Багатоканальні активні фільтри з зворотнимі зв’язками для систем керування та контролю

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621. 372. 544

БАГАТОКАНАЛЬНІ АКТИВНІ ФІЛЬТРИ З ЗВОРОТНИМІ ЗВ'ЯЗКАМИ ДЛЯ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ТА КОНТРОЛЮ

Спеціальність 05.13.05 - Елементи та пристрої

обчислювальної техніки та систем керування

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дорошук Олексій Вадимович

Одеса - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, чл.-кор. АПН України Малахов Валерій Павлович, зав. кафедрою Комп'ютерних систем Одеського державного політехнічногоуніверситету.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шарапов Валерій Михайлович, зав. кафедрою Комп'ютеризованих інформаційних технологій у приладобудуванні Черкаського інженерно-технологічного інституту

кандидат технічних наук, доцент Мещеряков Володимир Іванович, зав. кафедрою Систем автоматизованого проектування Одеської державної академії холоду

Провідна установа: Національний технічний університет “Харьківський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться __30 травня__ 2001 р. о _13³⁰_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 в Одеському державному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського державного політехнічного університету за адресою: м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

Автореферат розісланий “25” квітня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Ямпольський Ю.С.

АНОТАЦІЇ

Дорошук О.В. Багатоканальні активні фільтри з зворотними зв'язками для систем керування та контролю. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.13.05 - Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. - Одеський державний політехнічний університет, Одеса, 2001. Дисертація присвячена питанню створення структур багатоканальних активних фільтрів (БКАФ) для систем керування та контролю та удосконалення процесу розробки таких структур.

Проведено аналіз сучасних способів і засобів реалізації фільтрів для обробки аналогових сигналів у системах керування та контролю. Запропоновано нові структури БКАФ, які можна використовувати, як типові. Розглянуто різноманітні структурні перетворення математичної моделі БКАФ, що призводять до появи нових схем. Запропоновано методику автоматизованого отримання набору нових схем за допомогою структурних матричних перетворень. Запропоновано метод отримання нових схем БКАФ, що мають низьку елементну чутливість, шляхом доповнення базової схеми. Результати запропонованих рішень перевірені шляхом їх моделювання за допомогою ЕОМ.

Ключеві слова: багатоканальний активний фільтр, розробка структур, низька елементна чутливість.

Дорошук А.В. Многоканальные активные фильтры с обратными связями для систем управления и контроля. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05. - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. - Одесский государственный политехнический университет, Одесса, 2001.

В системах управления и контроля при обработке сигнала от различных датчиков всегда возникает задача выделения полезной информации, отделения ее от помех, шумов и лишних составляющих. Эта задача решается с помощью частотно-избирательных устройств (ЧИУ). Одним из распространенных видов ЧИУ являются активные фильтры на операционных усилителях (ОУ). Во многих устройствах необходимо выделение из одного входного сигнала одновременно нескольких спектральных составляющих, т.е., необходима многоканальная обработка сигнала. Обычно в таких случаях используются несколько простых одноканальных фильтров, входы которых подключены к общему источнику сигнала. Недостатком такого решения является то, что отдельные каналы могут частично выполнять одни и те же функции, поэтому в различных каналах фильтра могут содержаться одинаковые блоки. Вследствие этого целесообразнее использование многоканальных схем, в которых возможно избежать дублирования отдельных блоков в разных каналах, а, значит, уменьшить количество компонентов схемы в целом. Это даст возможность снизить стоимость системы и повысить ее надежность.

Диссертация посвящена вопросу создания структур многоканальных активных фильтров (МКАФ) а также усовершенствованию процесса разработки таких структур.

Проведен анализ современных способов и средств реализации частотно-избирательных устройств (ЧИУ) для обработки, в частности, многоканальной, аналоговых сигналов в системах управления и контроля. Установлено, что для построения многоканальных фильтров как правило используется набор простых одноканальных фильтров, подключенных к общему источнику сигнала. Установлена актуальность разработки методов получения новых структур МКАФ с уменьшенной численностью компонентов, в том числе таких схем, которые имеют низкую чувствительность к изменению параметров элементов.

