POČÍTAČOVÁ ANALÝZA SPÍNANÝCH OBVODŮ V KMITOČTOVÉ OBLASTI

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV IKROELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COUNICATION DEPARTENT OF ICROELECTRONICS POČÍTAČOVÁ ANALÝZA SPÍNANÝCH OBVODŮ V KITOČTOVÉ OBLASTI FREQUENCY DOAIN COPUTER ANALYSIS OF SWITCHED CIRCUITS DIPLOOVÁ PRÁCE ASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. VLADISLAV PECH prof. Ing. DALIBOR BIOLEK, CSc. BRNO 0

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta lktrotchniky a komunikačních tchnologií Ústav mikrolktroniky Diplomová prác magistrský navazující studijní obor ikrolktronika Studnt: Bc. Vladislav Pch ID: Ročník: Akadmický rok: 00/0 NÁZEV TÉATU: Počítačová analýza spínaných obvodů v kmitočtové oblasti POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: Provďt torrický rozbor mtod algoritmické počítačové analýzy obvodů s spínanými kapacitory s uvažováním linárních rálných vlivů. Zaměřt s na mtodu, ktrou násldně využijt k tvorbě vlastního programu. Vytvořt program pro analýzu rálných spínaných obvodů s priodickým xtrním spínáním v C++ nbo podobném jazyku. Program by měl číst data o simulační úloz z spciálního ntlistu, jhož syntax by měla vycházt z syntax SPICE. Výstupy programu budou přnosové funkc v smisymbolickém tvaru v rovině z a kmitočtové charaktristiky. DOPORUČENÁ LITERATURA: BIOLEK, D. Počítačová analýza rálných spínaných obvodů. Dílčí výzkumná zpráva úkolu "Synttické prvky vyššího řádu" Grantové agntury ČR, č. 0/93/079, ÚTEL FEI Brno, 994. BIOLEK, D. S-Z Smi-Symbolic Simulation Of Switchd Ntworks. ISCAS'97 Hongkong, Vol., pp BIOLEK, D. odling of Priodically Switchd Ntworks by ixd s-z Dscription. IEEE Trans. on CAS-I, Vol. 44, No. 8, August 997, pp Trmín zadání: 7..0 Trmín odvzdání: Vdoucí prác: prof. Ing. Dalibor Biolk, CSc. UPOZORNĚNÍ: prof. Ing. Vladislav usil, CSc. Přdsda oborové rady Autor diplomové prác nsmí při vytvářní diplomové prác porušit autorská práva třtích osob, zjména nsmí zasahovat ndovolným způsobm do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom násldků porušní ustanovní a násldujících autorského zákona č. /000 Sb., včtně možných trstněprávních důsldků vyplývajících z ustanovní části druhé, hlavy VI. díl 4 Trstního zákoníku č.40/009 Sb.

3 Abstrakt: Projkt s zabývá problmatikou počítačové analýzy obvodů s xtrním spínáním. Njprv popisuj tvorbu vstupu programu CIRNA popis obvodu, modifikovaný ntlist. Prác také popisuj torii využitou pro řšní analyzovaných obvodů. V druhé části j podrobně popsán vytvořný program CIRNA. Dál na příkladch j ukázána prác v programu a možnosti výstupu programu vykrslní kmitočtových charaktristik v programu CIRNA nbo xport vypočítaných dat do programu ATLAB. Jsou zd popsány také zdrojové kódy programu CIRNA pro prvotní orintaci případného programátora, ktrý by rozšiřoval možnosti tohoto programu. Abstract: This projct dals with th computr analysis of circuits with xtrnal switching. At th first of all thr is a dscription of th cration of th ntry of th program CIRNA dscription of th circuit, modifid ntlist. Th work also discusss th thory usd for solutions of analysd circuits. In th othr part thr is a dscription of th program CIRNA in full dtails. In th nxt parts of this projct thr is th illustration of work in th program, which is shown on th xampls with short discussion of output options h rndring of th frquncy charactristics in th program CIRNA or th xport of calculatd data to ATLAB. Thr ar also dscribd th sourc cod of CIRNA for th initial orintation of th programmr, which would xtnd th possibilitis of this program. Klíčová slova: Spínaný kapacitor, analýza, ntlist, mfil, CIRNA, SPICE, ATLAB, C++. Kywords: Switchd capacitor, analysis, ntlist, mfil, CIRNA, SPICE, ATLAB, C++.

4 Bibliografická citac díla: PECH, V. Počítačová analýza spínaných obvodů v kmitočtové oblasti diplomová prác. Brno, s. Vdoucí diplomové prác prof. Ing. Dalibor Biolk, CSc. FEKT VUT v Brně

5 Prohlášní autora o původnosti díla: Prohlašuji, ž jsm tuto vysokoškolskou kvalifikační práci vypracoval samostatně pod vdním vdoucího diplomové prác, s použitím odborné litratury a dalších informačních zdrojů, ktré jsou všchny citovány v práci a uvdny v sznamu litratury. Jako autor uvdné diplomové prác dál prohlašuji, ž v souvislosti s vytvořním této diplomové prác jsm nporušil autorská práva třtích osob, zjména jsm nzasáhl ndovolným způsobm do cizích autorských práv osobnostních a jsm si plně vědom násldků porušní ustanovní a násldujících autorského zákona č. /000 Sb., včtně možných trstněprávních důsldků vyplývajících z ustanovní 5 trstního zákona č. 40/96 Sb. V Brně dn Poděkování: Děkuji vdoucímu diplomové prác prof. Ing. Daliboru Biolkovi, CSc. za mtodickou, pdagogickou a odbornou pomoc při zpracování zadání dílčích prací a diplomové prác a další pomoc a rady při tvorbě vlastního programu, ktrý j výsldkm této prác. V Brně dn

6 OBSAH ÚVOD SYNTAXE POUŽITÉ V NETLISTU ZDROJE U ZDROJE ŘÍZENÉ NAPĚTÍ E A G ZDROJE ŘÍZENÉ PROUDE F A H PASIVNÍ SOUČÁSTKY R A C PASIVNÍ SOUČÁSTKA L VZÁJENÁ INDUKČNOST OPERAČNÍ ZESILOVAČE OA SPÍNAČE S OSNOVA ŘEŠENÍ ZPRACOVÁNÍ DAT SESTAVENÍ OBVODOVÝCH ROVNIC OBECNÁ KONCEPCE HLEDÁNÍ SOUSTAVY NEZÁVISLÝCH OBVODOVÝCH VELIČIN Popis algoritmu Praktická ukázka algoritmu TVORBA OBVODOVÝCH ATIC Zápis submatic pasivních prvků R a C Zápis submatic rálných spínačů Zápis submatic vlastních indukčností Zápis submatic rálného opračního zsilovač BUZENI OBVODU ODIFIKACE OBVODOVÝCH ATIC PŮSOBENÍ BUDÍCÍHO ZDROJE PŘÍKLAD SESTAVENÍ OBVODOVÝCH ATIC PROGRA CIRNA UŽIVATELSKÉ PROSTŘEDÍ OVLÁDÁNÍ PROGRAU Načtní vstupních dat Analýza obvodu Ovládací prvky okna s kmitočtovou charaktristikou Uložní vstupních a výstupních dat IPLEENTACE TEORIE DO PROGRAU KOPLEXNÍ ČÍSLA FUNKCE S KOPLEXNÍI ČÍSLY ATICE KOPLEXNÍCH ČÍSEL TCOPLEXARRAY ETODY TŘÍDY TCOPLEXARRAY VEKTOR KOPLEXNÍCH ATIC TVECTORCOARRAY ETODY TŘÍDY TVECTORCOARRAY OBECNÁ ATICE TSTRINGARRAY

7 6.8 ETODY TŘÍDY TSTRINGARRAY SEZNA UZLŮ V OBVODU TELENODEITE PRÁCE PROGRAU S UZLY OBVODU Transformac působním spínačů Vynchání npřipojných uzlů Transformac vlivm nrgulárních prvků Vzstupné přčíslování koficintů FUNKCE PRACUJÍCÍ SE STRUKTUROU TELENODEITE SEZNAY SOUČÁSTEK V OBVODU VÝPOČET INVERZNÍ ATICE ALGORITUS ZÍSKÁNÍ HODNOT KITOČTOVÝCH CHARAKTERISTIK PRAKTICKÉ UKÁZKY PROGRAU ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA

8 Úvod Diplomová prác shrnuj a završuj znalosti nabyté při tvorbě bakalářské prác a smstrálních projktů. Jjím cílm j vytvořit program pro analýzu filtrů s spínanými kapacitory. Ačkoliv podobné simulační programy v dnšní době xistují, lz jimi řšit pouz idalizované obvody obsahující idální spínač s nulovým odporm v spnutém stavu, kapacitory a idální oprační zsilovač. Výstupm těchto programů j obvykl kmitočtová charaktristika obvodů, ktrá s počítá z jho systémové funkc v oblasti z. U nás byly například vyvinuty programy COCOSC a SPASO pro symbolickou analýzu, SCSK pro smisymbolickou a kmitočtovou analýzu a program SCC pro časovou analýzu. Objvily s al i programy, např. dánský SCANET, pro analýzu rálných spínaných obvodů, al ty při kmitočtové analýz brou v úvahu pouz diskrétní složku signálů a zandbávají analogový charaktr přchodných dějů způsobných spínáním. Dál byly na zakázku pro vlké zahraniční firmy vyvinuty spciální simulační programy v Kanadě, ktré pracují na výkonných počítačových stanicích, čímž jsou pro běžné účly ndostupné. Většina programů nposkytuj výstup v formě klasických kmitočtových charaktristik, protož jjich dfinic v případě rálných spínaných obvodů vlastně nbyla oficiálně zavdna. Z obdobných důvodů nní možný výstup v formě nulových bodů a pólů přnosových funkcí, nboť obcný spínaný obvod nlz popsat klasickými přnosovými funkcmi typu racionálních lomných funkcí oprátoru s nbo z. [3] Z výš uvdných důvodů pan prof. Ing. Dalibor Biolk vytvořil vlastní program, ktrý byl za jho pomoci modrnizován a přváděn do jazyku C++ a programu ATLAB. V bakalářské práci byla popsána základní tori počítačové analýzy rálných spínaných obvodů, přvzatá z [], dl ktré byl vytvářn program CIRNA. Vstupm tohoto programu j tzv. rozšířný ntlist spínaného obvodu a výstupm jsou vytvořné obvodové matic pro jdnotlivé fáz. Tnto program měl zahrnovat popsané výpočty vdoucí k matmatickému modlu tzv. zobcněným přnosovým funkcím K, K, K a K pro spínaný obvod, ktrý j buzn jdiným signálm. Na základě tohoto matmatického modlu měl pak vykrslit frkvnční charaktristiku analyzovaného obvodu. Jlikož ani v průběhu smstrálních projktů na magistrském studiu s npodařilo odladit, něktré části výpočtu přvzaté z programu pana profsora Biolka, byl program CIRNA tvořný na tortické základně popsané v bakalářské práci modifikován dl nové tori, vytvořné panm profsorm

