотехническом уровне.

31. Автоматизированный синтез.

32. Модели сигналов и элементов.

33. Математические основы моделирования компонентов РЭС на схемотехническом уровне.

34. Математические модели электрорадиоэлементов.

35. Математические модели схем.

36. Моделирование как основа автоматизации проектирования. Топологические уравнения.

37. Алгоритмы анализа аналоговых и цифровых устройств.

38. Постановка задач одновариантного анализа.

39. Алгоритмы анализа статических режимов.

40. Алгоритмы анализа переходных процессов.

41. Моделирование частотных характеристик.

42. Алгоритмы автоматизированного компьютерного моделирования цифровых устройств.

43. Методы расчета и анализа выходных параметров устройств.

44. Анализ чувствительности. Метод расчета на наихудший случай.

45. Учет разброса параметров по методу Монте-Карло.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

1. Анализ работы транзисторного усилителя методом компьютерного моделирования. Каждому студенту выдается своя схема усилителя. Варианты схем и заданий (120 вариантов схем и 9 вариантов заданий) находятся на сервере кафедры в электронном виде.

 

методические указания к курсовому проектированию приведены в https://www.mivlgu.ru/iop/mod/folder/view.php?id=15569 .

 


4. 2. Форма обучения: заочная

Уровень базового образования: среднее профессиональное.

Срок обучения 3г 6м.

 

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы, час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежуточного контроля

(экз., зач., зач. с оц.)

5

144 / 4  

4  

4  

4  

 

2,25  

14,25  

126  

Зач. с оц.(3,75)  

Итого

144 / 4  

4  

4  

4  

 

2,25  

14,25  

126  

3,75  

 

4.2.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежу-точной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Общие сведения о математических моделях РЭС

5

2

2

20

Устный опрос

2

Математические модели РЭС во временной области

5

2

2

4

106

Устный опрос

Всего за  семестр

144

4

4

4

126

+

0

2,25

Зач. с оц.(3,75)

Итого   

144

4

4

4

126

2,25

3,75

 

4.2.2. Содержание дисциплины

4.2.2.1. Перечень лекций

Семестр 5

Раздел 1. Общие сведения о математических моделях РЭС

Лекция 1.

Общие сведения о математических моделях РЭС (2 часа).

Раздел 2. Математические модели РЭС во временной области

Лекция 2.

Математические модели РЭС во временной области (2 часа).

 

4.2.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 5

Раздел 1. Общие сведения о математических моделях РЭС

Практическое занятие 1.

Анализ устройства в частотной области (2 часа).

Раздел 2. Математические модели РЭС во временной области

Практическое занятие 2.

Анализ устройства во временной области. Построение импульсной и переходной характеристик (2 часа).

 

4.2.2.3. Перечень лабораторных работ

Семестр 5

Раздел 1. Математические модели РЭС во временной области

Лабораторная 1.

Временные и частотные характеристики транзисторных каскадов (4 часа).

 

4.2.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Основы моделирования РЭА на функциональном уровне.

2. Принципы функционального моделирования.

3. Идеальное и реальное функциональное моделирование.

4. Построение функциональных схем, алгоритмы анализа.

5. Схемотехническое моделирование.

6. Математические модели радиоэлектронных схем (РЭС) Топологические уравнения.

7. Алгоритмы автоматического формирования уравнений РЭС методами узловых потенциалов и переменных состояния. Уравнения линейных устройств.

8. Особенности составления уравнений схем с нелинейными компонентами.

9. Методы и алгоритмы анализа радиоэлектронных устройств.

10. Постановка задач одновариантного анализа РЭС.

11. Методы численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений (ОДУ) в программах анализа РЭС.

12. Показатели эффективности методов решения ОДУ.

13. Методы разреженных матриц.

14. Методы подсхем.

15. Схемотехническое моделирование аналоговых устройств.

16. Общие сведения о схемотехническом моделировании (СхМ).

17. Моделирование статического режима.

18. Моделирование статического режима при формировании ММ в базисе узловых потенциалов.

19. Вычислительные методы расчета режимов нелинейных цепей по постоянному току, расчета переходных процессов, линеаризации нелинейных схем и анализ частотных характеристик.

20. Спектральный анализ.

21. Анализ чувствительности.

22. Учет разброса параметров по методу Монте-Карло.

23. Проблема оптимизации параметров.

24. Использование критериев оптимальности.

25. Подсистемы схемотехнического проектирования.

26. Требования к программному обеспечению компьютерного моделирования и схемотехнического проектирования и показатели его эффективности. Пакеты прикладных программ схемотехнического моделирования и их сравнительная характеристика. Использование пакетов прикладных программ.

27. Обзор современных промышленных систем проектирования.

28. Логическое моделирование.

29. Постановка задачи.

30. Математические основы моделирования радиоэлектронных устройств на схемотехническом уровне.

31. Автоматизированный синтез.

32. Модели сигналов и элементов.

33. Математические основы моделирования компонентов РЭС на схемотехническом уровне.

34. Математические модели электрорадиоэлементов.

35. Математические модели схем.

36. Моделирование как основа автоматизации проектирования. Топологические уравнения.

37. Алгоритмы анализа аналоговых и цифровых устройств.

