Opis
Niniejsza monografia jest poświęcona metodom formalnego opisu układów elektronicznych i opartej na tym opisie komputerowej symulacji. W procesie projektowania i fabrykacji współczesnych układów scalonych symulacja komputerowa jest nieodzownym narzędziem wspomagającym. Początki jej rozwoju sięgają lat 70. ubiegłego stulecia, kiedy to w Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley prowadzono prace nad uniwersalnym symulatorem układów elektronicznych SPICE. On to stał się „ojcem” wszystkich później powstałych w wielu krajach programów do symulacji. Także w Polsce, w Politechnice Warszawskiej, w grupie koordynowanej przez autora tej monografii powstał symulator OPTIMA [1], rozprowadzany w kraju i zagranicą wraz z jego monografią o zasięgu międzynarodowym [14]. Dziś symulatory układów elektronicznych są przede wszystkim sprzedawane przez fi rmy jako część rozbudowanego, profesjonalnego oprogramowania, którym projektanci i adepci sztuki projektowania układów elektronicznych wspomagają się, nie wnikając w zasady, na których jego działanie jest oparte, podobnie jak większość użytkowników urządzeń i programów. Jednak uważamy, że w przypadku projektowania układów elektronicznych, projektanci powinni posiadać wiedzę na temat metod matematycznego ich opisu oraz zasad analizy, a więc wiedzę ogólną na temat zasad działania symulatorów. Monografia ta jest poświęcona właśnie tym zasadom. Jako monografia naukowa prezentuje ona treści podstawowe, które mogą być użyteczne w kształceniu studentów, przyszłych inżynierów oraz treści zaawansowane, oznaczone ***, które są kierowane do pracowników naukowych i osób zaawansowanych w tej dziedzinie.
Aby stworzyć opis matematyczny układu elektronicznego należy najpierw stworzyć modele jego elementów wraz z elementami pasożytniczymi. Modelowanie elementów stanowi odrębną dziedzinę. Fizyka dostarcza wiedzy na temat zjawisk w materiałach przewodzących. Są one jednak zbyt skomplikowane, by ich opis zastosować bezpośrednio do opisu układów elektronicznych. Praktycznie użyteczne modele elementów układów elektronicznych do symulacji powstają z równań przybliżonych, stanowiących kompromis między fizyczną dokładnością a złożonością obliczeniową. Niniejsza monografia przytacza tylko podstawowe, najbardziej rozpowszechnione modele elementów półprzewodnikowych, by na ich podstawie wprowadzić Czytelników w dziedzinę opisów matematycznych układów fizycznych. Opisy te mogą mieć postać równań algebraicznych, różniczkowych zwyczajnych lub cząstkowych, lub, co jest równoważne, sieci elektrycznej, czyli połączenia wyidealizowanych elementów elektronicznych.
Niniejsza monografia zajmuje się tylko układami o stałych skupionych, a więc takimi, w których długość fali sygnału zmiennego jest dużo większa od rozmiarów geometrycznych układu. Problematyka komputerowej analizy układów mikrofalowych stanowi dziedzinę odrębną i nie będzie tu poruszana. Ma ona zresztą w Polsce swoich specjalistów i swoje opracowania.
