автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование и разработка активных высокочастотных фильтров на основе обобщенных преобразователей иммитанса

На древах рукописи

Розов Андрей Валеитшгопнч " '

ИССЛЕДОВАНИЕ II РАЗРАБОТКА АКТИВНЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИММИТАНСА

Специальность 05.12.17 - Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сойскзнпс ученой степени ' • кандидата тезинчееккх наук

Рязань 2000

Работа выполнена в Рязанской государственной радиотехнической академии. ____о ..

Научные руководители: доктор технических паук, — -профессор Судаков ЮЛ., кандидат технических наук, доцент Уточкин ГЛ.

Оффицйальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Каринский С.С., - кандидат технических наук, доцент Косс ВЛ. Ведущая организация: • Обособленное подразделение

. ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР»-НИИ «Рассвет»

• Защита состоится «/Р» ' 2000 г. в ч

на заседании диссертационного совета Д063.92.01 в Рязанской государственной радиотехнической академии по адресу: 391000, ГСП, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

С- диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рязанской государственной радиотехнической академии. -

Автореферат разослан «/Ь » ут>£2.Р_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доценг —___В.И.Жулев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обзор состояния вопросов реализации мнкроэлсктронных фильтров (МЭФ) показал, что наибольшие'трудности при разработке селективных устройств, удовлетворяющих требованиям комплексной микроминиатюризации, возможностям варьирования основных параметров (резонансная частота, полоса пропускания, форма ЛЧХ и др.) и широких пределах, возникают в дп^чазоис частот . 10...300 МГц.

На более низких частотах приоритет занимают фильтры на основе операционных усилителей (ОУ) и повторителях напряжения (ПН), которые в полной мере удовлетворяют вышеизложенным требованиям. Большой вклад в это чаправление внесли отечественные исследователи, Особенно коллективы иол руководством Е.И. . Куфлепского и А.Д Лани?, а также зарубежные специалист, такие как Хейнлейи В., Холмс В., Хьюлсмзп Л., Мошиц Г., Хори П. Примером последнего достижения и этой области может служить аналоговый полосовой фильтр с центральной частотой- 12,5 МГц и полосой пропускания по уровню -3 дБ всего 250 кГц, разработанным фирмой AT&TVTC на основе ОУ, выполненного но комплементарной биполярной технологии, где транзисторы имеют ipanirniyio частоту 4,5 ГГц. Эти результаты говорят о большом технологическом прорыве, осуществленном рядом зарубежных фирм, однако сфера применения таких ОУ долгое время будет оставаться весьма ограниченной, так как получены пока ' .лишь единичные экземпляр!,!, стоимость которых из-за уникальности технолог нчсскнх процессов их изготовления огромна н говорить о апроком внедрении таких ОУ в различные радио технические устройства, в том числе в активные фильтры (АФ), пока рано.

Таким образом, на ссгоднячптй день верхний частотный предел реализации юлосовьгх АФ на основе ОУ составляет 10...20 МГц (при высокой их стоимости). Очевидно, чго в ближайшие года можно ожидать появление АФ на ОУ па ' тстоты до 10...40 МГц, однако ич широкое внедрение но многих радиотехнических устройствах 1удст крайне офшшчено по причинам, изложенным вьчне.

R диапазоне частот от 300 Ml ц и выше н настоящее время существует mho;vl\-п;о азличных эффективных способов селекции, которые во многом удотстворл;от •' ребованиям микроминиатюризации. Это прежде всего связано с тем, что ча этих астотах электрическая, длина резонирующих элементов имеет сравнительно

)

небольшие размеры, что позволяет изютошгть как объемные резонаторы, тек и поверхностные, т.е. напыленные структуры в пиле законченного функционального учла, соичсстимого с гехпелопип 1шоговдеш!я гибридных мпкр-схсм. Кроме этого, в рассматриваемом дипгазоне частот находят применение фильтры на основе одиночных пли линепнокаскаддрованпих обобщенных преобразователе'! нммнганса (ОНИ), для которых ¡1 настоящее время разработаны сoorncreiкующие методы анализа и синтеза определенных cipyicryp. созданы практические схемы, реализующие различные по добротности и избирательности ЛЧХ (Работы И.Л.Филипюка, U.C. Оеалчук).