Определены требования, предъявляемые к передаточным функциям каналов МКАФ для возможности реализации такого фильтра схемой с уменьшенным числом компонентов. Предложены новые структуры, которые могут быть использованы, как типовые при проектировании МКАФ - древовидная схема и схема с взаимными обратными связями. Рассмотрены различные структурные преобразования матричной модели активных RC-схем, приводящие к получению новых схем. Определены эквивалентные матричные преобразования схем МКАФ - преобразования, при помощи которых из существующих схем МКАФ можно получать схемы с теме же идеализированными характеристиками, но с новой структурной реализацией. Предложена методика автоматизированного получения наборов новых схем МКАФ при помощи структурных матричных преобразований. Полученные наборы схем обладают эквивалентными схемными функциями при рассмотрении идеальных моделей, а при физической реализации некоторые характеристики могут отличаться. Это позволяет, используя макетирование или компьютерное моделирование, учитывающее параметры реальных компонентов, при разработке устройства выбрать наиболее подходящую по требуемым критериям схему.

Рассмотрены пути получения схем МКАФ, имеющих низкую чувствительность к изменению параметров элементов. Предложен метод получения новых схем МКАФ с низкой элементной чувствительностью, основанный на дополнении базовой схемы. Метод позволяет получать низкочувствительные схемы с наибольшей свободой выбора, т.е. такие схемы, которые содержат максимально возможное число пассивных компонентов при условии сохранения схемой свойств низкой чувствительности. Большое количество компонентов часто позволяет реализовать сложные передаточные функции более простыми схемами, обеспечивает возможность раздельной регулировки всевозможных параметров передаточных функций, таких как добротность, полоса пропускания, частота квазирезонанса и т.п. Разработанный метод доведен до уровня алгоритма, позволяющего автоматизировано генерировать наборы новых структур МКАФ, имеющие низкую чувствительность к изменению параметров элементов.

С помощью предложенных методов и методик проведена реализация семейства схем трехканального фильтра. Полученные результаты проверены путем моделирования схем на ЭВМ.

Ключевые слова: многоканальный активный фильтр, разработка структур, низкая элементная чувствительность.

Doroshuk A.V. Multichannel active filters with feedback for control systems. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of engineering science candidate on the speciality 05.13.05. - Elements and devices of computer facilities and control systems. - Odessa State Politechnical University, Odessa, 2001. The thesis is devoted to a problem to create of structures of multichannel active filters for control systems and to improve the process of design such structures.

Existing ways to design filters for analog signal processing have been analyzed. New multichannel active filters typical structures have been suggested. The method to create set of new multichannel active filter schemes automatically using matrix model transformation has been developed. The method to create new multichannel active filter schemes with low sensitivity to component parameters change using base circuit adding has been suggested. Results of suggested decisions are confirmed by simulation using personal computer.

Keywords: multichannel active filter, structure design, low sensitivity to component parameters change.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У системах керування та контролю при обробці сигналів від різних видів датчиків завжди виникає задача виділення корисної інформації, відокремлення ії від шумів, завад та непотрібних частотних складових. Ця задача вирішується за допомогою частотно-вибіркових пристроїв (ЧВП). Одним з поширених видів ЧВП є активні фільтри на операційних підсилювачах (ОП). Вони займають тривке місце у складі багатьох електронних пристроїв насамперед завдяки високим техніко-економічним показникам.

