Пакет программ СИМВОЛ-2001
CIRSYM - символьный схемный процессор

Автор: В.В.Филаретов

Руководство пользователя программы CIRSYM

Программа CIRSYM предназначена для получения символьных схемных функций в виде отношения двух вложенных выражений для произвольной линейной инвариантной во времени электрической цепи с сосредоточенными параметрами. Параметры всех элементов схемы представляются в символьной форме. Вычислительная сложность выражений минимизируется до оптимального числа операций и символов. В отличие от известных программ моделирования допускается непосредственное задание как проводимостей, так и сопротивлений. Файл конфигурации программы CIRSYM носит имя setup.sym.

Электрическая или электронная схема задается в виде CIR-файла, то есть файла программ PSpise-DesignLab, ставшего стандартным для программ схемотехнического моделирования. Примеры CIR-файлов для тестовых схем входят в комплект поставки SYMBOL-2001: bridge.cir, quartz.cir, amp2oa.cir, bandpas.cir, test1.cir, test2.cir, test3.cir, test4.cir, test5.cir, lakampy.cir, lakampyz.cir, lakampz.cir, lakampzy.cir, uA741y.cir,uA741yz.cir,uA741z.cir,uA741zy.cir.

ВВОД ДАННЫХ О СХЕМЕ

В первой строке CIR-файла размещается текст, который идентифицирует Вашу схему. Узлы схемы нумеруются в произвольном порядке целыми числами. Число узлов схемы не должно быть более 190.

Все последующие строки CIR-файла должны начинаться с первой позиции. Текст CIR-файла может прерываться комментариями - строками, начинающимися с символа "*". После последней команды CIR-файла (.END) может следовать произвольный текст.

Во второй строке CIR-файла (если нет комментариев) указывается частота, на которой проводится анализ схемы, например команда .AC LIN 1 1000 означает, что схема работает на частоте 1000 Гц. 

Далее вводятся элементы схемы (строка соответствует одному и только одному элементу). Вначале следует имя компонента, затем номера узлов, к которым он присоединен, и значение параметра элемента в системе Си.

 Первая буква в имени элемента указывает тип элемента:
1) R или r - сопротивление резистора в Ом,
2) g - проводимость резистора в См,
3) С или c - емкость конденсатора в Ф,
4) L или l - индуктивность катушки индуктивности в Гн,
5) G - передаточная проводимость источника тока, управляемого током (ИТУН), в См;
6) F - коэффициент передачи по току источника тока, управляемого током (ИТУТ);
7) E - коэффициент передачи по напряжению источника напряжения, управляемого напряжением (ИНУН);
8) H - передаточное сопротивление источника напряжения, управляемого током (ИНУТ), в Ом;
9) N или n - идеальный операционный усилитель (нуллор).

При задании идеальных операционных усилителей нет необходимости указывать численные значения параметров. Численные параметры, характеризующие элементы других типов, используются программой CIRSYM при формировании заголовка - инициирующей части формулы схемной функции. В заголовке формулы выполняется присваивание численных значений параметров сопротивлениям и проводимостям резисторов, емкостным проводимостям конденсаторов, индуктивным сопротивлениям катушек индуктивности, а также передаточным проводимостям ИТУН. В формуле схемной функции для обозначений параметров емкостных проводимостей и индуктивных сопротивлений используются буквы y и z (остальные символы имени соответствующих конденсаторов и катушек индуктивности остаются без изменения).

Отличия CIR-файла программы CIRSYM от обычного CIR-файла:

1. Cимвол "g" указывает не на ИТУН, как "G", а на проводимость резистора.

2. Если имя резистора начинается с символа "r" или "R", то резистор будет рассматриваться программой как проводимость или сопротивление соответственно. В первом случае в заголовке формулы схемной функции появится строка gname=1/Rname.

3. Если имя конденсатора начинается с символа "с" или "С", то конденсатор будет рассматриваться программой как емкостные проводимость или сопротивление соответственно. При этом в заголовке формулы схемной функции появится строка yname=s*cname или строка zname=1/(s*Cname).

4. Если имя катушки индуктивности начинается с символа "l" или "L", то катушка будет рассматриваться программой как индуктивные проводимость или сопротивление соответственно. При этом в заголовке формулы схемной функции появится строка Yname=1/(s*lname) или строка Zname=s*Lname.