В диапазоне частот 10...300 МГц m всех типов фильтров, имеющих потенциалы!}ю -возможность микроэлектронпот исполнения, используются селективные устройства на поверхностных акустических волнах (Г1АВ) (фундаментальные работы в эшм направлении доктора технических наук С.С. Каринского) или на обьемных Акустических волнах (ОЛП), а также на основе р-п-р-п структур или нх эквивалентов (негатронов). В блнжаПшис годы ожидаются дальнейшее совершенствование акустоэлскгронных фильтров, разработка их на более высокие частоты н широкое внедрение в современную радиоэлектронную аппаратуру (РЭА). Однако при этом вряд ли удастся избежать тех недоетатков, которые вытекают из самого принципа построения данного класса фильтров, а именно: невозможность изменения в широких пределах основных характеристик (полосы пропускания, резонансной частоты), что необходим^ при построении адаптивных радиотехнических систем; большое затухание в полосе пропускания; емкостный характер входного и выходного нмиедпнеов, что приводит к необходимости в согласующих индуктпвностях при построении широкополосных фильтров.

В связи с утим в диапазоне частот от 10 до 300 МГц актуальна проблема разрабо1кн АФ, которые были бы в зн.-тигельной-, мере свободны от недостатков, присущих фильтрам на Г1ЛВ к негатронах и пригодных для интегрального. исполнения.

Цель р.-.оогм - разработка высокоегабильных и 'серийно-способных АФ различного назначения для диапазона частот 10...300 МГц. Для достижения поставленное! пели необходимо решшь следующие задачи:

1. Разработать концепцию построения АФ ВЧ диапазона па основе нере1улярного (кольцевого) .-оедннения ОШ1.

?.. 1 hi основе разработанной концепции ccv.vn. каталог ЛФ paj-ni'iimro назначения,

3. Исслсдогаи. вопросы устойчивости разрс.Сммашшх ВЧ ЛФ, возможности перестройки резонансной часчош, регулировки полосы пропускания, :>ф^>екга амплитудно-фазовоА конверсии.

4. ПрОИССШ сппис гичсскис ИСИЫГШШЯ рафР.боГЛПШЛХ ЛФ С HUH 'О 11МЧВЛС1ШЯ возможности ил применения н серншю-птособ-ч-т аппаратуре.

5. Игследояагь возможность каскадирования звеньев ЛФ дл:г получения требуемой формы ЛЧХи повышения и ¡бцрак'льности.

6. Исс.тсдо!!иП, tîo'ipnci.i температури oïl стабильности разработанных ЛФ.

7. Разработать методику расчета 134 ЛФ па основе нерегулярного (кодмк-ною) соединения ОНИ, cociannib нр01раммы машинного ргсчгта их ослоаных пг.рамефов.

8. Произвести сравниiC'ibiiNio оценку разработанных ВЧ ЛФ и дан, рекомендации по нх практи .секому применению.

)' сго, ( 1.1 н се л с- \t ) п я 1111 п ■ В диссертации приведены результаты теорсшчесюи и экспериментальных исследований, полеченные с использованием мою до и теории радиотехнических цепей и стшлов, матричного метода анализа радиоэлектронных :хем, теории обобщенных преобразователен пммнтапса, теории функции'комплекс/юга «ременного, теории вероятности н слуынлых процессов, математической статистки.

Научная пппнэня. Новыми являю'ея следующие результаты дпссерт::ц;;опгон >аботы:

I ' !. Определена возможность иснользопанни ОПИ на тр;..,н:стора\ для со'?;;лнпя ысокостаби.п.иы.ч ¡1 серийно-способных ЛФ для диапазона час юг 10....100 МГц и нтегралыюм пеполпешп).

2. Пол)чены выражения для иходной и выходной проподпмосчей ОНИ на «полярных н иолсиых траччисторах [схсмы включения общая оа<л (О1-), оПншй зллсктор (ОК), общий эмштер (ОЭ), общий исток (ОН), обшгн с/ок (ОС), оОшнй iriscp (03)] при различном характере (активном, 'емкостной, пндул и.шом) и.\нгш;оов нагрузки и генератора. Приведены iрафики, тражагсчдне поведение годной и выходной проводнмоетей п диапазоне частот (0,0|...i) fr при иоюненнп :жнма работы по постоянно.».,'}' току и величины преобразуемою н.ммнтанса. 1!т новашш полученных данных составлена таблица преобразований, позволяющая

î

достаточно просто и качествсшю оценить величину и характер преобразованного иммотанса.