У багатьох пристроях потрібно виділення з одного вхідного сигналу одночасно декількох спектральних складових, тобто необхідна багатоканальна обробка сигналу. Зазвичай для багатоканальної обробки застосується певна кількість простих одноканальних фільтрів, входи яких підключені до одного джерела сигналу. Недолік такої схеми полягає в тому, що, оскільки всі фільтри обробляють один і той же сигнал, деякі канали можуть частково виконувати однакові функції. У таких випадках можливо застосувати багатоканальні активні фільтри (БКАФ), тобто не систему кількох незалежних схем, а одну схему, що має кілька виходів. Це дозволить уникнути дублювання окремих частин схеми у різних каналах, а, значить, зменшити кількість компонентів схеми, що дасть змогу знизити вартість системи керування, підвищити її надійність. Таким чином, розробка нових структур БКАФ є актуальною задачею, так само, як і розробка методів проектування таких структур.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень дисертаційної роботи відповідає науковому напряму та планам кафедри “Комп'ютерні системи”, як один з напрямів автоматизованого синтезу активних RC-ланцюгів з низкою елементною чутливістю. Результати роботи використані у держбюджетній роботі №371-64 “Оптимальний параметричний синтез аналогових частотно-вибіркових елементів високого порядку для систем керування” (номер державної реєстрації 0199U001543).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка структур БКАФ для систем керування та контролю та удосконалення процесу розробки таких структур. Для досягнення мети вирішені такі задачі:

аналіз існуючих способів обробки, зокрема багатоканальної, аналогових сигналів у системах керування;

розробка нових типових структур БКАФ;

розробка методів одержання наборів нових схем БКАФ із існуючих схем;

розробка методів генерації нових структур багатоканальних активних фільтрів, що мають низку чутливість до змін параметрів компонентів;

отримання нових схем БКАФ за розробленими методами;

дослідження отриманих схем шляхом їх моделювання на ЕОМ.

Об'єкт дослідження. Об'єктом дослідження є процес обробки інформації в системах керування, пов'язаної з одночасним виділенням декількох спектральних складових сигналу за допомогою ЧВП.

Предмет дослідження. Предметом дослідження є структури БКАФ.

Методи дослідження. Під час досліджень були застосовані: теорія лінійних електричних кіл для аналізу схем, теорія матриць для перетворення матриць провідностей, теорія автоматичного керування для знаходження функцій передачі у загальному виді, комбінаторний аналіз для визначення кількості необхідних перетворень матриць, математичне моделювання отриманих схем на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів:

дістали подальший розвиток методи структурного синтезу активних RC-ланцюгів,

дістали подальший розвиток методи одержання структурних схем БКАФ для систем керування та контролю;

вперше запропоновано використання БКАФ із зменшеною кількістю компонентів шляхом одночасного застосування компонентів у різних каналах фільтра;

вперше запропоновано метод одержання нових структур БКАФ шляхом перетворень матричної моделі існуючих схем;

вперше запропоновано метод одержання нових структур БКАФ із низькою чутливістю схемних функцій до зміни параметрів компонентів;

Практичне значення одержаних результатів полягає в застосуванні отриманих схем у системах керування та контролю, використанні розроблених методів під час проектування нових пристроїв. Методи отримання нових структур БКАФ придатні для безпосереднього використання. Отримані структури БКАФ придатні для використання після параметричного синтезу, тобто обрання типів пасивних компонентів та розрахунку їх параметрів.

Результати дослідження були використані в Українському науково-дослідному інституті верстатів, інструментів та приладів під час розробки автоматизованої системи виміру віброприскорень вертольотного двигуна на випробувальному стенді. Ряд положень роботи використовується у навчальному процесі Одеського державного політехнічного університету на кафедрі "Комп'ютерні системи" при викладанні курсів “Аналогова схемотехніка” та “Системи проектування і моделювання електронних ланцюгів ”.

Особистий внесок здобувача полягає в застосуванні методів синтезу ARC-ланцюгів для синтезу схем БКАФ, розробці методів перетворення схем БКАФ та генерації нових схем БКАФ з низькою елементною чутливістю. Співавторам, разом з якими були опубліковані наукові праці належать розробка методів структурної дискретної оптимізації ARC-ланцюгів, розробка методів синтезу схем с низкою елементною чутливістю на основі матриць із повною топологією.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідались та обговорювались на міжнародній науково-практичній конференції “Силова електроніка та енергоефективність - 2000”; наукових семінарах кафедри “Комп'ютерні системи” Одеського державного політехнічного університету.

