МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «ВГТУ», ВГТУ) Факультет радиотехники и электроники Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры Отчет по лабораторным работам №1 – 4 по дисциплине «Основы АПРЭС» Разработал студент РК - 191 Подпись, дата Руководитель Подпись, дата Воронеж 2022 Н. Р. Ломакин Инициалы, фамилия И. С. Бобылкин Инициалы, фамилия ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПОНОВКИ МОДУЛЕЙ РЭС Цель работы: углубление и закрепление знаний по вопросам оптимизации межблочных соединений при компоновке РЭС методом парных перестановок. Ход работы. Целесообразность перестановки блоков считается по формуле (1.1). i i F x x = (m + m j ) − ( + j ) − 2m j , j i где F x x i j - функционал для элементов (1.1) i xi и x j ; mi - количество внешних соединений элемента xi с блоком Х ; m j - количество внешних соединений x j - количество внутренних соединений элемента i элемента с блоком Х; xi блока Х с другими элементами этого же блока; j - количество внутренних соединений элемента x j блока Х с другими элементами этого же блока; m i j количество общих (прямых) соединений между переставляемыми элементами - xi и x j . - первый блок; Х - множество элементов блока (обозначаются буквой i). - второй блок; Х- множество элементов блока (обозначаются буквой j). Если ∆𝐹𝑥 𝛼𝑥 𝛽 ≤ 0, то перестановка этих элементов нецелесообразна, то есть эта 𝑖 𝑗 перестановка не ведет к уменьшению числа межблочных соединений, а ведет к их возрастанию или не изменяет их количество. Если ∆𝐹𝑥 𝛼𝑥 𝛽 ≥ 0, то перестановка 𝑖 𝑗 целесообразна. Мне выдан вариант 10, данные для его расчета находятся в таблице 1.1. 2 Таблица 1.1 – Данные варианта 10. Вариант 10 Кол-во соединений а б в г д е ж з и к 2 4 5 0 6 4 2 8 3 1 По таблице 1.1 составил схему межблочных соединений (рисунок 1.1). Рисунок 1.1 – Схема межблочных соединений 3 Проведу расчет (1.2) по формуле (1.1). 𝐹12 = (2 + 2 + 4) − (8 + 1 + 6 + 2) − 2 ∗ 2 = −13; 𝐹14 = (2 + 5) − (8 + 1 + 4 + 6) − 0 = −12; 𝐹16 = (2 + 0) − (8 + 1 + 4 + 2) − 0 = −13; 𝐹32 = (4 + 4 + 2) − (1 + 3 + 6 + 2) − 2 ∗ 4 = −10; 𝐹34 = (4 + 5) − (1 + 3 + 6 + 4) − 0 = −5; 𝐹36 = (4 + 0) − (1 + 3 + 0 + 2) − 0 = −2; 𝐹52 = (5 + 0 + 2 + 4) − (3 + 8 + 6 + 2) − 0 = −10; (1.2) 𝐹54 = (5 + 0) − (8 + 3 + 6 + 4) − 2 ∗ 5 = −26; 𝐹56 = (5 + 0 + 0) − (8 + 3 + 4 + 2) − 2 ∗ 0 = −12. В данном случае условие F ≤ 0 выполняется для всех сочетаний блоков, значит данное размещение блоков является целесообразным. Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы я рассчитал целесообразность перестановки блоков РЭС, но производить оптимизацию их размещения методом парных перестановок не потребовалось, поскольку исходное размещение блоков оказалось целесообразным. 4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 ОПТИМИЗАЦИЯ РАЗМЕЩЕНИЯ МОДУЛЕЙ НА КОМУТАЦИОННОМ ПОЛЕ МЕТОДОМ ПАРНЫХ ПЕРЕСТАНОВОК Цель работы: закрепление знаний по оптимизации размещения модулей на коммутационном поле с помощью алгоритма парных перестановок. Ход работы. Мне выдан вариант 10, данные для его расчета находятся в таблице 2.1. Таблица 2.1 – Исходные данные варианта 10. Номер варианта Количество соединений Номера и координаты модулей для начального размещения 1 10 2 3 4 а б в г д е x y x y x y x y 5 0 1 2 4 1 1 2 2 4 4 4 4 1 По таблице 2.1 составил схему межблочных соединений (рисунок 2.1). Рисунок 2.1 – Схема межблочных соединений. 