3. Впервые рассмотрен вопрос применения местных обратных связей в ОГ1И по схеме с ОК. Получены выражения .для действительной и мнимой части выходной проводимости такого ОПИ при различном характере проводимости цепи обратной связи. Показана гажпость данного преобразования для процесса управления основными характеристиками ЛФ на основе ОНИ.

4. Впервые разработаны и всесторонне исследованы ВЧ АФ на основе нерегулярного (кольцевого) соединения ОПИ на биполярных транзисторах, в том числе:

- взаимные ВЧ АФ;

• высокодобротные невзанмпыг ВЧ АФ; .

- широкополосные ВЧ АФ с высокой избирательностью,

4. Разработана методика расчета АФ на основе кольцевых струетур ОПИ.

ТТрактическря ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1, Составлены многоуровневые таблицы преобразований разнообразных входных и выходных нммитаисов, с помощью которых возможен быстрый синтез АФ на основе ОПИ.

2. С учетом теоретических результатов разработаны ЛФ на основе кольцевой структуры ОПИ различного класса и назначения: взаимные и невзаимные высокодобротные АФ с возможностью перестройки резонансной частоты в широком диапазоне частот; широкополосные ВЧ ЛФ с высокой избирательностью и линейностью ФЧХ в полосе пррпускаиия, с возможностью регулировки формы АЧХ и полосы пропускания. Всесторонние экспериментальные исследования данных АФ, з том числе и статистические, показали, ч о они могут найти широкое применение в РЭА различного назначения.

Реализация и внедрение резулыаюв исследований. '

1. В РТИ АН им. академика А.Л. Минца (П/я Г-4097) результаты диссертационной работы внедрены в 1ПКЖР при разработке макетного образца аналоговой части блока квадратурного разложения сигнала с высокой межкппалыюй идентичностью параметров.

2. В Департаменте информатизации и связи МПС при разработке методов и средств периодической калибровки мобильного измерительного комплекса «МИКАР».

Результаты внедрения подтверждаются соогаетствующими актами.

Апробация работ. Основные положения работы докладь-вались на следующих семинарах и конференциях:

1.ХУ1 Всесоюзная научно-техническая конференция, Лсншнрэд, 1988.

2. Всесоюзная научно-техническая конференция «Развитие и внедрение новой техники радиоприемных устройств», Горький, 1989 г.

3. Всесоюшая научмо-тсхничсская конференция «Современные проблемы фазоизмерительной техники и ее применение», Красноярск, 1989 г.

4. XII регнонально-реатубликгшсклй семинар «Элементы црпечно усилительных устройств», Таганрог, 1989 г.

5. Реыоналыш научно-техническая конференция «Системы и устройства радиолокации, связи и управления», Свердловск, 1990 г.

Публика 1П11». По теме диссертации опубликована 31 печатная работа, в той числе 5 авторских свидетельств СССР и 1 патент Российской Федерации,

Структура и обт.см диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, библиографический список 75 наименований. Работа содержит 239 е., п том числе 145 с. основного текста с 97 рисунками и 34 таблицами, 29 с. приложений.

Основные положения. пмногиМыеиа защиту;

1. Возможности использования ОПИ на полевых и биполярных транзисторах в АФ в диапазоне частот 10...300 МГц.

2. Способ эффективного управления процессом преобразования я ОПИ с помощью цепи внешней обратной связи.

3. Метод реализации взаимных и невзаимиых ВЧ АФ с высокими характеристиками па основе кольцевых структур ОПИ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении . обоснована актуальность проводимых исследований,-сформулированы цель н задачи работы, нзучная новизна и практическая ценность

полученных результатов, представлены структура диссертации и основные положения, выносимые на защиту.

В первой. гл:и,с проведен обзор состояния вопроса реализации микрозлектрошшх фильтров (МЭФ), приведена их классификация по принципу реализации. На основании подробного рассмотрения каждого класса фильтров выделены наиболее перспективные с позиций комплексной микроминиатюризации - активные аналоговые фильтры на основе имитаторов индуктнвностей и конденсаторов (ЛИИиК). Показаны основные направления развития МЭФ на основе ЛИИг.К, анализ которых позволил сделать выбор в пользу ЛФ на основе ОПИ. Детализирована задача разработки активных МЭФ в плане частотного диапазона и уточнена постановка задачи исследования.

