Учебная программа Дисциплины 03 «Методы численного моделирования электростатических полей в теории электронных приборов»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Радиофизический факультет

Кафедра электроники

УТВЕРЖДАЮ

Декан радиофизического факультета
____________________Якимов А.В.

«18» мая 2011 г.

Учебная программа
Дисциплины М2.В4.03 «Методы численного моделирования электростатических полей

в теории электронных приборов»

Нижний Новгород

2011 г.

1. Цели и задачи дисциплины

Цель курса - сформировать у студентов современное представление об основных численных методах расчета полей в системах со сложным контуром границы расчетной области.

Дисциплина «Методы численного моделирования электростатических полей в теории электронных приборов» относится к дисциплинам по выбору студента вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика».

В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:

• 
  способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, защиты государственной тайны (ОК-l0);
  
• 
  способность к свободному владению знаниями фундаментальных разделов физики и радиофизики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своим профилем подготовки) (ПК-1);
  
• 
  способность к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-2);
  
• 
  способность использовать в своей научно-исследовательской деятельности знание современных проблем и новейших достижений физики и радиофизики (ПК-3);
  
• 
  способность самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики (в соответствии с профилем подготовки) и решать их с использованием современного оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-4).
  

В процессе изучения курса студенты должны освоить и изучить:

• 
  Основные идеи наиболее универсальных и популярных численных методов решения уравнений в частных производных;
  
• 
  Методику использования различных вариантов методов;
  
• 
  Достоинства и недостатки различных численных методов расчета полей, уметь выбрать тот или иной метод решения в зависимости от специфики решаемой задачи.
  

4.Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.

5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы дисциплины и виды занятий

5.2. Содержание разделов дисциплины

Предмет и задачи курса. Численное моделирование и его этапы. Разделы курса.

Требования к ЭОС приборов СВЧ электроники. Система уравнений электронного потока в ЭОС. Метод итераций. Метод трубок тока и проблема моделирования распределения плотности объемного заряда.

Сравнительная характеристика различных методов решения дифференциальных уравнений в частных производных.

Не предусмотрен.

7.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:

1. 
   Молоковский с.И., Сушков а.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. – Л.Энергия, ленингр. отделение, 1972, - 271 с.
   
2. 
   Ильин В.П. численные методы решения задач электрооптики. – Новосибирск: Наука, сиб. отд-ие, 1974 – 202 с.
   
3. 
   Корн Г. Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М, наука, 1978 – 831 с.
   
4. 
   Рошаль А.С. Моделирование заряженных пучков. Атомиздат, М.: 1979, 224 с.
   
5. 
   Норри д., Ж. де фриз. Введение в метод конечных элементов. М.Мир, 1981, 304 с.
   

б) дополнительная литература

1. 
   Ильин В.П. Голубцов Б.И. Автоматизация решения краевых задач для уравнения Пуассона. / под ред. Г.И.Марчука. - Новосибирск: Наука, сиб. отд-ие, 1969 – 51 с.
   

8. Вопросы для контроля

1. 
   Основные положения метода трубок тока.
   
2. 
   Методика сведения уравнений в частных производных к системе линейных алгебраических уравнений в методе сеток.
   
3. 
   Анализ геометрии области в методе сеток.
   
4. 
   Методы решения сеточных уравнений. Скорость сходимости методов.
   
5. 
   Основные понятия метода конечных элементов (конечный элемент, пробная функция, элементный вектор и т.д.).
   
6. 
   Методика использования метода конечных элементов в областях произвольной формы.
   
7. 
   Задание граничных условий в методе конечных элементов. Решение неоднородных уравнений.
   
8. 
   Методика получения системы линейных алгебраических уравнений большого порядка в методах интегральных уравнений и вспомогательных источников. Достоинства и недостатки методов.
   
9. 
   Сравнительная характеристика различных методов решения дифференциальных уравнений в частных производных.
   

9. Критерии оценок

10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки

Не предусмотрена.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по направлению 011800 «Радиофизика».

Автор программы_________________ Мануилов В.Н.

Программа рассмотрена на заседании кафедры 06 апреля 2011 года протокол № 4

Заведующий кафедрой __________________ Гапонов С.В.

Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года

протокол № 05/10