电气工程软件-电气工程师数学软件

电气工程师数学软件

从短截线匹配和电路分析到传输线建模和半导体数学,Maple为电气工程师执行的各种分析提供了一个稳健、可审计的环境。

电气工程师数学软件的六个应用

电气工程师是一个独特的品种。他们的工作在数学上要求很高,并且经常面临挑战性的技术问题。Maplesoft了解这些挑战,他们在Maple中构建了一些功能来解决这些挑战,例如易于使用的数学引擎、对单元的支持、有影响力的可视化以及丰富的文档。考虑到这些强大的功能(以及更多),许多电气工程师使用Maple也就不足为奇了。在本视频中,我们将以6个具体应用程序为例,介绍电气工程师在Maple中执行的各种任务。这些例子包括:(1)使用传递函数进行电路分析;(2) MOSFET的等效电路模型;(3) 最坏情况电路分析;(4) 传输线上的短截线匹配;(5) 天线设计;(6) 数字信号处理。有关更多信息,请访问我们:http://www.maplesoft.com/products/maple/?ref=youtube

Maple有一个非常适合电气工程师的功能集

捕获设计意图


Maple文档将实时数学、文本、图像和绘图组合在一个文档中。实际上,Maple捕捉了分析和计算背后的固有假设和思维过程。

了解更多信息Maple的技术文档环境

高级符号和数字数学


Maple为数字和符号数学提供了实用的高级工具,数据分析、和编程这些工具是为简单和复杂的工程问题设计的。

  • 数值求解存根匹配方程
  • 符号化地操作电路分析产生的传递函数

符号和数字数学引擎无缝连接;参数、方程和计算可以在两者之间流动。这意味着您可以在单个内聚工作流中推导和数值计算公式。

此外,Maple的编程语言得益于交互式开发环境,可以使用任何Maple的高级数学工具。

  • 代码开发、调试和验证速度更快
  • 可以使用Maple的高级数学函数,以及
  • 更容易被人类阅读

减少单位计算风险


电气工程师遇到的几乎每一个量——无论是电阻、电压还是长度——都有一个单位。单元与Maple流体集成,可用于简单计算以及数值方程求解、优化和可视化。

伏:=5.2伏:
电流:=3.2A:
功率:=电流伏=16.64瓦

在计算中使用单位可以消除引入单位转换错误的风险,还可以检查方程的物理有效性。


Maple Flow徽标
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让我们向您展示如何使用Maple解决您的电气工程挑战。

电气工程应用和用户案例

应用程序示例

电路分析使用传递函数和拉普拉斯变换

您可以使用Maple根据Kirchoff的电流和电压定律推导和操作电路的传递函数。传递函数可以转换为微分方程或离散化,您可以轻松生成相位和幅值图。

传递函数可以包含符号系数;可以优化这些参数以匹配目标响应。

Maple包含许多功能,可以帮助您象征性地操作传递函数。其中包括:

  • 求解-重新排列传递函数和节点方程
  • 简化&将电路传递函数简化为最简洁的形式。
  • indets–识别方程组中的未知参数
  • eval–将数值替换为符号方程
  • Maple的免费SYRUP插件–将电路的类似网络列表的描述转换为传输函数
  • DynamicSystems–生成相位和幅度图

Maple的一个免费包允许您将SPICE网络列表转换为传输函数。这种转换可以在Maple的符号和数字数学环境中进行分析。例如,您可以进行交流和直流分析、生成相位和幅度图、重新排列特定参数的传递函数或将其转换为微分方程等。

阅读用户案例研究 糖浆调料电路

下载Maple应用程序 理想和非理想放大器的增益

应用程序示例

半导体器件的数学建模

半导体是一种复杂的器件,但Maple可以帮助您推导数学模型,以准确描述其特性。

MOSFET是智能手机和其他便携式设备等现代电子设备的关键组件。低功率MOSFETS对电源系统的切换至关重要。

使用Maple,您可以通过记录和处理基本关系,将MOSFETS的等效电路模型转换为分析方程。

例如,这些应用程序将帮助您模拟现代功率MOSFET中源电感和交叉传导的影响。

MOSFET栅电压方程的推导

应用程序示例

最坏情况电路分析

电气元件是大量生产的。材料和制造过程中的不一致意味着组件参数具有统计分布。也就是说,一批电阻器的电阻可以用正态分布来描述。

给定电路中元件的数量及其参数的分布,电路可能无法按规定执行。这是一个必须在设计过程早期识别、管理和缓解的风险。

电气工程师经常使用Maple进行最坏情况下的电路分析。您可以使用:

  • 蒙特卡罗分析,其中参数是从分布中随机选择的,电路模拟次数从1000次到100000次不等
    • 这使用了Maple的工具
      • 抽样概率分布
      • 用于快速数值计算的单元计算
      • 直方图的生成与统计分析
  • 或在所有电路元件的极值处计算电路方程
    • 这使用了Maple的工具
      • 生成参数排列
      • 单元计算

准备好后,您可以自动生成结果表,并用分析结果填充它,包括特定参数的条件着色。

下载Maple应用程序 蒙特卡罗模拟的最坏情况电路分析


下载Maple应用程序 电路的极值分析

应用程序示例

输电线路上的短截线匹配

射频和微波工程师通常需要将负载与传输线阻抗匹配。这称为存根匹配,涉及数值求解非线性方程组。

这需要强大的数值解算器,可以在fsolve中找到。这取代了使用史密斯图表的传统方法

这些问题中的参数通常有尺寸(例如,电阻以欧姆为单位,距离以米为单位等)。Maple可以将单位从参数定义带到方程的最终数值解。

下载Maple应用程序 输电线路的单端匹配


应用程序示例

天线和雷达设计

天线和雷达设计的实践者使用Maple创建可执行的设计文档,以捕获其设计的空间、时间和频谱方面。文档可以包含设计所需的公式、编程和可视化。

设计文档可以部署到web或桌面上。

下载Maple应用程序 金字塔喇叭设计


应用程序示例

数字信号处理

Maple提供了许多用于分析和操作信号和图像的工具

  • 对不规则采样数据使用FFT、小波、Lomb-Scargle分析等
  • 可以对信号进行上采样或下采样,并通过插值填充缺失的间隙
  • 生成周期图、频谱图、相位和幅度图等
  • 导入和导出多种类型的数据,包括Excel、文本、音频和图像
  • 符号数学有助于理解卷积等概念
  • 具有单元意识的数值解算器可帮助您解决迭代问题,例如天线设计中出现的问题
  • 许多示例和应用程序供您探索
  • 在单个界面中执行分析并记录分析,然后部署到桌面和web

设计FIR滤波器并生成频谱图和周期图


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