Во второй главе проведена работа по детальному исследованию ОПИ на биполярном транзисторе при различных схемах его включения. Рассмотрена математическая модель идеального ОПИ, на основании которой составлена математическая модель реального ОНИ как объекта исследования. В соответствии с данной моделью исследованы ОПИ на транзистор? с ОБ, ОК и ОЭ. Для каждой схемы включения получены выражения длг входной и выходной проводимостей ОПИ при различных иммптансах источника сигнала и нагрузки (индуктивном, емкостном и активном).

На основании полученных иыражений составлена программа расчета входной и выходной проводимостей ОПИ в диапазоне частот. В ходе машинного анализа получены графики, отражающие поведение Ум и Уьых в диапазоне частот при различных значениях тока эмиттера, преобразуемого иммитанса и приведенного распределенного сопротивления базы Гб'(последовательного соединения внешнего сопротивления, подключенного к базовому выводу транзистора, и сопротивления базовой области транзистора). Опрсдсл-ны наиболее перспективные с позиций разработки ЛФ па ОПИ типы преобразований: - схема с ОБ при емкостном характере источника сигнала, позволяющая, как следует из (1), получить на вылоде ОНИ' значительную отрицательную всцсетвенную проводимость, которая необходима при разработке высокодобротных ЛФ:

Y.l„.Uí^(Cг)={o)Cl.!ш(r6^w,h11JCr)+j(k«2гб'2CIto),hll)}/Q! ' (1)

тдек-Си/Ск; д-и^Ьи-Хгб'-и^и'с,).

• схема с ОБ при активном сопротивлении нагрузки позволяющая синтезировать на вход ОПИ индуктивность, величина которой может эффективно управляться Гв* и Ин: •

У№0о(ВиН^в'Ск+са|1|„2н+Зга{ю1Ь1|С|!-Гв,б1)1/§,

где8=ю}г6'гСи+»1Ь|,3§^()ю|Иц2Ск; (2)

- схема с О К при активном сопротивлении источника сигнала позволяющая реализовать на выходе ОПИ индуктивность, величина и характер поведения которой в значительной степени зависят от тока эмиттера:

У.ЫХырГ «.К^^«(«гЬиС^е.Гб')]/^»

глсВ=ы2г6'+&<ы.Ь||)г+Зюю^||; (3)

- схема с ОК при емкостном характере нагрузки, позволяющая синтезировать на входе ОПИ отрицательную вещественную проводимость и емкость, значения которых варьируются в широких пределах изменением г6*.

V.« ^(СиГ (м5Мг(Гб'Ск-Ь 11 С„И ;м(со Д,, Ск-н»:гб 'С„)]/5. .

где8=ю,[«91Ь||+3(в(©1Ь||1Си)-гв1. (4)

В выражениях (1)...(4) приняты следующие обозначен!). . . ш - тс кушая частота; юг - частота единичного усиления; гг'- приведенное сопротивление базы; С).- полная емкость коллекторного перехода.

Показано, что эффективное, с точки зрения разработки ЛФ преобразование ОПИ возможно только в области потенциальной нсусточипоспи транзистора, ге. там, где инвариантный коэффициент устойчивости Ку.пнг><!. Составлена программа для расчета Ку.ипв в диапазоне частот для всех схем включения зранзнегора. Теоретический анализ показал, что наиболее пригодными для реализации ЛФ на ОПИ являются схемы с ОБ и ОК. Рассмотрены вопросы варьирования области, потенциальной неустойчивости посредством Ь к г5\

Рассмотрены возможности использования полевых транзисторов в качестве ОПИ. Показано, что в отличие от биполярных полевые транзисторы для всех схем включения (ОИ, 03, ОС) имеют большой участок области потенциальной неустойчивости, а следовательно, мог>т использоваться в ЛФ на основе ОПИ.' Однако, из-за большого разброса параметров они не могут использоваться в серийно-способной РЭЛ.