Публікації. По матеріалам дисертації опубліковані чотири печатні роботи.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, списку використаних літературних джерел з 86 найменувань, додатків. Загальний обсяг дисертації 117 сторінок. Дисертація містить 63 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформована мета і задачі досліджень, викладені основні наукові і практичні результати, що отримані у роботі, основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі проведений порівняльний огляд різноманітних ЧВП і їх елементного базису, визначені переваги та недоліки кожного виду. Визначено, що у нинішній час широке застосування як у дискретній, так і в інтегральній схемотехніці знаходять активні RC-фільтри, що побудовані на ОП. Проведений огляд існуючих систем автоматизованого проектування активних фільтрів.

На основі аналізу публікацій виділені існуючі моделі та методи, які можна застосувати для синтезу БКАФ. У якості основної математичної моделі для синтезу й аналізу схем БКАФ обрана існуюча модель активних RC-ланцюгів на основі матриці провідностей DNB-виду (рис. 1). Матриця являє собою особливий вид матриці провідностей схеми, що враховує підключення ідеальних ОП (із повної матриці провідностей викреслюються рядки, що відповідають вузлам підключення виходів ОП і стовпчики, що відповідають вузлам підключення входів ОП). При певному перегрупуванні рядків і стовпчиків матриці можна виділити блоки трьох видів (рис. 1). Блок D містить позитивні елементи на головній діагоналі, а інші - негативні або нулі; цей блок відповідає пасивної частини схеми, тобто вузлам, до яких не залучені виводи ОП. Блок N містить тільки непозитивні елементи; цей блок відповідає тим вузлам схеми, до яких залучені виводи ОП з несиметричним входом і виходом. Блок B містить позитивні елементи в першому стовпчику, а всі інші - непозитивні; цей блок відповідає тим вузлам схеми, до яких залучені виводи ОП із симетричним входом і несиметричним виходом. У матриці може бути декілька блоків типу B. У главі показано застосування DNB-матриці для побудови моделі БКАФ.

Рис. 1. DNB-вид матриці провідностей активної схеми

Встановлено, що однією з найважливіших властивостей схеми любого активного фільтру, у тому числі БКАФ, що визначає стабільність її роботи і високі метрологічні характеристики, є низька чутливість схемних функцій до зміни параметрів компонентів, що може відбутися як при виробництві (технологічні похибки), так і при експлуатації пристрою, наприклад під впливом температури, інших дестабілізуючих чинників, або в процесі старіння. бкаф багатоканальний керування сигнал

Встановлено, що на даний момент не розроблені методи отримання схем БКАФ із зменшеним числом компонентів. Так, побудова пристроїв для багатоканальної обробки, таких як аналізатори спектру, еквалайзери і т.п., зазвичай здійснюється традиційним методом - з'єднанням із виходом джерела сигналу декількох незалежних фільтрів, число яких відповідає числу каналів схеми. У багатьох випадках така побудова схеми є надлишковою, тому що різноманітні канали схеми будуть частково виконувати ті самі функції. У той же час виділення з декількох каналів деякого загального блока дозволило б скоротити загальне число елементів схеми, зокрема, зменшити кількість конденсаторів, що є найбільше нетехнологічними елементами, особливо при виготовленні інтегральних схем.

Визначено необхідність розробки методів генерації схем БКАФ, що мають низьку елементну чутливість.

В другому розділі розглянуті різноманітні методи отримання схем БКАФ.

