Deo 2 Flashcards
- Navesti koji su najznačajniji metodi analize u elektronici, zašto su neophodni i koje su njihove najvažnije
osobine?
Najznačajniji metodi analize u elektronici su simulacija, verifikacija i testiranje. U procesu projektovanja elektronskih
kola i sistema, naizmenično sa metodima sinteze se sprovode i metodi analize kako bi se proverila funkcionalnost
kola/sistema koje se projektuje i eliminisale greške koje se u procesu projektovanja javljaju.
• Simulacija je postupak koji se primenjuje u svim fazama realizacije i na svim nivoima složenosti elektronskih kola i
sistema.
• Verifikacija je postupak provere funkcionalnosti sistema za različite uslove i scenarije rada. Uglavnom se primenjuje
kod složenih digitalnih sistema.
• Testiranje je postupak fizičke provere sistema, koji se sprovodi na prototipu kola ili sistema, na kraju procesa
projektovanja
- Objasniti zašto se koristi simulacija i šta su prednosti simulacije u odnosu na fizičku verifikaciju kola?
Prva elektronska kola su bila realizovana od diskretnih komponenti. Postupak projektovanja se sastojao od više ciklusa
fizičke realizacije kola, merenja električnih veličina i podešavanja parametara kola. Ovakav proces je dugotrajan i skup, a
u procesu projektovanja integrisanih kola je praktično nemoguć – fizička realizacija integrisanog kola je dugotrajna i
skupa, a merenje električnih veličina je moguće samo na kontaktima integrisanog kola. Integrisana kola zbog velikog
broja elemenata nije moguće zameniti ekvivalentnim kolom realizovanim od diskretnih komponenti.
- Navesti tipove elektronskih kola, njihove elemente i tipove signala.
• Analogna elektronska kola se sastoje od pasivnih elemenata (otpornici, kondenzatori i kalemovi) i aktivnih
poluprovodničkih elemenata (tranzistora). Naponi i struje u analognim kolima su analogni signali.
• Digitalna kola se sastoje od elementarnih logičkih kola i memorijskih elemenata. Naponi u digitalnim kolima imaju
diskretne, najčešće binarne vrednosti, koje predstavljaju logička stanja kola.
• Kola sa mešovitim signalima sadrže analogni i digitalni deo, kao i odgovarajuće konvertore signala (A/D i D/A).
- Navesti najznačajnije tipove simulacije elektronskih kola.
• Simulacija na nivou električnih kola, simulacija analognih kola – kolo se simulira na nivou električnih elemenata,
rezultati simulacije su fizičke veličine: naponi, struje, snaga, impedanse, itd.
• Simulacija na logičkom nivou, simulacija digitalnih kola – kolo se simulira na logičkom nivou, rezultat simulacije su
logička stanja kola.
• Simulacija na nivou sistema – rezultati simulacije su ponašanje i karakteristike celokupnog sistema.
- Navesti osnovne zadatke simulacije elektronskih kola.
• Provera novih ideja bez fizičke realizacije.
• Provera funkcije kola, detektovanje i otklanjanje problema u kolu pre fizičke realizacije.
• Poboljšanje performansi kola (smanjenje broja elemenata, smanjenje potrošnje, smanjenje uticaja šumova…).
• Brza analiza ponašanja kola pri izmenama parametra kola i komponenti.
• Analiza kola u uslovima koje je teško moguće fizički ostvariti: prisustvo šumova, visoke temperature, opasni uslovi
(visoki napon, električna pražnjenja), potreba za skupom mernom opremom, itd.
- Navesti tri osnovne analize (simulacije) koje programi za simulaciju elektronskih kola omogućavaju.
Svaki program za simulaciju kola opšte namene mora da omogući tri osnovne analize: analizu jednosmernog režima
(jednosmerna radna tačka, DC operating point), analizu naizmeničnog režima (frekvencijski odziv, AC) i analizu
prelaznog režima (transient analysis). Delovi programa (algoritma) koji sprovode navedene analize se nazivaju solveri
- Odgovoriti koji metod za formulisanje sistema jednačina koje opisuju kolo koristi SPICE simulator.