5. Не допускается при указании значений параметров использовать дольные и кратные единицы измерения, предусмотренные в стандартном CIR-файле. 

CIR-файл создается и модифицируется в любом текстовом редакторе формата ASCII. Правила занесения элементов схемы и команд в CIR-файл иллюстрируются ниже.

Пример заполнения CIR-файла для программы CIRSYM-2001:

*
* Задание ЧАСТОТЫ, на которой выполняется численный анализ
*
* f=1000 Гц;
*
.AC LIN 1 1000
*
* s=2*Pi*f - круговая частота
*
*
* СОПРОТИВЛЕНИЕ резистора name, включенного между узлами n1 и n2,
* value - значение параметра в Ом.
*
* В заголовке формулы схемной функции rname будет пересчитано
* в проводимость: gname=1/rname
*
rname n1 n2 value
*
* Rname будет непосредственно включено в формулу схемной функции,
* то есть без пересчета в проводимость
*
Rname n1 n2 value
*
*
* ПРОВОДИМОСТЬ резистора name, включенного между узлами n1 и n2,
* value - значение параметра в См.
*
gname n1 n2 value
*
*
* КОНДЕНСАТОР name, включенный между узлами n1 и n2,
* value - значение параметра в Ф.
*
* В заголовке формулы схемной функции cname будет представлено
* емкостной проводимостью: yname=s*cname
*
*
cname n1 n2 value
*
*
* В заголовке формулы схемной функции Cname будет представлено
* емкостным сопротивлением: zname=1/(s*Cname)
*
*
Cname n1 n2 value
*
*
* КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ name, включенная между узлами n1 и n2,
* value - значение индуктивности в Гн.
*
* В заголовке формулы схемной функции lname будет представлено
* индуктивной проводимостью: Yname=1/(s*lname)
*
*
lname n1 n2 value
*
* В заголовке формулы схемной функции lname будет представлено
* индуктивным сопротивлением: Zname=s*Lname
*
Lname n1 n2 value
*
*
* ИСТОЧНИК ТОКА, направленный от узла n1 к узлу n2 и
* УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ, ориентированным от узла n3 к узлу n4
* value - значение передаточной проводимости в См.
*
Gname n1 n2 n3 n4 value
*
*
* ИСТОЧНИК ТОКА с именем name, направленный от узла n1 к узлу n2 и
* УПРАВЛЯЕМЫЙ ТОКОМ, ориентированным от узла n3 к узлу n4
* value - значение коэффициента передачи по току.
*
Fname n1 n2 n3 n4 value
*
*
* ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ с именем name, направленный от узла n1 к узлу n2 и
* УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ, ориентированным от узла n3 к узлу n4
* value - значение коэффициента передачи по напряжению.
*
Ename n1 n2 n3 n4 value
*
*
* ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ с именем name, направленный от узла n1 к узлу n2 и
* УПРАВЛЯЕМЫЙ ТОКОМ, ориентированным от узла n3 к узлу n4
* value - значение передаточного сопротивления в Ом.
*
Hname n1 n2 n3 n4 value
*
*
* ИДЕАЛЬНЫЙ ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (нуллор) с именем name.
* Входное (выходное) напряжение направлено от узла n1 к узлу n2
* (от узла n3 к узлу n4)
*
Nname n1 n2 n3 n4
*
*
*               ЗАДАНИЕ ВХОДОВ И ВЫХОДОВ СХЕМЫ
*               ДЛЯ НАХОЖДЕНИЯ СХЕМНЫХ ФУНКЦИЙ
*
* Измерительный источник напряжения (V = 1 В), включенный
* между узлами n1 и n2
*
V n1 n2 1
*
* Измерительный источник тока (I = 1 A), включенный
* между узлами n1 и n2
*
I n1 n2 1
*
* Приемник напряжения I=0 (вольтметр), включенный
* между узлами n1 и n2
*
I n1 n2 0
*
* Приемник тока V=0 (амперметр), включенный
* между узлами n1 и n2
*
V n1 n2 0
*
* ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЯ СХЕМНЫХ ФУНКЦИЙ (при задании в CIR-файле
* нескольких схемных функций источники и приемники нумеруются
* так, чтобы источник и приемник, относящиеся к одной схемной
* функции имели одинаковые номера)
*
* Нахождение передаточной функции по напряжению V34/V12
*
V 1 2 1
I 3 4 0
*
* Нахождение передаточной функции по току I34/I12
*
I 1 2 1
V 3 4 0
*
*
* Нахождение передаточного сопротивления V34/I12
*
I 1 2 1
I 3 4 0
*
*
* Нахождение передаточной проводимости I34/V12
*
V 1 2 1
V 3 4 0
*
*
* Нахождение входного сопротивления V12/V12
*
V 1 2 1
I 1 2 0
*
*
* Нахождение входной проводимости (для этого в схему вводится
* дополнительный узел, например узел 5) I52/V15
*
V 1 5 1
V 5 2 0
*
*
* Команда для нахождения определителя схемы
*
.DET
*
*
*                   Команда окончания CIR-файла
.END