Визначено, що для можливості отримання схем БКАФ із зменшеним числом компонентів, передатні функції каналів повинні задовольняти визначеним умовам:

для можливості використання деякої частини схеми одночасно для декількох каналів у знаменниках цих каналів повинні бути присутні загальні корені, у противному випадку отримаємо декілька незалежних схемам каналів;

бажана наявність загальних коренів також і в чисельниках передатних функцій різних каналів, у цьому випадку можливо виділити загальний блок, вихід якого буде підключатися до незалежних блоків кожного каналу;

при неможливості виділення загальних коренів у чисельниках (наприклад, один канал являє собою фільтр низьких частот, і чисельник його передатної функції не містить ступенів p, а чисельник другого каналу - фільтра верхніх частот - не містить вільних членів) також можна виділити загальний блок, але що має кілька різнотипних виходів, наприклад, біквадратний фільтр.

Виділено два підходи до створення схем БКАФ - використання типових структур із відомими формулами для схемних функцій і генерація нової схеми БКАФ. При використанні першого підходу необхідно тільки розрахувати значення елементів схеми, другий підхід потребує спочатку отримання нової структури БКАФ. Перший підхід значно простіше, проте другий має більш широку область застосування.

Розроблено дві нові структурні схеми, що можуть бути використані, як типові, для побудови БКАФ - деревоподібна схема та схема з взаємними зворотними зв'язками.

Перша схема являє собою схему на основі деревоподібного з'єднання каскадів, кожний із який являє собою двохканальний фільтр із каналами низьких і високих частот, такий, наприклад, як фільтр на основі методу змінних стана (рис. 2). Ця схема зручна при необхідності розділити весь спектр вхідного сигналу на велике число частотних смуг (рис. 3).

Рис. 2. Деревоподібна схема багатоканального фільтру

Рис. 3. АЧХ каналів чотирьохканального фільтру, що побудований за деревоподібною схемою

Друга схема складається з декількох каскадів, на вхід кожного з який можуть подаватися сигнали зворотного зв'язку від всіх інших каскадів (рис. 4).

Передатні функції каналів такої схеми:

,

де i,j - номера каналів,

Ti, Tj - передатні функції каскадів схеми,

ki_,j - коефіцієнти зворотного зв'язку із виходу j-го каналу на вхід i-го.

Рис. 4. Схема з взаємними зворотними зв'язками

Розглянуто різноманітні види перетворень DNB-матриць ARC-ланцюгів, що призводять до появи нових принципових схем із параметрами, еквівалентними параметрам вихідної схеми. Виділено перетворення, за допомогою яких можливий синтез нових схем БКАФ:

зміна порядку з'єднання входів ОП в блоках B;

перестановки стовпчиків у блоці N, а також стовпчиків без позитивних елементів у блоках Bi, між різноманітними блоками Bi і між блоками Bi і блоком N;

множення стовпчика (рядка) матриці на число.

Схемотехнічно зазначені перетворення зводяться відповідно до:

різноманітних варіантів підключення входів ОП із симетричним входом до пасивної частини схеми (рис. 5);

різноманітним варіантам підключення виходів ОП до пасивної частини схеми (рис. 6);

пропорційній зміні параметрів деяких пасивних компонентів схеми.

Останнє перетворення не призводить до зміни структури схеми, отже його неможливо застосувати для отримання нових структур. Це перетворення можливо застосувати для отримання нових принципових схем з іншими параметрами елементів.

Рис. 5. Варіанти підключення входів ОП з симетричним входом до схеми

Рис. 6. Варіанти підключення виходів ОП до схеми

Перші два перетворення можна застосувати для автоматичної генерації нових структур БКАФ з одної початкової структури із застосуванням ЕОМ. Для цього необхідно провести усі варіанти перестановок входів ОП із симетричним входом та виходів усіх ОП та відібрати з отриманих працездатні схеми. Відбір також може проводитись автоматично, за допомогою моделювання варіантів схем, що отримуватимуться.

У третьому розділі проведений аналіз умов, при яких ARC-ланцюги мають низьку елементну чутливість і вироблені вимоги до низькочутливих схем БКАФ.