Впервые рассмотрен вопрос применения местных обратных связей в ОНИ. На примере схемы с ОК' показано, то величиной проводимости обратной связи и ее характером (емкостных:, индуктивным или активным) можно эффективно управлять преобразованием соотвсгстаующкх входных и выходных иммнгансов. Так, при активной составляющей проводимости генератора и при емкостном характере цепи обратной связи Уос^мС,, в схеме с ОК:

Ке[Уаы,/вгМВг+(Ск-СЛё>тИ14вдгсДД

1т[У,ых/£г]=[-(йтЕ(/(о+соС|1(1-«1С11г6)]/[1+(огС»гг62], • . (5)

т.е. варьируя емкости обратной связи Со, можно, как следует из (5), получить на выходе ОПИ параллельное соединение отрицательной вещественной 'и индуктивной составляющей выходного иммнтгнеа. Как будет показано ниже, данный тип ОС, так же как и результаты-других преобразований, полученных в этой главе, найдут-широкое применение при практической реализации ВЧ АФ различного назначения. На основании теоретических выкладок составлена таблица преобразований, позволяющая достаточно быстро произвести качественную оценку процесса преобразования иммнгансов различных схем включения транзистора.

Рассмотрены вопросы практической реализации однотранзнсторных АФ на основе ОПИ. Показаны их существенные "сдостагки:

- высокая чувствительность параметров АФ к изменению параметров элементов;

- низкая температурная стабильность;

- невозможность синтеза нп;.уктинцостей с большим номиналом;

- большие собственные потерн синтезированных таким способом реактивных элементов;

- сильная частотная зависимость синтезированных отрицательных ироводимостей;

- низкий динамический диапазон но входному сигналу;

- сильная зависимость от напряжения питания.

Таким образом, ЛФ на основе одиотранзнсторных ОПИ не могут найти широкого при.менения в РЭА.

• Предложен новый, разработанный автором, метод реализации ЛФ на ОПИ, позволяющий избежать указанных выше недостатков - . метод нерегулярного (кольцевого) соединения ОПИ (рис.1), в ходе которого преобразуемый иммитанс конвертируется на выходной зажим как минимум по двум ветвям. В результате такого процесса осуществляется как'прямое,-так и обратное преобразования, позволяющие реализовать эквивалент избирательной системы, элементы и параметры которой имеют достаточно высокие показатели.

Именно этот метод й будет Использован при дальнейшей разработке АФ.

V

А ....... г> --- • - --.-»►

Структурная схема взаимного АФ на основе кольцевой структуры ОПИ

Рис. 1

Г .

г 9

Треп.« глава диссертационной работы посвящена вопросам разработки и исследования многотранзисторных ВЧ фильтров па основе кольцевых структур ОПИ.

Автором, исходя из предложенного метода реализации ЛФ - метода кольцевого соединения ОПИ , разработаны и исследованы: взаимный ВЧ фильтр, невзаимные высокодобротные ВЧ АФ, широкополосные ВЧ ЛФ с высокой избирательностью (рис.1). Все приведенные схемы ЛФ защищены авторскими свидетельствами или патентами.. Для анализа схем был использован матричный метод, с помощью которого получены точные выражения для определения основных параметров ЛФ, и таблицы преобразований, позволяющие качссгвеино оценить процессы в АФ и получить инженерные выражения для расчета их параметров.

• В связи с* тем, что параметры АФ на основе ОПИ зависят от параметров транзисторов, па базе которых они реализованы, в. данной главе проведены статистические исследования ЛФ на осиобс кольцевых структур ОПИ. С использованием метода моментов проанализирован один из разработанных автором невзаимных АФ. В ходе анализа показано, что наибольшее влияние на резонансную • частоту АФ оказывает разброс параметра 1т - частоты единичного усиления транзистора. Так как 1т=Ф(1к), где 1к - ток коллектора транзистора, причем в области малых токов эта зависимость проявлется очень сильно, то уменьшение влияния данного параметра на резонансную частоту может быть достигнуто путем соответствующего выбора режима работы по постоянному току.

В целях создания АФ с разлитыми формой АЧХ и параметрами избирательноеш рассмотрены вопроси каскадирования разработанных АФ. Показано, что данную проблему можно'решить использованием традиционных методов: каскадированием посредством емкости связи и каскадированием посредством взаимно расстроенных звеньев АФ. Приведены пракшчеекпе схемы реализации данной проблемы.-

В результате проведенной в данной главе работы:

- создан ряд оригинальных ВЧ фильтров на основе кольцевых структур ОПИ, каждый из которых защищен либо авторским свидетельством, либо патентом; •

- проведен анализ работы всех разработанных схем ЛФ как с позиции теории ОПИ, так и посредством матричного метода;

- предложены методы установки и определены пределы регулировки резонансной • частоты "разработанных АФ при минимальном изменении их основных

Ю

параметров, при этом расхождение теоретических и экспериментальных результатов не превысило 5%; .