9 V této práci bud popsáno řšní obvodů s spínanými kapacitory, využité při tvorbě programu CIRNA. Vstupní data budou jdnoduché ntlisty obsahující modly vybraných obvodových prvků podl pokynů vdoucího prác. Dál by s v projktu měla navrhnout nová syntax pro zápis bhaviorálních modlů opračních zsilovačů a spínačů, ktré by byly součástí programu pro analýzu obvodů s priodicky říznými analogovými spínači. Po vytvořní třídících funkcí a syntaxí by s dál vytvořili funkc, ktré by zpracovali zjištěné informac a vypočítaly by s hodnoty pro vykrslní kmitočtové charaktristiky dl zadání vstupního a výstupního uzlu a typu buzní obvodu. Ty by dál byly zpřístupněny k zpracování v programu ATLAB, přdvším pro jjich grafické zpracovaní v podobě grafů

10 Syntax použité v ntlistu V této části j zpracována problmatika syntaxí zápisu součástk v rozšířném ntlistu. Jlikož j program koncipován v širším rozsahu, nž v ktrém j v současné době naprogramován, jsou zd uvdny i zápisy součástk, ktré program rozpozná, al dál j pro analýzu obvodu nvyužívá. Něktré syntax jsou shodné s zápism v jazyc SPICE a také každý řádk j možné okomntovat tak, ž přd komntář napíšm střdník.. Zdroj U Jdná s o obyčjný napájcí zdroj, ktrý má jdn vstup a jdn výstup a bývá často připojn mzi zm a vstupní svorku obvodu. Syntax: <názv zdroj> <vstup> <výstup> <hodnota> Popis syntax: <názv zdroj> <vstup> <výstup> <hodnota> zahrnuj jméno zdroj, začínající písmnm U označní vstupní svorky zdroj označní výstupní svorky zdroj číslná hodnota zdroj, za níž můž násldovat inžnýrská notac. Zdroj řízné napětím E a G Zdroj E a G mají stjnou syntaxi. Písmno E j označní pro zdroj napětí řízný napětím a písmno G značí zdroj proudu řízný také napětím. Syntax: <názv zdroj> <výstup+> <výstup-> <vstup+> <vstup-> <přnos> Popis syntax: <názv zdroj> zahrnuj jméno zdroj, začínající buď písmnm E nbo G, podl typu zdroj <výstup+> <výstup-> <vstup+> <vstup-> označní kladné výstupní svorky zdroj označní záporné výstupní svorky zdroj označní kladné vstupní svorky zdroj označní záporné vstupní svorky zdroj - 0 -

11 <přnos> číslná hodnota udávající vlikost přnosu.3 Zdroj řízné proudm F a H Zdroj F a H mají stjnou syntaxi. Písmno F j označní pro zdroj proudu řízný proudm a písmno H značí zdroj napětí řízný také proudm. Syntax: <názv zdroj> <výstup+> <výstup-> <názv řídícího zdroj> <přnos> Popis syntax: <názv zdroj> zahrnuj jméno zdroj, začínající buď písmnm F nbo H, podl typu zdroj, ktrý dfinujm <výstup+> <výstup-> označní kladné výstupní svorky zdroj označní záporné výstupní svorky zdroj <názv řídícího zdroj>názv řídícího zdroj začínající vždy písmnm V <přnos> číslná hodnota udávající vlikost přnosu.4 Pasivní součástky R a C Násldující dklarac odporu (R) a kondnzátoru (C) jsou stjné, proto j uvádím opět v stjné podkapitol. Syntax j vlastně stjná jako u zdroj U, pouz s liší inicializačním písmnm. Syntax: <názv součástky> <vstup> <výstup> <hodnota> Popis syntax: <názv součástky> názv součástky, ktrý musí začínat jdním z písmn R nbo C, zálží na tom, jakou součástku právě dklarujm <vstup> <výstup> <hodnota> označní vstupní svorky součástky označní výstupní svorky součástky číslná hodnota součástky, za níž můž násldovat inžnýrská notac - -

12 .5 Pasivní součástka L Násldující dklarac cívky (L) j odlišná od dklarac odporů a kondnzátorů, proto j uváděna samostatně v podkapitol. Syntax obsahuj dfinici vnitřního odporu cívky. Syntax: <názv součástky> <vstup> <výstup> <hodnota L s > <hodnota R s > Popis syntax: <názv součástky> názv součástky, ktrý musí začínat písmnm L <vstup> <výstup> <hodnota L s > <hodnota R s > označní vstupní svorky součástky označní výstupní svorky součástky číslná hodnota indukčnosti součástky, za níž můž násldovat inžnýrská notac číslná hodnota vnitřního odporu součástky, za níž můž násldovat inžnýrská notac.6 Vzájmná indukčnost Dklarac vzájmné indukčnosti () obsahuj dklaraci dvou cívk a hodnotu součinitl vazby mzi těmito cívkami. Syntax: <názv> <a> <b> <c> <d> <L > <L > <k> Popis syntax: <názv> <a> <b> <c> <d> názv vzájmné indukčnosti, ktrý musí začínat písmnm označni vstupní svorky první cívky označni výstupní svorky první cívky označni vstupní svorky druhé cívky označni výstupní svorky druhé cívky <L > číslná hodnota indukčnosti první cívky <L > číslná hodnota indukčnosti druhé cívky <k> číslná hodnota součinitl vazby cívk, ktrá můž nabývat hodnot

13 .7 Oprační zsilovač OA Oprační zsilovač (OA) jsou vlmi obsáhlým tématm a jjich syntax s liší v závislosti na typu. V současné době program zpracovává 3 typy opračních zsilovačů. Názv syntax začínající IOA označuj idální difrnční oprační zsilovač (IDOZ), syntax začínající OAI značí zsilovač s jdnotkovým zsílním (BUFFER) a syntax začínající OAP značí oprační zsilovač s jdním kmitočtm lomu. Syntax: <názv IOA> <vstup+> <vstup-> <vystup> <názv OAI> <vstup> <výstup> <názv OAP> <vstup+> <vstup-> <vystup> <A 0 > <f T > <R 0 > Popis syntax: <názv IOA> <názv OAI> <názv OAIP> <vstup+> <vstup-> <výstup> názv musí začínat IOA idální oprační zsilovač názv musí začínat OAI zsilovač s jdnotkovým zsílním názv musí začínat OAIP oprační zsilovač s jdním kmitočtm lomu označní kladné vstupní (ninvrtující) svorky označní záporné vstupní (invrtující) svorky označní výstupní svorky <A 0 > stjnosměrné zsílní, za níž můž násldovat inžnýrská notac <f T > číslná hodnota tranzitního kmitočtu, za níž můž násldovat inžnýrská notac <R 0 > číslná hodnota výstupního odporu, za níž můž násldovat inžnýrská notac - 3 -

14 .8 Spínač S Obcná syntax rálných spínačů, ktré by v budoucnu mohla být modifikována na dva typy spínačů: Spínač řízný proudm a spínač řízný napětím, ktré jsou v problmatic bhaviorálního modlování vlmi důlžité. Syntax: S<názv> <vstup> <výstup> <on/off> <hodnota> Popis syntax: <názv> <vstup> <výstup> <on/off> <hodnota> názv spínač, ktrý musí začínat písmnm S označní vstupní svorky označní výstupní svorky stav spínač v první fázi spnutý (on) nbo rozpnutý (off), v. fázi j spínač automaticky uvažován v druhém stavu číslná hodnota odporu v spnutém stavu, pokud j hodnota nulová, pak s nmusí zadávat - 4 -

15 3 Osnova řšní zpracování dat Další úvahy řšní s týkají spínaných obvodů s diagramm činnosti podl obr.. Uvažují s dvě fáz, každá s rozdílnou dobou trvaní. Počítačovou simulaci těchto obvodů rozdělím do násldujících tap []: - Sstavní obvodových rovnic a suprmatic". - Analýza kmitočtových charaktristik na základě suprmatic. fáz fáz fáz fáz T T T... kt kt+t kt+t kt+t+t kt+t... Obr. : Spínací diagram

16 4 Sstavní obvodových rovnic 4. Obcná koncpc Problmatika analýzy obvodů s spínanými kapacitory j v tomto projktu řšna sstavováním obvodových rovnic na základě modifikované mtody uzlových napětí (UN) a jjich násldnému zápisu do suprmatic. Vzhldm k tomu, ž pro každý uzl j v výsldné suprmatici jdn řádk, j vhodné i v dnšní době výkonných počítačů minimalizovat jjich počt. Řšní j násldující []: Pro každou spínací fázi s nalzn soubor nzávislých branových vličin: v v = = v v,,.., v... v v v n,,..,... n T T fáz, fáz, () kd n, rsp. n j počt nzávislých vličin v fázi, rsp.. Pro branové vličiny lz sstavit v každé fázi soustavu difrnciálních rovnic modifikované mtody uzlových napětí: fáz: t kt, kt + T ) : D w ( t) = G fáz : t kt + T, kt + T ) : D w ( t) = G v ( t) + C v d dt ( t) + C v ( t), kd G, rsp. G j modifikovaná matic vodivostí rozměru (n x n ), rsp. (n x n ), d dt v ( t), () C, rsp. C j modifikovaná matic raktancí rozměru (n x n ), rsp. (n x n ), D, rsp. D jsou jisté incidnční vktory rozměru (n x ), rsp. (n x ), w, rsp.w jsou budicí signály v fázi, rsp.. Rovnic () znamnají rovnosti zobcněných proudů (v případě klasické mtody uzlových napětí by s jdnalo o rovnost klasických proudů). Na lvé straně jsou proudy tkoucí do uzlů obvodu z vnějších zdrojů a na pravé straně jsou proudy, ktré jsou vyvolány vnějšími proudy, tkoucí z uzlů dovnitř do obvodu