38. Постановка задач одновариантного анализа.

39. Алгоритмы анализа статических режимов.

40. Алгоритмы анализа переходных процессов.

41. Моделирование частотных характеристик.

42. Алгоритмы автоматизированного компьютерного моделирования цифровых устройств.

43. Методы расчета и анализа выходных параметров устройств.

44. Анализ чувствительности. Метод расчета на наихудший случай.

45. Учет разброса параметров по методу Монте-Карло.

 

4.2.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.2.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

1. Анализ работы транзисторного усилителя методом компьютерного моделирования. Каждому студенту выдается своя схема усилителя. Варианты схем и заданий (120 вариантов схем и 9 вариантов заданий) находятся на сервере кафедры в электронном виде.

 

5. Образовательные технологии

В соответствии с требованиями ФГОС ВПО для реализации компетентностного подхода предусматривается использование при подготовке по данной дисциплине активных и интерактивных форм проведения занятий.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Компьютерное моделирование радиоэлектронных устройств

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Компьютерное моделирование и проектирование радиоэлектронных средств. Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения. — СПб.: Питер, 2015. — 208 с.: ил. — (Серия «Учебник для вузов») - http://ibooks.ru/reading.php?productid=344132

2. Моделирование систем Авторы: Кириличев Б.В. М. : МГИУ, 2010, 274 с. - http://ibooks.ru/reading.php?productid=334207

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. – М.: Солон, 1997. - 6 экз.

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

Портал для радиолюбителей http://www.radioman-portal.ru/shems.shtml

Национальный Открытый Университет "Интуит" http://www.intuit.ru/

Программное обеспечение:

Лаборатория моделирования устройств и систем

Microsoft Windows 7 (подписка DreamSpark Premium Electronic Software Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года)

Kaspersky Endpoint Security для бизнеса – Стандартный Russian Edition (Договор №436 от 11.11.2014 года)

Microsoft Office Standard 2010 Open License Pack (Договор №3099711 от 23.11.2010 года)

MicroCap 9.0 (freeware)

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

ibooks.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Лаборатория моделирования устройств и систем

Рабочая станция HPCore 2 DUO, 3 GHz; 2 GB, DVD-RW/HP19” 2 шт.

Видеопроектор NecNP40G

Экран настенный Da-Lite

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Для успешного освоения теоретического материала обучающийся: знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; ведет конспект лекций и прорабатывает лекционный материал, пользуясь как конспектом, так и учебными пособиями.

На практических занятиях пройденный теоретический материал подкрепляется решением задач по основным темам дисциплины. Занятия проводятся в компьютерном классе, используя специальное программное обеспечение. Каждой подгруппе обучающихся преподаватель выдает задачу, связанную с разработкой и программной реализацией алгоритмов обработки информации. В конце занятия обучающие демонстрируют полученные результаты преподавателю и при необходимости делают работу над ошибками.

До выполнения лабораторных работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Перед занятием студент знакомится с описанием заданий для выполнения работы, внимательно изучает содержание и порядок проведения лабораторной работы. Лабораторная работа проводятся в компьютерном классе. Обучающиеся выполняют индивидуальную задачу компьютерного моделирования в соответствии с заданием на лабораторную работу. Полученные результаты исследований сводятся в отчет и защищаются по традиционной методике в классе на следующем лабораторном занятии. Необходимый теоретический материал, индивидуальное задание, шаги выполнения лабораторной работы и требование к отчету приведены в методических указаниях, размещенных на информационно-образовательном портале института.

Самостоятельная работа оказывает важное влияние на формирование личности будущего специалиста, она планируется обучающимся самостоятельно. Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет внеаудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий.

Курсовая работа выполняется в соответствии с методическими указаниями на курсовую работу. Обучающийся выбирает одну из указанных в перечне тем курсовых работ, исходя из своих интересов, наличия соответствующих литературных и иных источников. В ходе выполнения курсовой работы преподаватель проводит консультации обучающегося. На заключительном этапе обучающийся оформляет пояснительную записку к курсовой работе и выполняет ее защиту в присутствии комиссии из преподавателей кафедры.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – зачет с оценкой. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 


лист_утверждения


РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Компьютерное моделирование радиоэлектронных устройств»

по направлению подготовки 11.03.01 Радиотехника

 

Рабочая программа дисциплины «Компьютерное моделирование радиоэлектронных устройств» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 11.03.01 Радиотехника.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 144 час. (4 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является зачет с оценкой .

Цель дисциплины: - дать представление о современных средствах автоматизированного проектирования радиоэлектронных устройств на персональных ЭВМ,

- познакомить с основными принципами и методами схемотехнического проектирования.

Осмновные задачи:

- ознакомление с проблематикой компьютерного моделирования и организации схемотехнического проектирования РЭУ от технического задания до реальной конструкции и особенностями его отдельных этапов;

- изучение принципов и алгоритмов компьютерного моделирования РЭУ;

- приобретение практических навыков по автоматизации расчетов с помощью пакетов моделирования РЭУ на персональных компьютерах.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Компьютерное моделирование радиоэлектронных устройств» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 11.03.01 Радиотехника.

 

06.06.2017 г.