Для одержання низькочутливих при будь-яких значеннях параметрів пасивних компонентів схем, варто домагатися того, щоб усі складники коефіцієнтів при ступенях p головного мінору матриці провідностей усієї схеми, записані в символьному виді, мали один знак. При неможливості виконання цієї умови також можна говорити про низьку чутливість схеми, але тільки у визначеному діапазоні значень пасивних компонентів (а, виходить, і в обмеженому діапазоні їхньої можливої зміни), у якому чисельні значення коефіцієнтів головного мінору матриці провідностей мають один знак, при цьому використовувати таку схему можна буде тільки відповідному діапазоні значень пасивних компонентів.

Розглянуто різні підходи до генерації нових низькочутливих схем БКАФ. Розроблено метод, заснований на доповненні базової схеми новими елементами. Розроблений метод доведений до рівня алгоритму та придатний для автоматизованої генерації наборів нових структур БКАФ, що мають низьку чутливість до зміни параметрів компонентів (рис. 7).

Розроблений метод використовує в якості вхідних даних матрицю провідностей деякої базової схеми. На кожному етапі роботи проводиться класифікація вільних клітинок матриці, тобто двополюсників, не включених між відповідними вузлами схеми. Класифікація дозволяє розділити вільні клітинки на три групи: клітинки, введення елементів у які призводить до появи в головному визначнику (мінорі Д ₁₁) матриці нових складників, із знаком, протилежним знаку існуючих; клітинки, введення елементів у який не призводить до появи нових складників у визначнику; клітинки, введення елементів у який призводить до появи у визначнику нових складників, що мають той же знак, що і старі.

Перша група клітинок відповідає елементам, при введенні яких схема загубить властивість низької чутливості. Отже, їх необхідно лишити вільними і можна не робити їхній подальший розгляд.

Друга група клітинок відповідає елементам, при даній конфігурації схеми не призводять до появи петель зворотного зв'язку. При запровадженні деяких інших елементів ці елементи можуть разом із ними утворити петлі як позитивного, так і негативного зворотного зв'язку. Оскільки заздалегідь це з'ясувати неможливо, ці осередки необхідно повторно роздивитися після додавання в схему нових елементів.

Третя група клітинок відповідає елементам, що утворять петлі негативної зворотного зв'язку при роздільному їхньому внесенні в схему. Проте немає гарантії, що при спільному їхньому внесенні в схемі не утворяться додаткові контури, що дають позитивний зворотний зв'язок, при появі якого властивість низької чутливості буде загубленою. Для з'ясовування цього необхідно роздивитися різноманітні комбінації спільного внесення в схему таких елементів. При знаходженні комбінації, що містить максимальне число елементів, що вводяться, за умови зберігання схемою властивості низькою чутливості, ці елементи вносяться в схему, знову проводиться класифікація вільних клітинок матриці провідностей і доповнення схеми повторюється те тих пір, поки воно можливе.

Рис. 7. Алгоритм доповнення матриці базової схеми

Метод дозволяє отримувати низькочутливі схеми з найбільшою свободою вибору, тобто схеми, що містять максимально можливе число компонентів при зберіганні властивості низькою чутливості. Велике число компонентів часто дозволяє простіше реалізувати більш складні передатні функції, здійснювати роздільне регулювання різноманітних параметрів, таких як добротність, смуга пропускання, частота квазірезонансу і т.д. При необхідності спрощення можна виключити зі схеми частину елементів на етапі параметричного синтезу.

Вироблено рекомендації щодо вибору базових схем, що використовуються в якості вхідних у розробленому методі. Встановлено, що базові схеми не повинні містити петель зворотного зв'язку за винятком місцевого зворотного зв'язку кожного ОП. Також небажаний вибір базових схем із дуже малим числом зв'язків, у яких є окремий, ізольовані друг від друга блоки. Використання таких схем значно збільшить час, потрібний для отримання нових схем. Рекомендоване число ОП в базовій схемі - у півтора-два разу більше загального числа полюсів передатних функцій усіх каналів схеми.