5 Схему соединений удобно представлять в виде матрицы (таблица 2.2). Таблица 2.2 – Матрица соединений. S 1 2 3 4 1 0 5 2 0 2 5 0 1 1 3 2 1 0 4 4 0 1 4 0 Оптимизацию размещения модулей схемы, показанной на рисунке 2, проведу вручную с помощью алгоритма парных перестановок. Для этого составил схему размещения модулей в начальном состоянии (рисунок 2.2). Рисунок 2.2 – Схема размещения модулей в начальном состоянии 6 Нужно вычислить суммарную длину соединений для начального размещения по формуле (2.2), а далее все значения ∆Wij, т.е. ∆W12, ∆W23, ∆W34, ∆W13, ∆W14 и ∆W24. Эти значения вычисляются по формуле 2.2. 𝑁−1 𝑁 (2.1) 𝑊0 = ∑ ∑ 𝑆𝑖𝑗 ∙ (|𝑥𝑖 − 𝑥𝑗 | + |𝑦𝑖 − 𝑦𝑗 |). 𝑖=1 𝑗=𝑖+1 N Wij = ( S ik − S JK ) (| xi − x k | + | yi − y k | − | x j − x k | − | y j − y k |) . (2.2) k =1 i k j Проведу расчет (2.3) по формулам (2.1 – 2.2). 𝑊0 = 5 ⋅ (|3 − 4| + |3 − 2|) + 2 ⋅ (|3 − 1| + |3 − 4|) + 0 ⋅ (|3 − 2| + |3 − 1|) + 1 ⋅ (|4 − 1| + |2 − 1|) + 1 ⋅ (|4 − 1| + |2 − 4|) + 4 ⋅ (|4 − 4| + |4 − 1|) = = 37 ед. 𝛥𝑊12 = (2 − 1) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 4| − |4 − 1| − |2 − 4|) + + (0 − 1) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 1| − |4 − 1| − |2 − 1|) = −2 ед. 𝛥𝑊23 = (5 − 2) ⋅ (|4 − 3| + |2 − 3| − |1 − 3| − |4 − 3|) + + (1 − 4) ⋅ (|4 − 1| + |2 − 1| − |1 − 1| − |4 − 1|) = −6 ед. 𝛥𝑊34 = (2 − 0) ⋅ (|1 − 3| + |4 − 3| − |1 − 3| − |1 − 3|) + + (1 − 1) ⋅ (|1 − 4| + |4 − 2| − |1 − 4| − |1 − 2|) = −2 ед. 𝛥𝑊13 = (5 − 1) ⋅ (|3 − 4| + |3 − 2| − |1 − 4| − |4 − 2|) + + (0 − 4) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 1| − |1 − 1| − |4 − 1|) = −12 ед. 𝛥𝑊14 = (5 − 1) ⋅ (|3 − 4| + |3 − 2| − |1 − 4| − |1 − 2|) + + (2 − 4) ⋅ (|3 − 1| + |3 − 4| − |1 − 1| − |1 − 4|) = −8 ед. 𝛥𝑊24 = (5 − 0) ⋅ (|4 − 3| + |2 − 3| − |1 − 3| − |1 − 3|) + + (1 − 4) ⋅ (|4 − 1| + |2 − 4| − |1 − 1| − |1 − 4|) = −16 ед. 7 (2.3) В данном случае условие ΔWij ≤ 0 выполняется, а значит суммарная длина соединений для начального размещения W0 = 37 является минимально возможной и оптимизировать ничего не нужно. Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы мной была рассчитана целесообразность перестановки модулей РЭС на коммутационном поле, и, исходя из полученных данных, оптимизация их размещения методом парных перестановок не потребовалась. 8 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ Цель работы: ознакомиться с методами моделирования тепловых характеристик импульсных микросхем. Получить температурные зависимости при различных геометрических, физических, электрических и временных параметрах микросхем. Выполнение работы По последней цифре моего номера в списке я выбрал вариант №0. Таблица 1 – Исходные данные варианта 0. № Варианта 0 Параметры № набора t0, Ф, и, А, , h, r, мат-лов 0 С Вт мс мм2 мм мм мм 20 0,8 1,5 3 0,1 1 0,98 1 Таблица 2 – Набор материалов №1 для варианта 0. Элемент Материал № набора материалов 1 Алюминий Керамика Подложка Кремний + Медь Ситалл ArGa Кристалл + Ge Si Воздух Корпус Компаунд Стирол 9 + Задание 3.1 Для плоского прямоугольного источника необходимо получить графики зависимости: 1) температуры от длительности действия импульса, Т(и); 2) температуры от рассеиваемого потока, Т(Ф); 3) толщины прогретого слоя от длительности действия импульса, x*(и). Построю