17 Proudové rovnic () lz přvést na nábojové rovnic intgrací rovnic v časových intrvalch, uvdných v (): fáz: fáz : D D q ( kt + T q ( kt + T ) = G ) = G ϕ ( kt + T ϕ ( kt + T ) + C ) + C + [ v ( kt + T ) v ( kt )], + [ v ( kt + T ) v ( kt + T )], kd horní indxy + a znamnají limity zprava, rsp. zlva, a vličiny typu q a ϕ jsou dfinovány časovými intgrály: q ( kt + T ϕ ( kt + T ) = ) = kt + T kt + kt + T kt w ( α) dα, q ( kt + T + v ( α) dα, ϕ ( kt + T ) = ) = kt + T + kt + T kt + T + kt + T w ( α) dα, v ( α) dα Vličina q i, i = nbo, j zobcněný náboj, ktrý přitč běhm trvání spínací fáz č. i do budicího uzlu. Vličina ϕ i, i = nbo, j vktor zobcněných toků, rsp. časových intgrálů zobcněných uzlových napětí, přičmž intgrac j ralizována v rámci spínací fáz č. i. Rovnic (3) však jště njsou vhodné pro simulaci. Za přdpokladu, ž jdnotlivé spínací fáz na sb navazují, pak vktor počátčních podmínk těsně po spnutí spínačů musí být jdnoznačně určn vktorm počátčních podmínk těsně přd spnutím. Konkrétně pro linární spínaný obvod musí platit: v v + ( kt ) = Sv ( kt ), + ( kt + T ) = S v ( kt + T ), kd S, rsp. S jsou jisté transformační matic řádu (n x n ), rsp. (n x n ). Po dosazní (5) do (3): (3) (4) (5) kd fáz: fáz : D D q ( kt + T q ( kt + T ) = G ) = G ϕ ( kt + T ϕ ( kt + T ) + C ) + C v ( kt + T v ( kt + T ) ) C v ( kt ), C v ( kt + T ), (6) C = C = C. (7) C S, S Posldní úpravou j dosažno toho, ž všchny obvodové vličiny vystupují v rovnicích v formě vzorků v okamžicích ukonční spínacích fází v smyslu limit zlva. Rovnic jsou

18 - 8 - tak připravny pro kmitočtovou analýzu v smyslu mtody zobcněných přnosových funkcí []. Kmitočtová analýza probíhá v dvou krocích: Njprv jsou vzorky obvodových vličin v (6) proložny tzv. kvivalntní signály. Pak j na tyto signály aplikován klasický oprátorový počt s násldnou substitucí s = jω. Pro kvivalntní signály (s horním indxm ) platí upravné rovnic (6): ). ( ) ( ) ( ) ( fáz : ), ( ) ( ) ( ) ( fáz: T t t t t q T t t t t q + = + = v v C G D v v C G D C C ε ϕ ϕ (8) Po aplikaci Laplacovy transformac:. ) ( ) ( ) ( ) ( fáz :, ) ( ) ( ) ( ) ( fáz: st st s s s s Q s s s s Q + = + = V C V V C V C G D C G D ε (9) Laplacovy obrazy vličin jsou od zápisu těchto vličin v čas odlišny vlkými písmny. V rovnicích (9) figurují Laplacovy obrazy jak napětí, tak i toků. Z praktických důvodů j vhodné přvést toky na napětí. Z rovnic (4) vyplývá pro kvivalntní signál k vktoru ϕ : = = = t t T t t t T t d T d d d d t α α α α α α α α α α ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( v v v v v ϕ. (0) Pak jho Laplacův obraz bud: ) ( V s s st =. () Obdobným způsobm bychom odvodili vztah pro Laplacův obraz kvivalntního signálu k vktoru ϕ : ) ( V s s st =. ()

19 s s s s s s s s Protož kvivalntní signály s obcně liší od signálů originálních, nbudou totožné ani jjich Laplacovy obrazy. Pro účly kmitočtové analýzy j však možné učinit zjdnodušující přdpoklad shody obou obrazů, pokud bud kmitočt signálu dostatčně nižší nž kmitočt spínání f S, tdy s = jω = jπf, f << f s. Pak bud platit: v ( t) v ( t) V ( s) V ( s), i =,. (3) i i i i Za tohoto přdpokladu pak lz kombinováním rovnic (9), () a () dospět k výsldku: fáz: fáz : D D Q ( s) = [ G Q ( s) = [ G f f + C + C ] ] V V ( s) ( s) C C V ( s) V ( s) st st,, (4) kd j pro přhldnost označno: st i f i ( s) =, i =,. (5) s Rovnic (4) lz přpsat do maticového tvaru: D Q Q = D -C G f + C st -C st G f C Rovnic (6) má klíčový význam pro počítačovou analýzu. Lz ji vždy sstavit pro jakýkoliv rálný linární spínaný obvod bz ohldu na to, zdali j v okamžiku přpnutí do jiné fáz splněna podmínka konzistnc počátčních podmínk. V praxi to znamná, ž simulátor bud poskytovat správné výsldky i v případě, ž spínaný obvod obsahuj části, kd v důsldku idálních spínačů dochází k skokovému přbíjní kapacitorů Diracovými impulsy. Jdinou omzující podmínkou j dostatčný odstup pracovní a spínací frkvnc tak, aby byla splněna rlac (3). V násldující části j popsán algoritmus hldání nzávislých obvodových vličin, dál pak algoritmus sstavování matic a vktorů Y, D, Y, D, C a C. V závěru ukážm, jak z čtvrcové suprmatic v rovnici (6) získám kmitočtové charaktristiky spínaného obvodu. 4. Hldání soustavy nzávislých obvodových vličin Při počítačové analýz j důlžitým faktorm počt rovnic popisující daný obvod. S zvyšujícím s počtm obvodových rovnic s prodlužuj čas potřbný k výpočtu a samozřjmě rostou také nároky na paměť počítač. Klasická modifikovaná mtoda uzlových V V (6)

20 napětí j navíc charaktristická tím, ž k rovnicím. Kirchhoffova zákona pro nzávislé uzly přidává další rovnic, ktré zachycují linární transformac obvodových vličin. Ty jsou způsobny přítomností spínačů a nrgulárních prvků v obvodu. Clkový počt rovnic tak núměrně rost a j vhodné j minimalizovat. Jdna z možností j sstavit obvodové rovnic, v nichž budou vystupovat pouz nzávislé branové vličiny. Pro nalzní souboru těchto nzávislých vličin j užito transformac a rdukc proměnných jště přd sstavním obvodových rovnic []. 4.. Popis algoritmu Každému uzlu v obvodu přiřadím čtyři čísla. První dvě čísla označím jako napěťový a proudový koficint první spínací fáz, další dvě čísla jsou opět proudový a napěťový koficint al tntokrát druhé spínací fáz. Pro lpší orintaci při tvorbě admitančních matic s budou dál tyto koficinty označovat násldovně: a* napěťový koficint v. spínací fázi, a** proudový koficint v. spínací fázi, b* napěťový koficint v. spínací fázi, b** proudový koficint v. spínací fázi. V admitanční matici udává proudový koficint číslo řádku, ktrý odpovídá rovnici. Kirchhoffova zákona. Napěťový koficint pak značí číslo sloupc této matic, ktrý přísluší právě uzlovému napětí daného uzlu. Dál pro sstavování matic j zvoln rfrnční uzl s číslm 0, jmuž jsou přiřazny odpovídající koficinty 0*, 0**, 0*, 0**. Pro případ, kdy klasický analogový obvod obsahuj pouz rgulární prvky vzhldm k modifikované mtodě uzlových napětí, budou oba koficinty uzlů shodné a budou odpovídat pořadí uzlu. Pokud al bud uvažován idální spínač mzi dvěma uzly (s nulovým odporm v spnutém stavu a nkončným v rozpnutém stavu) a v jdné z fází bud tnto spínač spnut, pak budou napěťové i proudové koficinty pro oba uzly shodné. Obcně pak x různých uzlů, v tomto případě zkratovaných v dané fázi, j popsáno jdinou rovnicí. Kirchhoffova zákona místo původních x rovnic. Také můž nastat situac, kdy s v obvodu vyskytn uzl, ktrý j v určité fázi izolovaný. Tomu jsou pak přiřazny stjné koficinty jako uzlu rfrnčnímu, čímž j vyloučno vytvářní dalších řádků a sloupců v admitanční matici, ktré by obsahovali pouz nulové hodnoty. V obvodu mimo jiné můž být také zapojn idální oprační zsilovač. Uzlová napětí tohoto opračního zsilovač jsou pak na jho difrnčních vstupch shodná a příslušným - 0 -

21 uzlům jsou přiřazny stjné napěťové koficinty. Proudové koficinty al zůstanou obcně různé, nboť oba vstupy lz budit nzávisl různými zdroji proudu. Buzni do výstupu opračního zsilovač, tj. idálního zdroj napětí, nmá smysl, proto proudový koficint výstupního uzlu j vždy nulový. Z uvdných modifikací koficintů uzlů j zřjmé, ž idální oprační zsilovač zmnši o jdničku počt nzávislých uzlových napětí a proudů v každé spínací fázi, čímž j i snížn řád modifikovaných admitančních matic. Naproti tomu u klasické UN řad těchto matic rost. Působní jdnotkového zsilovač v obvodu má obdobné důsldky jako zmíněný idální oprační zsilovač. Uzlová napětí na vstupu a výstupu jsou totožná, a proto příslušné uzly mají stjné napěťové koficinty. Proudový koficint výstupního uzlu j opět nulový. Dál j popsán i způsob tvorby maticového popisu pro rálný oprační zsilovač. J uvažován s jho končným stjnosměrným zsílním, prvním kmitočtm lomu a nnulovým výstupním odporm. V tomto případě pak dochází k růstu řádu admitančních matic o jdna, stjně jako by tomu bylo u obvodů s vlastními a vzájmnými indukčnostmi, ktré njsou v programu pro analýzu začlněny. Pokud j zajištěno průběžné číslování uzlů v obou fázích, pak njvyšší číslo koficintu udává řád admitanční matic v dané fázi, nboť z výš uvdných principů vyplývá, ž clkový počt navzájm různých napěťových a proudových koficintů uzlů j v každé fázi stjný. 4.. Praktická ukázka algoritmu Zmíněné principy rdukc počtu obvodových rovnic jsou blíž objasněny na přikladu spínaného filtru s SC dvojným kapacitorm na obr.. J uvažován idální jdnotkový zsilovač a idální spínač. - -