У четвертому розділі розглянута практична реалізація схем БКАФ.

Детально розглянутий процес одержання низькочутливих схем БКАФ із використанням методу доповнення базової схеми. З базової трьохканальної схеми (рис. 7) отримано декілька нових принципових схем БКАФ. Одна з отриманих схем із найбільшою свободою вибору приведена на рис. 8. Матриця провідностей отриманої схеми з показаними введеними елементів приведена на рис. 9.

Рис. 8. Базова схема БКАФ

Розглянуто процес отримання наборів еквівалентних схем за допомогою еквівалентних матричних перетворень. Так, було одержано дві еквівалентні схеми трьохканального БКАФ (рис. 10,11). Друга з цих еквівалентних схем утворена з першої шляхом зміни порядку підключення до схеми виходів двох ОП. Відповідне матричне перетворення - перестановка двох стовпчиків матриці провідностей (рис. 12).

Рис. 9. Схема БКАФ, отримана в результаті доповнення базової схеми

Рис. 10. Матриця провідностей схеми БКАФ, отриманої в результаті доповнення базової схеми

Рис. 11. Схема БКАФ до застосування еквівалентного матричного перетворення

Рис. 12. Схема БКАФ після застосування еквівалентного матричного перетворення

Хоч утворені схеми і є еквівалентними на рівні ідеальних моделей, але під час фізичної реалізації їх характеристики будуть мати розбіг. Це дозволить під час розробки пристрою, після проведення макетування чи моделювання, вибрати з отриманого набори схему, кращу за потрібними критеріями.

Рис. 13. Еквівалентне матричне перетворення - перестановка двох стовпчиків матриці провідностей.

ВИСНОВКИ

Проведено аналіз сучасних способів і засобів реалізації ЧВП для обробки, зокрема багатоканальної, аналогових сигналів у системах керування та контролю

встановлено актуальність розробки методів отримання нових структур БКАФ, у тому числі таких, що мають низьку чутливість схемних функцій до зміни параметрів компонентів

запропоновано нові структури БКАФ, які можна використовувати, як типові

розглянуто різноманітні структурні перетворення математичної моделі БКАФ, що призводять до появи нових схем

запропоновано методику автоматизованого отримання набору нових схем за допомогою структурних матричних перетворень

за допомогою структурних перетворень одержані нові схеми БКАФ

розглянуто шляхи отримання схем БКАФ, що мають низьку елементну чутливість

запропоновано метод отримання нових схем БКАФ, що мають низьку елементну чутливість, шляхом доповнення базової схеми

за допомогою доповнення базової схеми одержані нові схеми БКАФ, що мають низьку елементну чутливість

отримані схеми перевірені шляхом їх моделювання за допомогою ЕОМ

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Дорошук А.В. Применение современных методов для оптимизации электронных схем // Труды Одесского политехнического университета. -- Одесса, 1999. -- Вып. 2(8). -- С. 192 -- 195.

Дорошук А.В., Наконечная О.Ф. Проектирование многоканальных активных фильтров // Труды Одесского политехнического университета. -- Одесса, 2000. -- Вып. 2(11). -- С. 141 -- 144.

Malakhov V.P., Kelbas D.N., Doroshuk A.V., Nakonechnaya O.P. Active circuit structure optimization // Технічна електродинаміка. - Київ: НАН України. Інститут електродинаміки. - тематичний випуск “Сілова електроника та енергоефективність” ч.1. -- 2000. -- С. 105 -- 108.

Дорошук А.В., Молчанов В.А., Наконечная О.Ф. Проектирование фильтров на переключаемых конденсаторах // Труды Одесского политехнического университета. - Одесса: ОГПУ. -- Вып.3. -- 2000. -- С. 130 -- 133.

Размещено на Allbest.ru

...