SPICE simulatori su zasnovani na algoritmima za rešavanje jednačina kola postavljenih na osnovu metoda potencijala
čvorova.
- Objasniti šta podrazumeva jednosmerna analiza, koje su osobine sistema jednačine koje opisuju kolo u
jednosmernom režimu i kojim metodama ih je moguće rešiti.
Solver za jednosmernu analizu izračunava jednosmernu radnu tačku kola, pri čemu se kondenzatori tretiraju kao prekidi, a
kalemovi kao kratki spojevi u kolu. U određenim slučajevima kondenzatori i kalemovi se mogu predstaviti i modelovati
konačnim otpornostima (provodnost dielektrika i otpornost obloga kondenzatora, otpornost provodnika u kalemu).
Linearni sistem jednačina koji opisuje kolo se izračunava eksplicitno. Sistem jednačina koji opisuje kolo može biti
nelinearan, što je posledica nelinearnih strujno-naponskih karakteristika poluprovodničkih ili drugih nelinearnih
elemenata. SPICE koristi iterativne numeričke metode za rešavanje sistema nelinearnih jednačina kola.
- Objasniti šta podrazumeva naizmenična analiza, pod kojim uslovima je ovakva analiza moguća, koje su
osobine sistema jednačina koje opisuju kolo u naizmeničnom režimu.
Solver za analizu naizmeničnog režima izračunava kompleksne vrednosti napona čvorova linearnog kola u funkciji
frekvencije sinusnog signala dovedenog na ulaz kola. • Za nelinearna kola, poput elektronskih kola koja sadrže
tranzistore, analize naizmeničnog režima su moguće za naizmenične signale malih amplituda: pretpostavlja se da je
amplituda izvora pobude mala u poređenju sa termalnim naponom (Vm
- Objasniti šta podrazumeva analiza prelaznih režima, koje su osobine sistema jednačina koje opisuju kolo u
prelaznom režimu i kojim metodima ih je moguće rešiti.
Solver za analizu prelaznih režima pronalazi talasne oblike (vremensku zavisnost) napona u svakom čvoru kola.
• Analiza prelaznog režima je analiza u vremenskom domenu.
• Prilikom ove analize ne postoje ograničenja u veličini amplitude pobudnog signala (analiza za signale velikih
amplituda). U izračunavanjima se uzimaju u obzir nelinearne karakteristike poluprovodničkih elemenata.
• U opštem slučaju, izračunavaju se sistemi nelinearnih diferencijalnih jednačina, što zahteva zadavanje početnih uslova –
početnih vrednosti naelektrisanja kondenzatora i flukseva kalemova. Ovakva vrsta analize je najkomplikovanija i zahteva
najviše vremena za izračunavanje.
• Osim osnovnih analiza, simulatori mogu izvršavati i druge tipove analiza (analiza potrošnje, parametarske analize,
osetljivost, itd.)
- Objasniti šta su modeli poluprovodničkih elemenata, koje dve klase modela postoje i koje su njihove osobine.
Modeli poluprovodničkih elemenata imitiraju njihovo ponašanje u kolu.
• Modeli se kreiraju na osnovu fundamentalnih fizičkih procesa u poluprovodniku (fizički modeli) ili na osnovu ponašanja
same komponente u određenim uslovima (empirijski modeli). Empirijski modeli se često nazivaju i kompaktni modeli.
• Kompaktni modeli se dobijaju na osnovu merenja karakteristika samih elemenata ili simulacije fundamentalnih fizičkih
procesa. Ovi modeli su manje precizni od fizičkih, ali su znatno brži, tako da se koriste u procesu simulacije.
• Kompaktni modeli se mogu predstaviti električnom šemom i skupom parametara. U opštem slučaju, određeni parametri
modela ne moraju imati električnu prirodu.