22 Obr. : Dolní propust. řádu s dvojným kapacitorm []. Z Tab. j možné vysldovat algoritmus použitý v programu pro přiřazování koficintů k každému uzlu. Njprv proběhn průběžné číslování. Dál j provdna transformac spínači. Uzly spojné spínačm s označí stjným koficintm, při čmž s vybr nižší číslo z pořadových čísl spojných uzlů. Rfrnční uzl 0 nbo uzl npřipojný s označí koficinty 0*, 0** v obou fázích. V této fázi algoritmu jsou napěťové a proudové koficinty stjné. Další transformac, ktrá proběhn j transformac nrgulárními prvky. V tomto praktickém případě s jdná o jdnotkový zsilovač, tzv. buffr. V posldní části algoritmu j provdno vzstupné přčíslovaní uzlů. Zd j možné přímo vidět podl njvyšší hodnoty čísla uzlů výsldná vlikost admitanční matic. V uvdném příkladě j rozměr matic v první fázi 3 x 3 a v druhé fázi x. Nzávislé obvodové vličiny jsou pak tyto: fáz : u, u 3, u 6, i, i 3, i 6, fáz : u 4, u 5, i 4, i

23 - 3 - Tab. : Princip hldáni soustavy nzávislých obvodových vličin filtru z obr.. Fáz Uzl Průběžné číslování Transformac Vzstupné přčíslovaní Spínači IZN * ** * ** * ** * **

24 Shrnutím přdchozího výkladu j zřjmé, ž hldání nzávislých obvodových vličin v programu CIRNA s skládá z těchto čtyř částí: a) transformac působním spínačů, b) vynchání npřipojných uzlů, c) transformac vlivm nrgulárních prvků, d) vzstupné přčíslování koficintů. 4.3 Tvorba obvodových matic V této části j popsána tvorba obvodových matic, nboť každá součástka obvodu s zapisuj jiným způsobm. Výsldné matic jsou pak ořzány o sloupc a řádk rfrnčního uzlu, tdy o první řádk a sloupc, a jjich spojním s vytvoří tzv. suprmatic, z ktré jsou pak vypočítány hodnoty kmitočtové charaktristiky. Popis algoritmu jakým program vytvoří matic a zapíš data j uvdn v kapitol Zápis submatic pasivních prvků R a C Zápis j prováděn na základě zobcněného pravidla pro tvorbu admitanční matic analogových obvodů. Vzhldm k tomu, ž j uvažován obvod s dvoufázovým spínáním, j třba sstavit čtyři matic: klasickou admitanční matici pro každou fázi a dvě tzv. přchodové matic. Prvky přchodových matic jsou tvořny paramtry raktančních člnů, ktré zprostřdkovávají přnos nrgi z jdné spínací fáz do druhé. Způsob zápisu do obvodových matic spínaného obvodu j vidět na obr. 3 a obr

25 fáz fáz Gf - Gf a ** a * a ** a * a ** Y C - Gf Gf b ** Gf - Gf a ** C Y - Gf Gf b ** b * b ** b * b ** a * b * a * b * Obr. 3: Způsob zápisu vodivostí do obvodových matic spínaného obvodu. fáz fáz C - C - C -st C -st a ** a * a ** a * a ** Y C - C C C -st - C -st b ** - C -st C -st C - C a ** C Y C -st - C -st - C C b ** b * b ** b * b ** a * b * a * b * Obr. 4: Způsob zápisu kapacit do obvodových matic spínaného obvodu

26 4.3. Zápis submatic rálných spínačů Zápis j podobný zápisu rzistorů. V případě rálných spínačů s odpor spínačů v spnutém stavu projví pouz v admitanční matici fáz, kdy j spínač spnut. Způsob zápisu spínač spnutého v fázi a spínač spnutého v fázi do obvodových matic spínaného obvodu j vidět na obr. 5. fáz fáz G f - G f a ** a * a ** a * a ** Y C - G f G f b ** G f - G f a ** C Y - G f G f b ** b * b ** b * b ** a * b * a * b * Obr. 5: Způsob zápisu spínačů do obvodových matic spínaného obvodu Zápis submatic vlastních indukčností Induktor s suscptancí / (sl) nvyhovuj tortickému přdpokladu, v ktrém musí admitanční matic obsahovat maximálně první mocniny oprátoru s. odifikovaná mtoda uzlových napětí al umožňuj použít impdanční popis v formě přídavné rovnic. Vlivm proudu induktorm s rozšiřuj v každé fázi počt nzávislých branových vličin o jdna, čímž nám vzrost počt rovnic a dojd k zvětšní matic. Způsob zápisu do obvodových matic spínaného obvodu j vidět na obr

27 fáz fáz Y f C a ** a * a ** a * a ** - f b ** - f f f R+L - L -st Přídavný řádk C Y f a ** - f b ** - L -st - f f f R+L Přídavný řádk b * b ** b * b ** a * b * Přídavný sloupc a * b * Přídavný sloupc Obr. 6: Způsob zápisu spínačů do obvodových matic spínaného obvodu Zápis submatic rálného opračního zsilovač Program j schopn pracovat s dvěma typy opračních zsilovačů. Prvním typm j idální oprační zsilovač, jhož vliv na obvodové rovnic j pouz v rdukci počtu nzávislých branových vličin. Druhý typ j linární oprační zsilovač s standardním průběhm kmitočtové charaktristiky. Při zápisu do ntlistu j nutné zadat stjnosměrné zsílní A 0, tranzitní kmitočt ω T a hodnotu výstupního odporu R 0. Způsob zápisu tohoto opračního zsilovač do obvodových matic spínaného obvodu j vidět na obr

28 fáz fáz a * a ** a * a ** fáz fáz c * c ** c * c ** b * b ** b * b ** Y C a ** b ** f R 0 - f R 0 c ** - ω T f ω T f +ω T f /A - -st Přídavný řádk C Y a ** b ** f R 0 - f R 0 c ** - -st - ω T f ω T f +ω T f /A Přídavný řádk a * b * c * Přídavný sloupc a * b * c * Přídavný sloupc Obr. 7: Způsob zápisu spínačů do obvodových matic spínaného obvodu

29 4.4 Buzni obvodu Obcné schéma buzní spínaného obvodu s dvoufázovým spínáním j znázorněn na obr. 8. Na jhož základě lz rozlišit tyto případy []: signál w, rsp. w má takové spktrum, ž po jho vzorkování s kmitočtm f v = / T = / ( T + T ) ndojd k přkrývání nnulových původních a priodizovaných spktrálních složk, jdiný signál w = w = w. Spktrum tohoto signálu musí splňovat podmínku z přdchozího případu, jdiný vstupní signál schodovitého charaktru, jdiný vstupní signál charaktru "Sampl-Hold" s ržimm "Hold" přs obě spínací fáz, signály w a w mají charaktr "Sampl-Hold". V programu jsou zakomponovány pouz první tři způsoby buzní obvodu. w w spínaný obvod Obr. 8: Obcný způsob buzní dvoufázového spínacího obvodu různými signály v každé fázi []. 4.5 odifikac obvodových matic působním budícího zdroj J uvažován budící zdroj napětí u vst o Laplacově obrazu U vst zapojný mzi uzl x a rfrnční uzl, pak lz rovnic. Kirchhoffova zákona napsat v obou fázích jdnoduchou napěťovou rovnicí U vst = x U x, z čhož vyplývá, ž modifikac obvodových matic bud násldující []: provd s vynulování řádků matic odpovídajících proudovým koficintům vstupního uzlu x: Y (x **, k) = C (i **, k) = 0, k =,,, n, Y (x **, k) = C (i **, k) = 0, k =,,, n. provd s dosazní jdničk do vynulovaných řádků admitančních matic na pozic odpovídající napěťovým koficintům vstupního uzlu x: Y (x **, x * ) =, Y (x **, x * ) =

30 4.6 Příklad sstavní obvodových matic V této části j na obvodu filtru typu dolní propust na obr. 9 ukázán algoritmus tvorby obvodových matic. Pro tuto ukázku jsou uvažovány idální spínač a oprační zsilovač s standardní kmitočtovou charaktristikou s paramtry A 0, ω T a R 0. J tdy zřjmé, ž proběhn pouz jdiná transformac díky spínačům s nulovým odporm v spnutém stavu. Dál j patrné, ž koficinty každého uzlu budou shodné a nní třba j rozlišovat []. Výsldk rdukc proměnných j zachycn v tab.. Obvodové matic budou co do zápisu téměř symtrické. Na obr. 0 j ukázán zápis pasivních prvků R a C vzorového obvodu do admitanční Y a přchodové C matic. Zbylé dvě matic si lz přdstavit tak, ž v matici Y s zamění f za f a v matici C s zamění T za T. Na dalším obrázku (obr. ) jsou matic z obr. 0 doplněny o zápis aktivních prvků obvodu, v tomto případě dvou opračních zsilovačů OZ a OZ. Na posldním obrázku (obr. ) této části j pak ukázán vliv budícího zdroj napětí (připojný k uzlu ) na obvodové matic. Nvyplněná pol v matici obsahují hodnotu 0. R C R + - OZ C 3 OZ 9 0 C C C 5 5 Obr. 9: Spínaný filtr typu dolní propust []