- исследована устойчивость предложенных ЛФ и определена чувствительность • взаимного ЛФ к изменению параметров;

- рассмотрены основные методы статистического анализа ЛФ на основе кольцевых структур ОПИ, показано практическое применение метода линеаризации (метода моментов) на одном из разработанных АФ;

- рассмотрены вопросы каскадирования ЛФ пл основе кольцевых структур ОПИ, выявлены особенности, показано практическое решение рассматриваемой проблемы.

В четвертой главе предложена методика расчета АФ на основе кольцевых трук<ур ОПИ, состоящая из дву.х этапов:

- качественною ганализа и приближенного расчета основных параметров АФ с использованием таблиц преобразований;

- точного расчета с использованием метода неопределенных матриц.

I связи с тем, что одним из главных требований, предъявляемых к разработанным АФ, тяегся возможность их реализации в интегральном исполнении, в экспериментальной сти приведены практические схемы АФ на базе интегральных микросхем широкого именення (175УВЗ и 175УВ4), которые были получены с помощью незначительной работки посредством дополнительных внешних элементов.

Основные результаты экспериментальных исследований - это статистические сслсдовання разработанных АФ. В ходе данной работы исследованы по 20 макетных бразцов каждого из разработанных фильтров, причем предварительно были сследованы параметры всех транзисторов, на базе которых эти фильтры троекгпрованы. Практически определены наиболее чувствительные элсмс!ггы схем Ф. Результаты эксперимента сведены в соответствующие таблицы и наглядно родемонсгрированы в виде графиков. Среди исследуемых параметров были: разброс гзонанспой частота, разброс добротности (для высокодобротных фильтров), разброс ЧХ и ФЧХ (для широкополосных фильтров).

В экспериментальной части также рассмотрены вопросы температурной габильноети разработанных АФ. Результаты предстсзлсны в виде соответствующих ?афиков и таблиц.

с •

И

На пукэтгчг сдг-ей ш рттовотапных eses» кокпзка прззпяческая возможное г»-рсгу.игряажз сдаясав qjonjacrani ЛО пжрслстжш соответствующего резлеторз. Покгижц, чзда ви-ь-нгагка рагузирсякз воюем пропуекзкпя в пшрохополссном ЛФ в ?. .-.2,5 рта С е 22 да 55 ЛТГг=} стрт итавгпяи коэффициента передачи ЛФ не более чем на 3 дК.

ОспоЕпяяе гяртлаггртг рсятрзйататыя; ЛФ ( см. рие_2) приведены в следующей таблице: . СОЮЗНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗРАБОТАННЫХ АФ

Таблица I

" Сивгл Л<> [арамстр "— Otea а Cioaó Схема в Схема г

.íianaion ряйаянж чшгвгк, МГц Ю-.ЛИ» 10.. .120 40...100 15—95

еалш всствгажткадгбрттяЕЯпя М5...70 25...50 4...I0* 0.5...4*

оэффкщютг ярттлдкыядоепя эуровшю»011 EC^fra 4-7-8 5J 2.32 1.45...1,8

1аКС|»ОаШ1|ЗНВП!аыеЗЯЯиЭ BÜ2 Ef!í иизкоетии таглет даг ^стсйттагста. i 35 !8 18

гр.хннй предел таваяяэто ¡таена шамтазявта двявагива пг :одно«у гнтняетуг. д5'В -И -40 -35 -30

глииейшлшь . фиаася! ipaKtcrmrnmsa в E-jebera* газгазем х>пус*=яазисаурэо1ас»—~ 1» - и 1,1 0J...0S

гиосетгпалсв жтметятгвг зонасеягая тсстгтвя тзететстя пгг. на чпз« о„мз 0.029 0.0IS

Нртотанпс: ¿япяие в ги'птаг гртвкэвгм дта cswro пса жполмуских тзрязггеторов — 2Т316Г. Icnuiucuraj? пга тртетсггрга{ с гсга« тгзтегигм (г) гатекггяет итаяпт. чзстигоый .дозпэзон . 1фдеХ5Т|_ЛЮТ)5ГТЬ«.

