Обобщенная структура линейных электронных схем с дифференциальными операционными усилителями. Особенность структуры и свойств электронных устройств с безынерционными цепями обратной связи. Собственная компенсация частотных свойств активных элементов.
Аннотация к работе
Получение фундаментальных свойств линейных электронных схем, разработка на их основе методов структурного синтеза и оптимальной топологической реализации, обеспечивающих практическую параметрическую оптимизацию в пространстве параметров электрических компонент, предполагает предварительное исследование обобщенных структур. Под обобщенными структурами понимается совокупность базисных структур и цепей их связи, образующих полный граф. Это свойство обобщенных структур обеспечивает функциональную и схемотехническую полноту, которая гарантирует, что любое физически осуществимое решение конкретной задачи может быть получено из обобщенной структуры путем простейшего усечения. Анализируемая ниже обобщенная структура охватывает достаточно большой класс практически важных схем с RC-цепями второго и более высоких порядков (фильтры, корректоры и другие устройства частотной селекции), безынерционные электронные устройства (усилители, датчики и т.п.). Обобщенная структура описывается следующей матрично-векторной системой уравнений: (1)Для электронных усилителей и датчиков компоненты матриц и , векторов вещественны, поэтому соотношения (2)-(9) могут быть конкретизированы: , (12) где , ; Для управляемых схем вектор ui определяется из соотношения коэффициента передачи ненагруженного пассивного управителя. (22) является коэффициентом передачи усилителя, а (23) представляет собой приращение передаточной функции, вызванное влиянием площади усиления i-го АЭ. С учетом полученных соотношений передаточную функцию обобщенной структуры можно привести к следующему виду: (25) причем (26) электронный усилитель частотный операционный где ?2 - сумма попарных произведений ; ?3 - сумма аналогичных произведений по три. Анализ схем замещения существующих активных элементов показывает, что учесть влияние их дрейфа нуля и собственного шума можно подключением ко входу некоторого источника ei, моделирующего ЭДС смещения или спектральную плотность мощности собственного шума (рис.Влияние частотных свойств активных элементов на характеристики устройств различного назначения значительно определяет область их практического применения. В первом случае указанное выше влияние является следствием или «побочным продуктом» решения основной задачи - создания требуемой функциональной зависимости, во втором - в схему вводятся дополнительные активные элементы [16, 22], что не уменьшает активную чувствительность и увеличивает собственный шум схемы. Именно в этом случае уменьшается степень влияния активного элемента на характеристики и параметры всего устройства [3]. Соотношения (5а), (5б ) для i-го активного элемента можно интерпретировать сигнальным графом, изображенном на рис. Из рассмотрения векторного сигнального графа следует важный в теоретическом отношении вывод: изменение локальных передач и при фиксированной передаточной функции идеализированной схемы возможно тогда и только тогда, когда дифференциальный вход i-го активного элемента связывается с дополнительным входом схемы.Электронные усилители, датчики и преобразователи характеризуются частотонезависимой пассивной частью, поэтому локальные передачи являются вещественными и, следовательно, активная чувствительность (10) может быть минимизирована выполнением одного из условий Топологическую структуру алгебраического дополнения можно определить из известного правила Мэзона: (55) где - k-й путь от входа схемы к выходу i-го активного элемента; - алгебраическое дополнение к k-му пути; m - число сквозных путей. Учитывая, что , (56) а - является r-й комбинацией из q несоприкасающихся контуров, минимизация модуля дополнения возможна за счет применения контуров с положительным возвратным отношением и несоприкасающимися с указанным сквозным путем. Таким образом, выполнение структурных и параметрических условий минимизации при надлежащем выборе глубины общей обратной связи не сопровождается уменьшением реализуемого коэффициента передачи. Аналогично, введением дополнительного контура можно минимизировать влияние паразитных параметров первого каскада и, следовательно, получить структуру параметрически инвариантного усилителя или преобразователя.Выполненные исследования указывают на существование двух принципов собственной компенсации влияния параметров активных элементов на характеристики электронных устройств различного функционального назначения. Первый принцип базируется на введении в структуру дополнительных компенсирующих контуров обратных связей, которые не изменяют способы конструирования коэффициентов идеализированных передаточных функций и поэтому не влияют на верхний уровень динамического диапазона схемы. Создание компенсирующих контуров предполагает соединение дифференциального входа активного элемента с дополнительным входом схемы, обладающим определенными функциональными особенностями. Эти узлы можно рассматривать в качестве дополнительных входов схемы, когда условие (72) выполняется автоматически. В противном случае может оказаться необходимым введение в схему дополнительных активных элементов, обесп
План
Содержание
1. Обобщенная структура линейных электронных схем с дифференциальными операционными усилителями
2. Особенность обобщенной структуры и свойств электронных устройств с безынерционными цепями обратной связи
3. Собственная компенсация частотных свойств активных элементов
4. Особенности собственной компенсации в безынерционных схемах
5. Базовый алгоритм структурного синтеза схем с собственной компенсацией
6. Пример синтеза ARC-схемы с собственной компенсацией
7. Эффективность метода собственной компенсации при решении практических задач
Библиографический список
1. Обобщенная структура линейных электронных схем с дифференциальными операционными усилителями
Список литературы
1. Виляев, Л.Ю. Аналого-цифровой БМК «Рапира» и библиотека функциональных элементов на его основе [Текст] / Л.Ю. Виляев, Ю.Н. Владимиров, В.В. Полевиков, И.Н. Шагурин // Актуальные проблемы микроэлектроники и твердотельной электроники : труды IV Всерос. НТК с междунар. участием. - 2007. - С. 123-124.