31 Tab. : Rdukc proměnných. Uzl Koficinty po transformaci spínači Fáz Fáz Uzl Koficinty po transformaci spínači Fáz Fáz G f - G f - G f (G + G )f + C 3 - G f C + C 4 C G f G f + C 5 - C C 5 C + C 5 - C 5 C 4 - C C + C C -st (C 4 C ) -st - C 4 -st 3 C 5 -st - C 5 -st 4 - C 5 -st (C 5 C ) -st 5 - C 4 -st C -st (C 4 C ) -st Obr. 0: Zápis pasivních prvků R a C do admitanční Y (horní) a přchodové C (spodní) obvodové matic

32 G f - G f - G f (G + G )f + C 3 - G f C + C 4 C G f G f + C 5 + f R 0 - C 5 - f R C 5 C + C 5 - C 5 C 4 - C C + C 4 + f R 0 - f R ω T f ω T f +ω T f /A OZ - ω T f ω T f +ω T f /A OZ - C -st (C 4 C ) -st - C 4 -st 3 4 C 5 -st - C 5 -st 4 - C -st 5 5 (C 5 C ) -st C -st 6 - C -st (C 4 C ) -st - -st OZ - -st OZ OZ OZ Obr. : Zápis pasivních prvků R a C a aktivních prvků OZ do admitanční Y (horní) a přchodové C (spodní) obvodové matic

33 - G f (G + G )f + C 3 - G f C + C 4 C G f G f +C 5 + f R 0 - C 5 - f R C 5 C + C 5 - C 5 C 4 - C C + C 4 + f R 0 - f R ω T f ω T f +ω T f /A OZ - ω T f ω T f +ω T f /A OZ - C -st (C 4 C ) -st - C 4 -st 3 4 C 5 -st - C 5 -st 4 - C -st 5 5 (C 5 C ) -st C -st 6 - C -st (C 4 C ) -st - -st OZ - -st OZ OZ OZ Obr. : Vliv budícího zdroj napětí na obvodové matic

34 5 Program CIRNA Program pro analýzu obvodů vznikl postupným rozšiřováním původního koncptu, ktrý měl za úkol rozpoznat jdnotlivé součástky v modifikovaném ntlistu. Postupm času byl tnto koncpt upravován tak, aby zrdukoval počt obvodových rovnic a sstavil admitanční matic pro obě fáz a přchodové matic popisující děj mzi těmito fázmi. Takto zpracovaný obvod byl začlněn do dalšího zdrojového kódu a uložn do souboru, ktrý lz spouštět programm ATLAB. Zdrojový kód obsažný v výstupním souboru programu CIRNA obsahoval syntax pro dopočítání hodnot kmitočtové charaktristiky analyzovaného obvodu. Při dalším vývoji programu byla snaha osamostatnit program od dalších aplikací a začlnit vškré algoritmy analýzy obvodu do jdiného programu, na jhož výstupu by byly vykrslny kmitočtové charaktristiky. Vzhldm k obtížnosti ralizac složitých matmatických oprací v programovacím jazyc C++ byla v průběhu tvorby prác změněna tori výpočtu kmitočtových charaktristik a oproti široc zaměřnému původnímu koncptu současné algoritmy obsažné v programu jsou omzny na obvody, ktré obsahují násldující součástky: idální i rálné spínač, pasivní prvky R, L a C, jdnotkové zsilovač, idální oprační zsilovač a oprační zsilovač s jdním kmitočtm lomu. Program umožňuj njn načítat přdm připravný popis obvodu, al j možno tnto popis ditovat, upravovat a samozřjmě si jj i uložit. Také výstup z programu j možné uložit do podoby vstupního souboru programu ATLAB k pozdějšímu vyvolání výsldků analýzy. Ačkoliv program na konci analýzy obvodu vykrslí kmitočtové charaktristiky obvodu, numožňuj tyto charaktristiky zálohovat do vlastní paměti a později j znovu vykrslit

35 Obr. 3: Úvodní vzhld okna po spuštění programu CIRNA.

36 5. Uživatlské prostřdí Program j uživatlsky vlic intuitivní a obsahuj řadu oštřní, ktrá pohlídají, aby uživatl vyplnil potřbná data pro analýzu obvodu. Po spuštění programu j vzhld okna programu vlmi podobný tomu, ktrý j vidět na obr. 3 (pro lpší názornost popisu jsou viditlné na tomto obrázku vškré ovládací prvky). Hlavní okno programu lz rozdělit do několika částí. Vstupní částí programu j vlké txtové pol v lvé horní části nadpsané nápism NtList, ktré obsahuj popis analyzovaného obvodu vytvořného na základě syntaxí popsaných v kapitol. Vlkou část okna programu tvoří sznamy součástk, ktré jsou obsažné v našm popisu obvodu. Každý sznam j nadpsán příslušným názvm součástky, za ktrým j uvdn začátk jjího zápisu v ntlistu, což můž pomoci při dodatčné úpravě nbo psaní popisu obvodu přímo v programu CIRNA. Nad každým sznamm j i pro informaci uvdn počt nalzných součástk daného typu. V případě, ž ntlist obsahuj syntax, ktré program nrozpozná, jsou tyto syntax uvdny v pravém horním rohu v txtovém bloku nadpsaném Ostatní. Pod tímto blokm j posldní txtové pol obsahující výstupní soubor, ktrý obsahuj tři matic zapsané v syntaxi programu ATLAB a j tdy možno tyto matic přímo kopírovat do spuštěného programu ATLAB. Jdná s o matici frq, ktrá obsahuj hodnoty frkvncí, pro ktré byly vypočítány hodnoty amplitudové (matic db ) a fázové (matic ph ) charaktristiky. Posldní a njdůlžitější část programu s nachází mzi výš zmíněnými txtovými poli uprostřd horní poloviny okna. Tato ovládací část bud popsána v násldující podkapitol. 5. Ovládání programu Analýza obvodu j i v dnšní době časově náročná a program j tdy navržn tak, aby uživatl mohl jho hlavní části výpočtu kontrolovat. Pro běžného uživatl j zobrazna pouz první záložka Program, al j možné aktivovat další záložky, v nichž j možné vidět transformaci uzlů, náhld submatic nbo suprmatici. Na základě této koncpc musí uživatl udělat o pár kliknutí při analýz navíc. Další výhodou této koncpc j možnost průběžně měnit vškré zadávané paramtry aniž by program průběžně vypočítával výstupní charaktristiky a zdržoval tak uživatl

37 5.. Načtní vstupních dat Vstupní data mohou být obsažna v klasickém txtovém souboru s příponou.txt nbo v formátu souboru PSpic s příponou.cir. Načtní vstupních dat lz provést přs standardní rolovací mnu vlvo nahoř Soubor Otvřít a v dialogovém okně s vybr daný soubor a potvrdím stiskm tlačítka Otvřít. Obsah souboru s vpíš do txtového pol nadpsaného ntlist, kd j možné ručně doladit syntax, popřípadě upravit popis obvodu. 5.. Analýza obvodu Uprostřd horní poloviny okna j místo, kd jsou postupně nabízna uživatli k stisku tlačítka spouštějící jdnotlivé hlavní kroky analýzy. Pokud j načtn popis obvodu j možné stisknout tlačítko Roztřiď. Po jho stisku jsou zaplněny sznamy součástkami obsažnými v popisu obvodu a j možné stisknout další tlačítko Transformuj. Jho stisknutím program provd nalzní nzávislých branových vličin, přčísluj uzly obvodu a umožní stisk tlačítka Obvodové matic. Po sstavní obvodových matic s v řídící části programu spolu s posldním potvrzujícím tlačítkm Dopočítj a vykrsli v rozsahu objví několik polí, ktré j nutné vyplnit pro dokonční analýzy obvodu, obr. 3. Program vyžaduj zadání: čísla vstupního a výstupního uzlu, fáz, v ktré bud obvod buzn (lz budit v obou fázích) fáz výstupního uzlu střídu D a spínací kmitočt f s, rozsah frkvncí, v níž jsou počítány hodnoty kmitočtových charaktristik, počt hodnot na dkádu rozsahu. Obr. 3: Ovládací panl vyžadující zadání paramtrů pro dokonční analýzy obvodu

38 5.. Ovládací prvky okna s kmitočtovou charaktristikou Po dokonční analýzy, tdy po stisknutí tlačítka Dopočítj a vykrsli v rozsahu, s po každé vytvoří nové okno s amplitudovou a fázovou charaktristikou obr. 4. U tohoto okna j možné měnit jho rozměry, tak jak j každý zvyklý z prostřdí Windows. Dál j možné kliknutím na plochu grafu a tažním kurzoru směrm doprava dolů vybrat část charaktristiky, ktrá bud zvětšna. Opačným pohybm po kliknutí s graf vrátí do původního stavu. Obr. 4: Příklad okna s kmitočtovou charaktristikou. 5.. Uložní vstupních a výstupních dat Uložní popisu obvodu j možné přs horní mnu volbou Soubor Uložit NtList, kdy s otvř dialogové okno vyzívající k zadání názvu souboru a k výběru přípony souboru (v tomto případě *.cir nbo *.txt). Podobný postup j pro uložní matic s vypočítanými hodnotami. V horním mnu s vybr volba Soubor Uložit soubor a opět s otvř dialogové okno vyzívající k zadání názvu souboru a k výběru přípony souboru (v tomto případě *.m nbo *.txt)

39 6 Implmntac tori do programu Zdrojový kód programu j značně obsáhlý a pro případ rozšiřování možností programu bud v této části uvdn přhld vytvořných tříd, mtod a funkcí a u něktrých z nich popsán podrobněji clý algoritmus. 6. Komplxní čísla Většina výpočtů programu j v komplxní rovině. Pro tyto výpočty j vytvořna nová struktura FComplx, ktrá s skládá z dvou částí: rálné a imaginární části hodnoty komplxního čísla. typdf struct FCOPLEX {doubl r,i;} fcomplx; 6. Funkc s komplxními čísly Tyto funkc zajišťují základní výpočty s komplxními čísly, tdy s strukturou FComplx. zi těmito funkcmi s nachází i něktré často opakované výpočty s komplxními čísly. Complx Funkc naplní strukturu FComplx, čímž vytvoří komplxní číslo. Jako vstupní paramtry přijímá dvě číslné proměnné typu doubl. První hodnota j hodnota rálné části komplxního čísla a druhá hodnota j hodnota imaginární části komplxního čísla. Funkc vrací hodnotu fcomplx. fcomplx Complx(doubl r, doubl im) Cadd Funkc sčt dvě komplxní čísla. Jako vstupní paramtry přijímá dvě hodnoty typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx Cadd(fcomplx a, fcomplx b) Csub Funkc odčt dvě komplxní čísla. Jako vstupní paramtry přijímá dvě hodnoty typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx Csub(fcomplx a, fcomplx b)