эти графики, используя программу impuls.exe. Рисунок 3.1 – Данные, записанные в программе. Рисунок 3.2 – График зависимости температуры от длительности импульса 10 Рисунок 3.3 – График зависимости температуры от рассеиваемого потока Рисунок 3.4 – График зависимости толщины прогретого слоя от длительности импульса 11 Задание 3.2 Для источника энергии в форме круга получить графики зависимости: 1) температуры от длительности действия импульса, Т(и); 2) температуры от площади источника, Т(А); Построю эти графики, используя программу impuls.exe. Рисунок 3.5 – График зависимости температуры от длительности импульса 12 Рисунок 3.6 – График зависимости температуры от площади источника энергии Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы ознакомился с методами моделирования тепловых характеристик импульсных микросхем при помощи приложения impuls.exe. Получил температурные зависимости при различных геометрических, физических, электрических и временных параметрах микросхем. 13 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ СИГНАЛА В ПЛЕНОЧНЫХ ПРОВОДНИКАХ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ Цель работы: получение и закрепление знаний и практических навыков по моделированию времени задержки сигнала в проводниках с диэлектрической изоляцией на ЭВМ, получение навыков расчета паразитных емкостей и индуктивностей пленочных проводников, а также их сопротивления. Выполнение работы Мне был выдан вариант №10. Таблица 1 – Исходные данные варианта 10. Номер Длина Ширина Толщина Расстоя-ние Удельное Диэл. варианта проводни- проводни- проводни- между сопротив- Проница- ка, м*10-3 ка, м*10-3 ка, м*10-3 проводни- ление, емость ками, м*10-3 мкОм*см диэлектрика 10 4 0.75 0.05 4 5.5 0.5 Необходимо ввести в программе значения параметров системы: длина, ширина, расстояние до противолежащего проводника, толщина, удельное сопротивление, относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. После этого рассчитываются емкость и сопротивление проводника с помощью нажатия кнопки "Расчет" в главном меню и "Расчет сигнала". Для вывода на экран графика выбрать в главном меню "Файл" пункт "Рисовать график". После этого на поле графика появится изображение единичного воздействия. Для вывода на поле графика уровней 0,1 и 0,9 необходимо нажать кнопку "Показать уровни 0,1 и 0,9" на панели "Результаты". Под графиком сигнала появятся значения моментов времени при достижении сигналом заданных уровней, а также время задержки dt. Полученные 14 значения емкости и сопротивления проводника и график единичного воздействия представлены на рисунке 4.1. Рисунок 4.1 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и график единичного воздействия Рисунок 4.2 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и график единичного воздействия с изменением длины плёнки 15 Рисунок 4.3 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и график единичного воздействия с изменением ширины плёнки Рисунок 4.4 – Рассчитанные значения емкости и сопротивления проводника и график единичного воздействия с изменением толщины плёнки Вывод: были получены навыки при моделировании времени задержки сигнала в проводниках с диэлектрической изоляцией на ЭВМ. Освоил навыки расчета паразитных емкостей и индуктивностей пленочных проводников, а также их сопротивления. 16