2. Гадахабадзе, Н.Г. Оптимальное проектирование электронных схем методом -преобразований [Текст] / Н.Г. Гадахабадзе, Н.К. Джибладзе, В.К. Чичинадзе // Автоматика и телемеханика. - 2007. - № 4. - С. 86-94.
3. Гантмахер, Ф.Р. Теория матриц [Текст] / Ф.Р. Гантмахер. - М. : Наука, 2006. - 576 с.
4. Гехер, К. Теория чувствительности и допусков электронных цепей [Текст] / К. Гехер. - М. : Сов. радио, 2008. - 315 с.
5. Глориозов, Е.Л. Информационно-поисковая система для структурного синтеза логических электронных схем [Текст] / Е.Л. Глориозов // Радиоэлектроника. - 2006. - Т. 24, № 6. - С. 17-23.
6. Глориозов, Е.Л. Метод структурного схемотехнического синтеза электронных схем [Текст] / Е.Л. Глориозов // Радиоэлектроника. - 2009. - Т. 22, № 6. - С. 7-13.
8. Знаменский, А.Е. Активные RC-фильтры [Текст] / А.Е. Знаменский, И.Н. Теплюк. - М. : Связь, 2010. - 279 с.
9. Иванов, Ю.И. Увеличение гарантированного затухания в полосе задерживания RC-фильтров второго порядка [Текст] / Ю.И. Иванов // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники : сборник трудов МНПС. - Шахты, 2008. - С. 95-101.
11. Капустян, В.И. Активные RC-фильтры высокого порядка [Текст] / В.И. Капустян. - М. : Радио и связь, 2009. - 248 с.
12. Капустян, В.И. О возможности увеличения рабочих частот активных RC-фильтров на операционных усилителях [Текст] / В.И. Капустян, Н.Н. Савков // Избирательные системы с обратной связью. - 2008. - Вып. 4. - С. 62-65.
13. Квакернаак, Х. Линейные оптимальные системы управления [Текст] : пер. с англ. / Х. Квакернаак, Р. Сиван. - М. : Мир, 2007. - 650 с.
15. Красовский, А.А. Алгоритмические основы оптимальных адаптивных регуляторов нового класса [Текст] / А.А. Красовский // Автоматика и телемеханика. - 2006. - № 9. - С 104-116.
16. Крутчинский, С.Г. Активные R-фильтры СВЧ диапазона [Текст] / С.Г. Крутчинский, Е.И. Старченко, А.И. Гавлицкий // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники : труды 6-го Международного НПС. - 2007. - Ч. 1. - С. 126-133.
17. Крутчинский, С.Г. Аналого-цифровые интерфейсы микроконтроллерных адаптивных регуляторов циклического типа для объектов электроэнергетики [Текст] / С.Г. Крутчинский // Известия РАН. Автоматика и телемеханика. - 2006. - № 5. - С. 163-174.
18. Крутчинский, С.Г. Мультидифференциальные операционные усилители и прецизионная микросхемотехника [Текст] / С.Г. Крутчинский, Е.И. Старченко // Электроника и связь. - 2010. - № 20. - С. 37-45.
19. Крутчинский, С.Г. Мультидифференциальные операционные усилители. Особенности схемотехники и практического применения [Текст] / С.Г. Крутчинский, Е.И. Старченко // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники : труды 8-й Междунар. НТК, г. Таганрог, 14-19 сент. 2009 г.
20. Крутчинский, С.Г. Основы схемотехнического проектирования активных фильтров ВЧ и СВЧ диапазонов [Текст] / С.Г. Крутчинский // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники : труды 6-го Междунар. НПС. - 2007. - Ч. 1. - С. 120-125.
22. Крутчинский, С.Г. Расширение диапазона рабочих частот ограничителей спектра с низким дрейфом нуля [Текст] / С.Г. Крутчинский, Д.А. Щекин // Проблемы современной аналоговой микросхемотехники : сборник материалов Междунар. науч.-практ. семинара. - Шахты, 2008. - С. 83-89.
23. Крутчинский, С.Г. Расширение диапазона рабочих частот перестраиваемых ARC-устройств [Текст] / С.Г. Крутчинский // Радиоэлектроника. - № 11. - Т. 31. - С. 74-76.
24. Крутчинский, С.Г. Синтез структур аналоговых интерфейсных ус-ройств [Текст] / С.Г. Крутчинский // Электроника и связь. - 2010. - № 8. - Т. 2. - С. 320-324.
25. Крутчинский, С.Г. Синтез структур микроэлектронных устройств аналоговой обработки сигналов [Текст] / С.Г. Крутчинский // Проблемы физической и биомедицинской электроники : сборник докладов Междунар. НТК. - Киев, 2006.
26. Крутчинский, С.Г. Синтез структур прецизионных аналоговых устройств [Текст] / С.Г. Крутчинский // Теория и системы управления. - 2010. - № 6. - С. 164-172.
27. Крутчинский, С.Г. Собственная компенсация в электронных усилителях [Текст] / С.Г. Крутчинский, Н.Н. Прокопенко, Е.И. Старченко // Электроника и связь. - 2008. - № 21. - С. 85-91.