40 Cmul Funkc vynásobí dvě komplxní čísla. Jako vstupní paramtry přijímá dvě hodnoty typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx Cmul(fcomplx a, fcomplx b) Cdiv Funkc vydělí dvě komplxní čísla. Jako vstupní paramtry přijímá dvě hodnoty typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx Cdiv(fcomplx a, fcomplx b) Conjg Funkc vypočítá číslo komplxně sdružné k zadanému vstupnímu paramtru. Vstupní paramtr j typu komplx a výsldk j opět typu fcomplx. fcomplx Conjg(fcomplx z) Cabs Funkc vypočítá absolutní hodnotu komplxního čísla. Vstupní paramtr j typu fcomplx a výstupní hodnota typu doubl. doubl Cabs(fcomplx z) Csqrt Funkc vypočítá druhou odmocninu komplxního čísla. Vstupní paramtr j typu fcomplx a stjně tak i návratová hodnota j typu fcomplx. fcomplx Csqrt(fcomplx z) RCadd Funkc přičt rálné číslo k komplxnímu číslu. Jako vstupní paramtry přijímá dvě hodnoty: rálné číslo typu float a komplxní číslo typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx RCadd(float x, fcomplx a) RCmull Funkc vynásobí rálným číslm komplxní číslo. Jako vstupní paramtry přijímá dvě hodnoty: rálné číslo typu float a komplxní číslo typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx RCmul(float x, fcomplx a)

41 RCDiv Funkc vydělí rálné číslo komplxním číslm. Jako vstupní paramtry přijímá dvě hodnoty: rálné číslo typu float a komplxní číslo typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx RCDiv(float a, fcomplx b) ondivc Spciální případ funkc RCDiv, ktrý j vlmi často využíván při tvorbě matic. Funkc vypočítá přvrácnou hodnotu komplxního čísla. Jako vstupní paramtry přijímá komplxní číslo typu fcomplx a vrací hodnotu typu fcomplx. fcomplx ondivc(fcomplx a) 6.3 atic komplxních čísl TComplxArray Vškré hodnoty součástk s zapisují výš popsaným způsobm do matic, s ktrými s dál provádějí výpočty vdoucí k výsldku analýzy. Pro tyto účly byla vytvořna třída TComplxArray. Tato třída má vřjný konstruktor, ktrý má dva argumnty typu intgr, z nichž první určuj počt sloupců a druhý počt řádků této matic. TComplxArray(int AColCount, int ARowCount); 6.4 tody třídy TComplxArray Náslduj výpis počítání matic s komplxními čísly mtod třídy TComplxArray s krátkým popism. Orintac v matici probíhá oproti běžným zvyklostm od nultého sloupc a nultého řádku, nboť při programování s uvažuj první hodnota nula na rozdíl od běžné jdničky. GtRowCount toda vrací počt řádků komplxní matic. GtColCount toda vrací počt řádků komplxní matic. int GtRowCount(); int GtColCount(); - 4 -

42 GtColumn toda vrací daný sloupc matic. Vstupní paramtr určuj číslo sloupc matic. Výstupm j vktor komplxních čísl. TList* GtColumn(int AColIndx); GtItm toda vrací danou hodnotu matic. Vstupní paramtry určují pozici hodnoty, první číslo sloupc a druhé číslo řádk matic. Výstupní hodnota j komplxní číslo v struktuř fcomplx. fcomplx GtItm(int AColIndx, int ARowIndx); StItm toda zapíš komplxní číslo do matic na danou pozici. První vstupní paramtr určuj číslo sloupc a druhé číslo řádku matic, na ktrý má být třtí vstupní paramtr (hodnota komplxního čísla typu fcomplx) zapsán. void StItm(int AColIndx, int ARowIndx, fcomplx NwItm); StItmRIm Obdoba mtody StItm umožňuj zapsat přímo rálnou a imaginární část komplxního čísla do matic na danou pozici. První vstupní paramtr určuj číslo sloupc a druhé číslo řádku matic, na ktrý mají být zapsány třtí (hodnota rálné části komplxního čísla typu doubl) a čtvrtý (hodnota imaginární části komplxního čísla typu doubl) vstupní paramtr. void StItmRIm(int AColIndx, int ARowIndx, doubl compr, doubl compim); StItmSum toda přičt komplxní číslo k číslu v dané pozici matic. První vstupní paramtr určuj číslo sloupc a druhé číslo řádku matic, na ktrý má být třtí vstupní paramtr (hodnota komplxního čísla typu fcomplx) zapsán. void StItmSum(int AColIndx, int ARowIndx, fcomplx NwItm); - 4 -

43 StItmSumRIm Obdoba mtody StItmSum umožňuj přičíst přímo rálnou a imaginární část komplxního čísla k číslu v dané pozici matic. První vstupní paramtr určuj číslo sloupc a druhé číslo řádku matic, na ktrý mají být zapsány třtí (hodnota rálné části komplxního čísla typu doubl) a čtvrtý (hodnota imaginární části komplxního čísla typu doubl) vstupní paramtr. NullAll toda vynuluj matici. NullCol void StItmSumRIm(int AColIndx, int ARowIndx, doubl compr, doubl compim); void NullAll(); toda vynuluj zvolný sloupc matic. toda vyžaduj zadání vstupního paramtru typu intgr udávajícího pozici sloupc v matici (číslováno od 0). void NullCol(int AColIndx); NullRow toda vynuluj zvolný řádk matic. toda vyžaduj zadání vstupního paramtru typu intgr udávajícího pozici řádku v matici (číslováno od 0). void NullRow(int ARowIndx); OnsAll toda vyplní matici komplxní hodnotou +i. void OnsAll(); OnsDiag toda vyplní hlavní diagonálu matic komplxní hodnotou +i. void OnsDiag(); ulnum toda vynásobí matici hodnotou komplxního čísla. toda vyžaduj zadání vstupního paramtru typu fcomplx udávajícího násobitl. void ulnum(fcomplx AValu);

44 DivlNum toda vydělí matici hodnotou komplxního čísla. toda vyžaduj zadání vstupního paramtru typu fcomplx udávajícího dělitl. void DivNum(fcomplx AValu); Trac toda vypočítá stopu matic. Návratová hodnota mtody j typu fcomplx. fcomplx Trac(); Plusat toda přičt k matici matici třídy TComplxArray. Pokud jsou splněny podmínky pro sčítání matic a mtoda proběhn, vrací hodnotu, v opačném případě hodnotu 0. int Plusat(TComplxArray* Aatrix); ulat toda vynásobí matici maticí třídy TComplxArray. Pokud jsou splněny podmínky pro násobní matic a mtoda proběhn, vrací hodnotu TComplxArray. TComplxArray* ulat(tcomplxarray* Aatrix); ulatat toda vynásobí dvě matici maticí třídy TComplxArray, ktré jsou jjími vstupními paramtry. Pokud jsou splněny podmínky pro násobní matic a funkc proběhn, vrací hodnotu, v opačném případě hodnotu 0. int ulatat(tcomplxarray* AatrixA, TComplxArray* AatrixB); Luc Spciální mtoda, ktrá provd LU rozklad matic. Tato funkc byla přjata a upravna z [6] a j použita při výpočtu invrzní matic. void Luc(TComplxArray* Aatrix,TComplxArray* indx, int &d); Solvc Spciální mtoda, ktrá řší rovnici A. x = B, kd A a B jsou matic komplxních čísl a x j rálné číslo. Tato funkc byla přjata a upravna z [6] a j použita při výpočtu invrzní matic. void Solvc(TComplxArray* Aatrix, TComplxArray* indx,tcomplxarray* b);

45 Switch toda mění řádky za sloupc a naopak. Využívá s přdvším při změně vktoru na sloupcový vktor. void Switch(); Smallatrix toda ořž matici o první řádk a první sloupc. Využívá s při tvorbě suprmatic, kdy s admitanční a přchodové matic ořzávají o řádk a sloupc odpovídající rfrnčnímu uzlu. TComplxArray* Smallatrix(); StNullRowAndValuRIm toda vynuluj řádk matic a zapíš komplxní číslo na danou pozici matic. První vstupní paramtr určuj číslo sloupc a druhé číslo řádku matic, na ktrý má být třtí vstupní paramtr (hodnota komplxního čísla typu fcomplx) zapsán. Funkc automaticky nuluj řádk odpovídající číslu řádku, na ktrý j hodnota zapisována. void StNullRowAndValuRIm(int AColIndx, int ARowIndx, fcomplx AValu); toda umožňuj zadání i čtyř paramtrů. Potom posldní dvě hodnoty určují přímo rálnou a imaginární část komplxního čísla zapisovaného na pozici danou prvními dvěma paramtry. void StNullRowAndValuRIm(int AColIndx, int ARowIndx, doubl AValuR, doubl AValuIm); 6.5 Vktor komplxních matic TVctorComArray Třída TVctorComArray byla vytvořna pro numrické řšní Faddjvovi mtody, ktrá byla využita při řšní tori popsáné v bakalářské práci [4]. Tato třída slouží pro vytvořní vktoru, jhož hodnoty jsou komplxní matic typu TComplxArray. TVctorComArray(int ACount, int AColCount, int ARowCount); 6.6 tody třídy TVctorComArray Náslduj výpis počítání matic s komplxními čísly mtod třídy TComplxArray s krátkým popism. Orintac v matici probíhá oproti běžným zvyklostm od nultého sloupc a nultého řádku, nboť při programování s uvažuj první hodnota nula na rozdíl od běžné jdničky