CIR-файл, в названии которого указывается название схемы - circuit_name должен иметь имя circuit_name.cir. По умоланию, если имя схемы не указано, программа CIRSYM использует файл с именем cir.

Конфигурация программы CIRSYM выполняется через установочный файл SETUP.SYM и является существенной только при анализе сложных схем. Оптимальное задание параметров этого файла для конкретной схемы обеспечивает сокращение времени формирования соответствующих схемных функций и сложности формируемых выражений.

Сложная схема рекурсивно делится на две части по двум, трем, четырем и пяти узлам (соответственно 2-, 3-, 4- и 5-бисекция). Каждая бисекция характеризуется двумя параметрами. Первый параметр - минимальное количество узлов, начиная с которого выполняется бисекция. Второй параметр может принимать значения в интервале от 0.1 до 0.45 и задает режим выбора оптимального варианта деления схемы. При значении этого параметра, равном 0.45, безусловно реализуются все возможные варианты деления.

Предпоследнему параметру файла SETUP.SYM дается значение 1 в случае преобладания идеальных операционных усилителей (N-элементов) среди управляемых источников и значение 0 - в противном случае. Последний параметр также может иметь только два значения. Значение 1 соответствует случаю, когда разрешаются дополнительные эквивалентные преобразования в схеме (сведение параллельно или последовательно соединенных проводимости и сопротивления соответственно к проводимости или сопротивлению).

ВЫПОЛНЕНИЕ

Для формирования одной схемной функции, нескольких схемных функций, а также определителя схемы (при отсутствии в CIR-файле источников и приемников), необходимо выполнить команду CIRSYM.EXE. После чего программа запросит имя входного файла. Предусмотрены два способа введения имени файла:

1) Если пользователь введет имя CIR-файла c расширением .cir (circuit_name.cir), то программа CIRSYM сформирует файл circuit_name.out.

2) Если пользователь предварительно перепишет файл circuit_name.cir в файл cir, то ему будет достаточно нажать клавишу <ENTER>. В этом случае программа CIRSYM сформирует файл с именем out.

Файлы circuit_name.out и out могут быть далее исследованы в комплексной области с помощью интерпретатора CALCSYM. Причем для указания CALCSYM файла out будет достаточно нажать <ENTER>. В случае одновременного использования программ CIRSYM и CALCSYM вызывается командный файл CALCCIR.BAT и дважды нажимается клавиша <ENTER> (предполагается, что копия CIR-файла схемы находится в файле cir).

ЛИТЕРАТУРА

1. Филаретов В.В. Об иерархическом подходе к символьному анализу сложных электронных схем // Проблемы физической и биомедицинской электроники: Сб. докл. международ. конф.- Киев: Национальный техн. ун-т Украины, 1996.- С. 132-136.

2. Филаретов В.В. Топологический анализ электронных схем методом выделения параметров // Электричество.- 1998.- N 5.-С.43-52.

3. Filaretov V.V. A topological analysis of electronic circuits by a parameter extraction method // Electrical Technology Russian.- 1998.- N 2.- P. 46-61.

4. Филаретов В.В. Формирование символьных функций для активных электрических цепей методом стягивания и удаления ветвей // Электричество.- 2001.- N 4.-С.43-51.

5. Филаретов В.В., Шеин Д.В. Формирование, интерпретация и компиляция символьных функций электронных схем // Логико-алгебраические методы, модели, прикладные применения: Тр. международ. конф.- Ульяновск, 2001.- Т. 3.- С. 10-12.

6. Филаретов В.В. Метод двоичных векторов для топологического анализа электронных схем по частям // Электричество.-2001.-N 8.- С.33-42. 

(C) Ульяновск, СИМВОЛсофт

Вернуться на главную страницу