Адаптивный алгоритм структурного синтеза радиоэлектронных устройств в режиме малого сигнала

некоторых доработок его можно применить для оценки эффективности эсплуатации арендуемых каналов связи.

Таким образом, можно сделать вывод, что эффективность эксплуатации арендуемых каналов связи зависит от структуры сети, что и требует разработка алгоритмов оптимизации вторичных сетей связи в первую очередь.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Богатырев В. А. Применение целочисленного программирования для синтеза оптимальных сетей связи. Сб. ’’Информационные сети и коммутация”.:М.:Наука, 1968

2. Maury ./.-/’.Planification des г’еаих de telecommunication: programme“ Ecran ’’Ecran”. -Annales des telecommunications ”, 1970, t.25, N.5-6.

3. Gilbert E.N. Minimum cost communication networks. #BSTJ. v.XLVI, N 9.

4. Steiglitz K., Weiner P., Kleitman D. The design of minimumcost survivable networks. “IEEE Transaction”, 1969, CT-16, N4.

5. Богатырев В.А., Вдовенко С.Т. Супрун Б.А. Некоторые эвристические процедуры оптимизации вторичных сетей связи. Сб. ’’Информатизация и информационные сети сети” М.:Наука, 1977.

УДК 621.372.6

Л.А. Зинченко

АДАПТИВНЫЙ АЛГОРИТМ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ В РЕЖИМЕ МАЛОГО СИГНАЛА

Введение

Необходимость дальнейшего развития методов автоматизированного проектирования современных радиоэлектронных устройств связана с резким усложнением решаемых задач. Повышение требований к конкурентноспособности разрабатываемых изделий приводит к необходимости поиска новых, оптимальных схемотехнических решений. В отличие от хорошо разработанных в настоящее время проектных процедур численного анализа известного схемного решения [1] синтез новых структур является одной из наиболее плохо формализуемых областей знания. Одним из способов преодоления этой проблемы является использование адаптивных алгоритмов и новых информационных технологий.

В общем случае задачу синтеза разделяют на структурный и параметрический синтез. При решении первого класса задач необходимо определение топологии схемы. При параметрическом синтезе определяют номиналы элементов при заданной топологии радиоэлектронного устройства. В связи с тем, что задача синтеза имеет множество непрерывно эквивалентных решений [2], возможен выбор схемного решения, оптимального по заданному критерию. При этом допускается алгоритмическая адаптация процедуры синтеза схемы к требуемым эксплуатационным характеристикам. В данной работе рассматривается адаптивный алгоритм структурного синтеза радиоэлектронного устройства, обеспечивающий расширение Диапазона рабочих частот.

1. Адаптивный синтез на основе использования корректирующих многополюсников

В режиме малого сигнала радиоэлектронное устройство в окрестности рабочей точки можно моделировать с достаточной степенью точности линеаризованной схемой замещения. Ее можно представить как линейный динамический многополюсник

п /

Я. .

к=О

где ак’Ьк —символьные переменные, зависящие от параметров схемы замещения; п, т - степень числителя и знаменателя соответственно.

а б

Рис. 1

Этот многополюсник можно рассматривать как базовую модель. Однако исходное устройство не имеет требуемых эксплуатационных характеристик, например заданного диапазона рабочих частот. Для устранения этой проблемы необходимо изменить топологию и параметры схемы таким образом, чтобы не сохранить исходные функциональные и обеспечить заданные эксплуатационные характеристики. Одним из путей решения поставленной задачи является использование корректирующих многополюсников. В литературе известны различные приемы включения корректирующих многополюсников на входе и выходе исходной цепи [3]. Однако жесткое задание топологии включения корректирующих многополюсников приводит к возникновению проблем физической доступности входных и выходных полюсов исходной цепи.

В данной работе для решения поставленной задачи рассматривается адаптивный алгоритм структурного синтеза

В настоящее время разработано множество методов определения схемных функций в символьном виде: метод сигнальных графов, метод перебора деревьев, метод выделения параметров, билинейный и т. п.[4]. Однако их применение требует перебора значительного количества вариантов. С развитием вычислительной техники решение поставленной задачи может быть существенно упрощено. При использовании алгоритмов [5], разработанных на основе компьютерной алгебры и новых информационных технологий, гибридные параметры могут быть найдены путем аналитического решения системы уравнений в символьном виде’

Нули и полюса, определяющие устойчивость схемы и характер переходных процессов, также могут быть определены на основе новых информационных технологий.

Метод символьных функций [4] позволяет легко вычислить чувствительность схемы к изменению параметров. На основе проведенного анализа всегда можно выделить фрагменты исходной схемы с наибольшей чувствительностью к изменению параметров. Выделенные фрагменты и выбираются для подключения корректирующих многополюсников (КМ). В результате исходный многополюсник преобразуется к виду (рис. 1, б). Дополнительный выводы предназначены для подключения цепей коррекции. Однако в связи с тем, что необходимо обеспечение стабильности рабочей точки по постоянному току, использование произвольной топологии корректирующих многополюсников при рассматриваемом способе включения недопустимо.