46 Gtatrix toda vrací odkaz na komplxní matici typu TComplxArray na dané pozici vktoru určné vstupním paramtrm typu intgr. TComplxArray* Gtatrix(int AIndx); GtatrixCopy toda vrací komplxní matici typu TComplxArray na dané pozici vktoru určné vstupním paramtrm typu intgr. TComplxArray* GtatrixCopy(int AIndx); StatrixCopy toda zapíš komplxní matici typu TComplxArray na dané pozici vktoru určné vstupním paramtrm typu intgr. void StatrixCopy(int AIndx, TComplxArray* ANwatrix); GtVctorFromAll toda vrací vktor komplxních čísl typu TComplxArray. Vybr z každé matic jdnu komplxní hodnotu z pozic určné vstupními paramtry typu intgr. První určuj sloupc a druhý řádk matic. TComplxArray* GtVctorFromAll(int AColIndx, int ARowIndx); GtVctorFromAll toda vrací konkrétní komplxní číslo typu fcomplx z matic, jjíž pořadí j určno prvním vstupním paramtrm typu intgr (číslování probíhá od 0). Pozic v matici j určna dalšími vstupními paramtry typu intgr. První určuj sloupc a druhý řádk matic. fcomplx GtItm(int AIndx, int AColIndx, int ARowIndx); StItm toda zapíš konkrétní komplxní číslo typu fcomplx do matic, jjíž pořadí j určno prvním vstupním paramtrm typu intgr (číslování probíhá od 0). Pozic v matici j určna dalšími vstupními paramtry typu intgr. První určuj sloupc a druhý řádk matic. void StItm(int AIndx, int AColIndx, int ARowIndx, fcomplx NwItm);

47 StItmRIm toda zapíš hodnotu rálné a imaginární části komplxního čísla do matic, jjíž pořadí j určno prvním vstupním paramtrm typu intgr (číslování probíhá od 0). Pozic v matici j určna dalšími vstupními paramtry typu intgr. První určuj sloupc a druhý řádk matic. Posldní dva vstupní paramtry jsou hodnoty rálné a komplxní složky a jsou typu doubl. void StItmRIm(int AIndx, int AColIndx, int ARowIndx, doubl compr, doubl compim); 6.7 Obcná matic TStringArray Třída TStringArray byla vytvořna jako základ pro kontrolu sstavování matic a pro smisymbolickou analýzu. J to dvourozměrné pol řtězců. TStringArray(int AColCount, int ARowCount); 6.8 tody třídy TStringArray Třída obsahuj pouz dvě mtody, a sic pro načtní (mtoda GtItm) a zapsání (mtoda StItm) libovolné hodnoty v matici. GtItm toda vrací řtězc typu ansistring zapsaný na pozici dané vstupními paramtry mtody. První určuj sloupc a druhý řádk v matici. AnsiString GtItm(int AColIndx, int ARowIndx); StItm toda zapíš řtězc typu ansistring na pozici dané vstupními paramtry mtody. První určuj sloupc a druhý řádk v matici, třtí paramtr pak obsahuj vkládaný řtězc. void StItm(int AColIndx, int ARowIndx, AnsiString NwItm);

48 6.9 Sznam uzlů v obvodu TElNodItm V torii byla naznačna tortická pác s uzly. V skutčnosti j v programu vytvořn sznam vškrých uzlů, kd každému uzlu obvodu j přiřazn indx. Tnto indx dál nahrazuj v sznamch jdnotlivých součástk jména uzlů. Vzhldm k této substituci j pak možné provést vškrou rdukci nzávislých branových vličin pouz prací s touto strukturou TElNodItm, aniž by program zpracovával další zbytčná data. typdf struct TElNodItm { int ID; ShortString Nam; int odau; int odai; int odbu; int odbi; } TFElNodItm; 6.0 Prác programu s uzly obvodu Njprv j dklarován nový sznam uzlů, kd jdnotlivé řádky odpovídají konkrétnímu uzlu obvodu. V každém řádku j zapsáno šst údajů: ) pořadové číslo (indx), ) názv uzlu, 3) napěťový koficint uzlu v fázi, 4) proudový koficint uzlu v fázi, 5) napěťový koficint uzlu v fázi, 6) proudový koficint uzlu v fázi 3. Algoritmus plnění sznamu sstává z postupného prohldávání sznamu součástk a zapisování nových nznámých uzlů, přičmž každý řádk j vyplněn číslnými hodnotami názvu uzlu. Takto vytvořný sznam uzlů j připravn pro násldující transformac Transformac působním spínačů U tohoto typu transformac j využito skutčnosti, ž napěťové i proudové koficinty jsou shodné. Uvažují-li s idální spínač s nulovým odporm v spnutém stavu, pak při zjištění spojní dvou uzlů s v dané fázi nahradí napěťový a proudový koficint u uzlu s vyšším číslm nižší číslnou hodnotou uzlu. Názorně tdy pokud j zjištěno spojní v fázi uzlů x a y, pak program provd násldující úkony: ) z sznamu uzlů si pro uzly načt hodnoty a x * a a y **, ) porovná koficinty a x * a a y ** mzi sbou 3) přpíš všchny koficinty u uzlu s vyšší hodnotou koficintu nižší hodnotou

49 4) projd ostatní a* uzlů a pokud s shodují s přpisovaným uzlm a nahradí j novou hodnotou. Tímto postupm j zajištěna správnost transformac i po vícnásobné transformaci Vynchání npřipojných uzlů Tato transformac přiřadí každému uzlu hodnoty koficintů rfrnčního uzlu, pokud j v dané fázi uzl vlivm spínání izolován. Program tdy postupně prochází sznam uzlů a porovnává jjich spojní v dané fázi s pasivními a aktivními prvky obvodu. V případě nalzní prvního spojní uzlu s součástkou, program přchází na další uzl Transformac vlivm nrgulárních prvků V programu jsou začlněny dvě součástky, ktré rdukují počt branových vličin. Jsou to tyto dva typy nrgulárních prvků: idální difrnční oprační zsilovač (IDOZ) idální zsilovač napětí s jdnotkovým zsílním (BUFFER). Uvažuj-li s idální difrnční oprační zsilovač s vstupními svorkami x a y a výstupní z, pak proběhnou násldující transformac: ) a* a b* vstupních svork x a y s přpíš stjně jako u transformac spínačů, ) a z ** a b z ** výstupní svorky s přpíš na 0. Obsahuj-li obvod idální zsilovač napětí s jdnotkovým zsílním, ktrý má vstupní svorku x a výstupní svorku y, pak proběhnou podobné transformac jako v přdchozím případě: ) a* a b* vstupní a výstupní svorky s přpíš stjně jako u transformac spínačů, ) a z ** a b z ** výstupní svorky s přpíš na Vzstupné přčíslování koficintů Program prochází sznam uzlů a postupně přpisuj každý sloupc koficintů tak, ž prvnímu nnulovému koficintu přiřadí hodnotu a dalšímu novému přiřadí hodnotu o jdna větší. Vyskytuj-li s něktrý koficint v matici víckrát, j mu též přiřazna stjná hodnota jako prvnímu přpsanému

50 6. Funkc pracující s strukturou TElNodItm Výš zmíněná algoritmizac rdukc branových vličin j provdna za pomocí násldujících funkcí. Count toda vrací počt uzlů nalzných v obvodě. Tato hodnota j typu intgr. int Count(void); Add toda přidá uzl na konc sznamu uzlů a vrací jho indx. int Add(TElNodItm Itm); ComparAdd toda hldá uzl podl jména v sznamu postupným procházním sznamu a porovnáváním názvu uzlu s názvy uzlů v sznamu. Pokud uzl nnajd, přidá jj na konc sznamu. Funkc vrací pozici uzlu v sznamu (indx). int ComparAdd(ShortString Nam); GtItm toda načt informac o uzlu zadaného indxm v sznamu. TElNodItm GtItm(int Indx); StItm toda zapíš informac o uzlu zadaného indxm do sznamu. void StItm(int Indx, TElNodItm); IndxOfID toda zjistí indx uzlu podl názvu uzlu. int IndxOfNam(ShortString ANam);

51 6. Sznamy součástk v obvodu V torii byl popsán způsob prác s jdnotlivými součástkami v obvodu. Pro rozdělní součástk bylo vytvořno několik struktur. Něktré jsou pro určité součástky stjné, a tdy pro lpší orintaci v zdrojovém kódu, j zd uvdn sznam struktur s popism, pro ktré součástky j daná struktura používána. Plus u každé struktury jsou přiložny funkc pro zápis a načtní součástky. Zdrojový kód j v tomto případě vlic intuitivní co do významu jdnotlivých částí, a proto v této části njsou rozpsány jdnotlivé části struktur ani zd njsou uvdny popisy funkcí plnících/načítajících položky sznamu součástk. Struktura pro práci s odpory a kondnzátory typdf struct TElPartItm { ShortString Nam; //Názv součástky ShortString Valu; //hodnota součástky int Input; //vstupní uzl int Output; //výstupní uzl } TFElPartItm; int Count(void); //počt součástk int Add(TElPartItm Itm); //přidání součástky TElPartItm GtItm(int Indx); //načtní součástky void StItm(int Indx, TElPartItm Itm); //přpis součástky Struktura pro práci s cívkami typdf struct TElPartItmL { ShortString Nam; //Názv součástky ShortString ValuLs; //hodnota L součástky ShortString ValuRs; //hodnota R součástky int Input; //vstupní uzl int Output; //výstupní uzl } TElPartItmL; int Count(void); //počt součástk int Add(TElPartItmL Itm); //přidání součástky TElPartItmL GtItm(int Indx); //načtní součástky void StItm(int Indx, TElPartItmL Itm); //přpis součástky - 5 -

52 Struktura pro práci s jdnotkovými zsilovači (BUFFER) typdf struct TElPartItmB { ShortString Nam; //Názv součástky int Input; //vstupní uzl int Output; //výstupní uzl } TElPartItmB; int Count(void); //počt součástk int Add(TElPartItmB Itm); //přidání součástky TElPartItmB GtItm(int Indx); //načtní součástky void StItm(int Indx, TElPartItmB Itm); //přpis součástky Struktura pro práci s spínači typdf struct TElPartItmS { ShortString Nam; //Názv součástky ShortString Valu; //fáz spnutí součástky ShortString ValuR; //hodnota R v spnutém stavu int Input; //vstupní uzl int Output; //výstupní uzl } TElPartItmS; int Count(void); //počt součástk int Add(TElPartItmS Itm); //přidání součástky TElPartItmS GtItm(int Indx); //načtní součástky void StItm(int Indx, TElPartItmS Itm); //přpis součástky Struktura pro práci s vzájmnou indukčností typdf struct TElPartItm { ShortString Nam; //Názv součástky ShortString ValuL; //hodnota L ShortString ValuL; //hodnota L ShortString ValuR; //hodnota R ShortString ValuR; //hodnota R int InputA; //vstupní uzl A int OutputB; //výstupní uzl B int InputC; //vstupní uzl C int OutputD; //výstupní uzl D } TElPartItm; - 5 -

53 int Count(void); //počt součástk int Add(TElPartItm Itm); //přidání součástky TElPartItm GtItm(int Indx); //načtní součástky void StItm(int Indx, TElPartItm Itm); //přpis součástky Struktura pro práci s idálními opračními zsilovači (IDOZ) typdf struct TElIDOZItm { ShortString Nam; //Názv součástky int Input; //vstupní uzl int Output; //výstupní uzl } TElIDOZItm; int Count(void); //počt součástk int Add(TElIDOZItm Itm); //přidání součástky TElIDOZItm GtItm(int Indx); //načtní součástky void StItm(int Indx, TElIDOZItm Itm); //přpis součástky Struktura pro práci s opračními zsilovači typdf struct TElAOItm { ShortString Nam; //Názv součástky ShortString ValuA; //hodnota A ShortString ValuFt; //hodnota Ft ShortString ValuRout; //hodnota Rout int InputA; //vstupní uzl A int InputB; //vstupní uzl B int Output; //výstupní uzl } TElAOItm; int Count(void); //počt součástk int Add(TElAOItm Itm); //přidání součástky TElAOItm GtItm(int Indx); //načtní součástky void StItm(int Indx, TElAOItm Itm); //přpis součástky 6.3 Výpočt invrzní matic Výpočt invrzní matic j vzhldm k zvolnému způsobu řšní analýzy obvodů njnáročnější na výpočtní čas. Tato funkc byla přvzata z [6] stjně jako funkc LUC a SOLVEC a j u ní dbáno na maximální minimalizaci výpočtních úkonů. Zdrojový kód funkc j násldující

54 TComplxArray* Invat(TComplxArray* y, int t, int dlni) { int n = y->gtcolcount(); TComplxArray* indx = nw TComplxArray(n,); int d = ; TComplxArray* col = nw TComplxArray(n,); TComplxArray* invmat = nw TComplxArray(n,n); TComplxArray* matpom = nw TComplxArray(n,n); for (int j=0;j<n;j++) { for(int k=0;k<n;k++) { matpom->stitmrim(k,j, y->gtitm(k,j).r, y->gtitm(k,j).i); } } matpom->luc(matpom,indx,d); for (int j=0;j<n;j++) { col->nullall(); col->stitmrim(j,0,.0,0.0); matpom->solvc(matpom,indx,col); for (int i=0;i<n;i++) invmat->stitm(j,i,col->gtitm(i,0)); } rturn invmat; } 6.4 Algoritmus získání hodnot kmitočtových charaktristik Algoritmus získání jdnotlivých hodnot kmitočtových charaktristik lz rozdělit do několika hlavních bodů: ) Oštřní smyslu výběru fáz vstupu a výstupu pro daný obvod. ) Nulování řádků v suprmatici. 3) Zápis vlikosti napětí budícího zdroj do suprmatic. 4) Výběr hodnoty z invrzní matic. Jlikož j tnto algoritmus značně obsáhlý a složitý, vškré přípustné varianty a jjich řšní jsou zpracovány v tab

55 Tab. 3:Algoritmizac nulování řádků a získání výstupních hodnot. Typ buzní Fáz výstupního uzlu Uzmněný vstupní uzl v fázi Uzmněný vstupní uzl v fázi Nulované řádky Pozic jdničky (sloupc, řádk) Pozic výsldku v invrzní matici (sloupc, řádk) Fáz Fáz Fáz NE ANO In a**, Out a* In a** In a*, In a** Fáz NE ANO In a**, Out b* Fáz NE NE In a**; In a*, In a**; In a**, Out a* Fáz NE NE In b** In b*, In b** In a**, Out b* Fáz ANO NE In b**, Out a* In b** In b*, In b** Fáz ANO NE In b**, Out b* Fáz NE NE In a**; In a*, In a**; In b**, Out a* Fáz NE NE In b** In b*, In b** In b**, Out b* Fáz ANO NE In b**, Out a* In b** In b*, In b** Fáz ANO NE In b**, Out b* Fáz NE ANO In a**, Out a* In a** In a*, In a** Fáz NE ANO In a**, Out b* Fáz a Fáz NE NE In a**, Out a* + In a**; In b** In a*, In a**; In b*, In b** In b**, Out a* In a**, Out b* Fáz NE NE + In b**, Out b* a* napěťový koficint v. spínací fázi, a** proudový koficint v. spínací fázi, b* napěťový koficint v. spínací fázi, b** proudový koficint v. spínací fázi

56 7 Praktické ukázky programu V této části prác j uvdn podrobný výpis jdnotlivých fází analýzy v programu. Jako vzorový příklad byl zvoln obvod Chbyshvova filtru typu dolní propust 5. řádu na obr. 5. Njprv musí být pro tnto obvod vytvořn popisný soubor obvodu. Z ntlistu j patrné, ž obvod lz rozdělit do tří hlavních částí a ž jsou uvažovány idální spínač a rálné oprační zsilovač s jdním kmitočtm lomu. NtList: Dolni propust 5.radu Chbyshv *Stag No. C 3 pf C 6 7 pf C pF OAp mg 00mg 0 S 0 on S off S3 3 0 on S4 3 4 off S5 6 0 on S6 6 4 off S6 7 0 on S7 7 5 off *Stag No. C 8 9 pf C 8 9.6pF C3 5 7.pF C pF C pF C pF C7 5 6 pf C8 3 pf OAp 0 0 mg 00mg 0 OAp mg 00mg 0 S 9 0 on S 9 5 off S3 8 0 on S4 8 0 off S5 5 0 on S6 5 off S7 6 0 on S ff S9 8 0 on S0 8 7 off S 9 0 on S 9 5 off S3 0 on S4 0 off S5 3 0 on S ff S7 0 0 on S8 0 7 off S9 0 on S0 4 off *Stag No. 3 C3 3.0pF C pF C pF C pF C pF C pF C pF C pf OAp mg 00mg 0 OAp mg 00mg 0 S3 3 0 on S3 3 4 off S33 0 on S34 4 off S on S off S on S off S on S off S3 6 0 on S3 6 3 off

57 Obr. 5: Dolní propust 5. řádu Chbyshv [7].

58 Po zadání výš zmíněného ntlistu do programu, obr. 6 a po stisknutí tlačítka Roztřiď, program vyplní příslušné sznamy (obr. 7, 8, 9, 0). Na každém obrázku j vidět, o jakou součástku s jdná a j zd uvdna i informac o počtu výskytu součástky v obvodu. Obrázk 0 ukazuj spciální pol, ktré obsahuj nrozznané syntax v popisném soubor obvodu. V tomto případě obsah nrozpoznal řádky rozčlňující ntlist do částí podl hlavních bloků obvodu. Obr. 6: Výstřižk z okna programu obsahující popisný soubor obvodu. Obr. 7: Výstřižk z okna programu obsahující sznam všch cívk v obvodu. Obr. 8: Výstřižk z okna programu obsahující sznam všch opračních zsilovačů v obvodu. Obr. 9: Výstřižk z okna programu obsahující sznam všch spínačů v obvodu

59 Obr. 0: Výstřižk z okna programu obsahující nrozpoznané syntax popisného souboru obvodu. Dalším kliknutím tntokrát na tlačítko Transformuj, program provd hldání nzávislých branových vličin, včtně vzstupného přčíslování uzlů. Na obr. j vidět výsk z skryté záložky Nzávislé uzly obvodu v programu, kd jsou rozpsány vškré potřbné věci pro rdukci počtu uzlů. Na zvýrazněném řádku na obrázku j vidět, ž obvod njvyšší číslo uzlu j 3 a ž vlivm algoritmů pro rdukci nzávislých branových vličin bud mít admitanční matic pro fázi rozměr 0 x 0 a pro fázi rozměr x. Tdy časová úspora výpočtu j v tomto příkladě víc nž 60%. Obr. : Výstřižk z skryté záložky programu obsahující finální stav uzlů obvodu po algoritmch hldajících nzávislé branové vličiny. Po stisku tlačítka Obvodové matic j vytvořna suprmatic pro analyzovaný obvod, ktrá vzhldm k své vlikosti zd nbud uvdna a v této ukázc s přjd přímo na zadání posldních paramtrů analýzy, jak j možné vidět na obr

60 Obr. : Výstřižk okna programu obsahující pol pro zadání nbo výběr paramtrů analýzy obvodu. Po zadání paramtrů a každém stisku tlačítka Dopočítj a vykrsli v rozsahu j otvřno nové okno (obr. 3), ktré obsahuj kmitočtové charaktristiky podl zadaných paramtrů na obr.. J také vyplněn blok pol soubor (obr. 4), kd j náhld matic výsldných hodnot analýzy, ktré lz odtud přímo nakopírovat do programu ATLAB, kd příkazm smilogx(frq,db) vykrslím smilogaritmický graf amplitudové charaktristiky (obr. 5) a příkazm smilogx(frq,ph) graf fázové charaktristiky (obr. 6). Obr. 3: Okno s kmitočtovou charaktristikou obvodu

61 Obr. 4: Výstřižk okna programu obsahující náhld výstupního souboru. Obr. 5: Výstřižk okna programu ATLAB obsahující amplitudovou charaktristiku. Obr. 6: Výstřižk okna programu ATLAB obsahující fázovou charaktristiku