Рис. 2

В данной работе рассматриваются два наиболее важных с практической точки зрения случая: использование корректирующих пассивных двухполюсников и четырехполюсников. Допустимые корректирующие двухполюсники приведены на рис. 3. Двухполюсники (рис. 3, а и б) при включении последовательно с исходным фрагментом обеспечивают стабильность рабочей точки по постоянному току, так как не вносят изменения в схему по постоянному току. Использование корректирующих двухполюсников (рис.З, виг) допустимо при выполнении коррекции исходных номиналов резисторов схемы. Для определения типа корректирующего двухполюсника на следующем этапе проводится исследование требуемого изменения характера сопротивления выделенного фрагмента, обеспечивающего расширение Диапазона рабочих частот.

Для обеспечения стабильности рабочей точки при применении корректирующих Четырехполюсников необходимо использовать следующие модификации Т-образной (рис. 4, а) и П-образной (рис.4, б) схем замещения. В общем случае современные радиоэлектронные Устройства являются ЯС схемами и диапазон рабочих частот сверху ограничивается паразитными емкостями. Для их компенсации в корректирующем четырехполюснике в

качестве элементов используются двухполюсники (рис.З, а в). Эти схемы

°бладают возрастающими частотными характеристиками и позволяют скомпенсировать емкостной характер исходной цепи.

*

С1

С2

z2

ф-

Рис. 4

Полученная в результате синтеза цепь может иметь расширенный диапазон рабочих частот, но не удовлетворять заданным характеристикам. Для их обеспечения процедура адаптации может выполняться многократно, так как рассмотренный адаптивный алгоритм допускает итеративный синтез радиоэлектронного устройства с требуемыми характеристиками.

2. Экспериментальные исследования

При апробации рассмотренного адаптивного алгоритма была исследована задача расширения диапазона рабочих частот автогенератора на каскодном аналоге негатрона на биполярных транзисторах [6]. При использовании разработанных программ определены входные частотные характеристики исходной схемы в символьном виде. Выполненный анализ полученных выражений позволил выделить, что схема наиболее чувствительна к изменению

номиналов резисторов ^^. В результате решения задачи структурного синтеза схемы с

расширенным частотным диапазоном при использовании разработанного алгоритма определена схема (рис.5). По сравнению с прототипом она обладает более широким диапазоном рабочих частот. Для его обеспечения введены корректирующие двухполюсники (рис. 3,6). На рис. 6 представлены частотные характеристики реальной части входного сопротивления для исходной и синтезированной схемы, рассчитанные с использованием пакета схемотехнического моделирования РБРГСЕ 6.2 для \№Н'ТО(^8’95. Анализ результатов компьютерного моделирования позволяет сделать вывод, что вариации параметров

индуктивностей позволяет изменять границу рабочих частот в достаточно широком

диапазоне. Это объясняется тем, что введение индуктивностей позволяет скомпенсировать уменьшение положительной обратной связи с ростом частоты. В экспериментальном генераторе, собранном на транзисторах КТ315, предельная частота генерации по сравнению с исходной схемой увеличилась в 2 -3 раза в зависимости от изменения параметров

индуктивностей

Рис.5 Рис. 6

Схема (рис.5) является одной из схем, которая может быть сиитезирована по рассмотренному алгоритму. Она выделена из множества других эквивалентных схем по критерию простоты схемного решения управления частотным диапазоном и незначительного изменения технологии изготовления микроэлектронных генераторов на транзисторных аналогах негатронов в интегральном исполнении.

Заключение

Рассмотренный алгоритм поиска новых, оптимальных схемных решений позволил исследовать способы управления частотным диапазоном различных радиоэлектронных Устройств в режиме малого сигнала. Он позволяет генерировать множество схем, эквивалентных относительно указанных функциональных характеристик, но отличающихся Диапазоном рабочих частот. Этот подход позволяет определить пути улучшения схемотехники Датчиков и элементов систем экологического мониторинга.

ЛИТЕРАТУРА

1. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике / Норенков И.П., Авдеев Е.В., Еремин А.Т. и др.. М.: Радио и связь, 1986. 368 с.

2. Chutham B.M.G. A new theory of continuously equiwalent networks, Trans. IEEE, CAS-21, Jan. 1974, pp. 17-20.

3. Данилов Jl.B. Ряды Вольтерра-Пикара в теории нелинейных электрических цепей. М.: Радио и связь, 1987.- 224 с.

4. Чуа J1.0., Пен - Мин Лин. Машинный анализ электронных схем. М.: Энергия, 1980. 640 с.

5. Глушань В.М., Зинченко Л.А. Математическое и компьютерное моделирование электрических цепей в режиме малого сигнала, Таганрог: ТРТУ, 1998. 100 с.

6. Негатроника // Серьезное А.Н., Степанова Л.Н., Гаряинов С.А. и др. Новосибирск, Наука, 1995. 330 с.