Осптигма гегега-тяте» уз€агпк

1. 1Т]Гиасжа isaapsnürBrii сботр еостаигля вопроса реллзтащт микротлектрошнлх дьтрез!» гпа ошадатагаг юэтерстя» слизана. -го иагмолге гпуаяьпой является задача tpa&rexa А<5> яяияазтл НЧ (2(3—300 МГа). Гибкий и детальный зналга данной ?бле5шз отзяс-jeu: едггеть еызод со кстгальзвзапиа з кгчестЕе базиса теорию ОНИ, ipaSetas'Tiyr»дпл с^лхтигпзс(одттозтетегых ют ;n::-cf;:;o кгсхздпрогзшгых) фильтров.

2. Пртпспзпа хгярггкчжше гсспекжним ОШ1. Р.шготрспи ОПИ га биполярных iB3HCf3pr^ с ггзлггтаммтд esesrnta ¡¿ктяркипя (С5, ОК, ОЭ). Получены выражения,

позволяющие с высокой точностью определить изменение входной и выходной проводимое гей ОНИ при различных нммигансзх источника сигнала и нагрузки. Проведена графическая пнгернрегадил полученных выражений, сдельны выводы о возможности использования той или иной комбинации преобразованных имминшеов при разработке сложных ЛФ на основе ОНИ, которые могут быть генользованм в различной РЭЛ. Рассмотрены некоторые теоретические вопросы использования полевых транзисторов в качестве ОПИ. Впервые исследованы вопросы применения местных обратных связен в одпотранзнсториых 1)4 фильтрах на основе ОНИ Полученные данные позволяют сделать вывод об их эффективности при разработке сложных АФ. Показана бесперспективность разрабоисп ЛФ на основе однотранзисторных ОПИ или "ри их линейном каскадировании ввиду невозможности реализации такими методами АФ с высокими электрическими параметрами. Сделано предположение, которое впоследствии практически и теоретически доказано, о возможности создания так называемых кольцевых структур ОПИ (т.е. их нерегулярного соединения), позволяющих реализовать ЛФ различного класса и назначения с высокими параметрами.

3. Разработан целый-класс ЛФ на основе кольцевых структур ОПИ: взаимные и невзаимные; высокодобротгые ЛФ; широкополосные АФ с высокой избирательностью. Приведены схемы различных ЛФ, защищенных авторскими свидетельствами, проведен их теоретический апхтиз с помощью разработанных автором таблиц лрео-фазовамий, а также метода неопределенных .\пгр;.ц. Получены выражения, позволяющие рассчшап. основные параметры АФ в диапазоне частот, приведены программы расчета Па ЭВМ. Проведены статистические исследования разработан.чы\ схем ЛФ с пелыо выявления возможности их ирпмепстпя в серийно-■способной РЭЛ. Рассмотрены вопросы каскадирования ВЧ ЛФ с цел но получения иысоконзбнрательныч селективных систем. Приведены практические схемы многокаскадных ЛФ.

А. Разработана методика расчета основных параметров ВЧ ЛФ па основе кольцевых структур ОПИ. Показана возможность реализации разработанных ЛФ па интегральных микросхемах широкого применения, па базе коюрых и спроектированы ЛФ. Приведены экспериментальные результаты по статистическому анализу разработанных схсм, дай и\ . сравнительный анализ. Исследован вопрос температурной стабильности разработанных ЛФ. '

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО Т£МЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследование методов построения и разработка аналоговых блоков квадратурного разложения сигналов с высокой мсжканалыгай идентичностью параметров: Отчет НИР /РРТИ, Науч. руководитель ГО.И Судаков. Тема №47-84 А. № ГР 01850022626, Рязань, Í9S7. 86 с. Соисполнитель Л.В Розов.

2. Исследование и разработка схемных и конструкторско-тсхпологичсских принципов построения он то"ътектролпого интерфейса и аналого-цифрового процессора обработки широкополосных сигналов для волоконно-оптических средств передачи информации: Oí чет НИР /РРТИ; Науч. руководитель Ю.И.Судаков. Тема «Святослав». N0 ГР XS7241, Ряпнь, 1987.97 с. Соисполнитель А. В.Powe.

3. Исследование методов построения прием» усилительных трактов с повышенной тыходпой мощностью: Отчет Hill' /РРТИ; Науч. руководитель Ю.И. Судаков. Тема M2J-86. № ГР У37022., Рязань, 1988. 88 с. Соисполнитель Л.В.Розов.

4. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розог, A.B., Матюшкин С.И: Широкополосный ладошумятцнй усилитель с активной коррекцией // XY1 ВНТК: Тезисы докладов. Л.; 988. С. 17.

5. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Гончарснка И.В., Матюшкин С.И., Розов A.B. Уналоговая часть СВЧ устройства квадратурной обработки сигналов // XYI ВНТК: "езисы докладов. Л.: 19S8.C.18.

6. Исследование активного высокочастотного полосового фильтра иа "основе ¡пфферепнналыю! о,каскада / Г.В. Уточкин. A.B. Розов; Рязанский раднотехн. нн-т, -'язапь, 1988 -26с. -Бпблногр.: 3 мази, - Рус. - Дел. в ЦНТИ «Информсвязь» 15.07.88 Гз1369-св.88.

7. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розов A.B., Матюшкин C.II. Широкополосный ¡алотумящнй усилитель с активной коррекцией // ВСРЭ.Ссрня PJIT.19S9,№16 С.85-87

8. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В, Гончаренко П.В., Матюшкин С.И., Розов A.B. латоговая часть СВЧ устройства квадратурной обработки сигналов // ВСРЭ. Серия ЛТ, 1989Л» 16.С.80-84*. " '

9. Исследование перестраиваемого высокочастотного активного фильтра / Г.В. Ъючкин, Л.В. Розов; Рязанский раднотехн. ин-т - Рязань, 1989 -28 с. - Бпблногр.: 5 та». - Рус. - Дел. в НИИЭИР 06.198V №3-8609.

10. Анализ преобразователя частоты с конвертором иммитаис< а на ифференцнальпом каскаде / Г.В.Уточкин, И.В Го^чареико., A.B. Розов, Рязанский тдпотехн. ин-т, -Рязань, 1988 -26с. -Бнблиогр.:. 6 назв. - Рус. - Деп. в ЦН'ГИ "!пформсвязь» 15.07.88 №1367-св.88.

П. К вопросу о преобразовании нммитансов обобщенными преобразователями на шолярных транзисторах / Г.В. Уточкин, A.B. Розов, Рязанский раднотехн. ни-т -наш., 1989. -31 с. - Бнблиогр.: 4 назв. - Рус. - Деп. » НИИЭИР 04.1989 №3-8596

12. Рою« A.B., Уточкин Г В. Исследование новых схем высокочастотных активных плыров ç повышенной стабильностью // ВНТК «Развитие и внедрение новой техники [днопрпомиых устройств»: Тезисы докладов. М.: Радио и спять, 19S9.C.77

13. Уточкин Г.В., Гончаренко И.В., Розов A.B. Исследование балансных :фференцихты1ых преобразователей частоты с совмещенным гетеродином на 'Нверторе нммитансов // B1ITK «Развитие и внедрение повой техники радиоприемных тройств»: Тезисы докладов. М.: Радио и связь, 1989.С.69

14. Вопросы схемотехнической реализации активных высокочастотных фильтров . В. Уточкин, A.B. Розов; Рязанский раднотехн. ин-г - Рязань, 1989. - 18 с. -|блиогр.: 5 назв.- Рус.. - Ден. « ВИНИТИ, №12 ,1989.

15. Моааыко B.C.. Розов АЛ. Ускипсл. на шортоош с nqncuÑ юолосоС пропускан»«. / / Радиотехника, 1989, С.97-99.

16. Уточкин Г.В., Разов АЛ. Активный кш'шттшш «шажшписш фша.гр на основе дифференциального каскада íf XII семлпа; «Элемент прием но-уснтцтЕльпих устройств*: Тсхаси дшзтТалфш: ТРТИ. 1989.С.15

17. Уточкин Г.В., Розов АЛ. Амаяпудно^иплш вюсдш в шашЕшшлш» активных полосовых ф *льтра\ И В] ПК «Сснреэвошнс пфх&хаш фцекжзгхидшагелшо!'! техники к се применение.»: Тсшсы доиздэе. 1Срщз*и;->ск 19S9.C.13.

18. Утошш Г.В., Гаачарсшсо ИЛ, Pesos AB. Ущчжвс хздтатнелп смесителей на длффсрсицоалшзм апяу. // Пй^тчмшздвкжишз зжЕярзашкз в технике связи; Си. статей' Пол ред. И.Ф. Нимхалсаошгв. — SA, Радио ¡а овхзц 11 с.

19. Петров КФ.. Уточкин ГЛ.. Роюе A.B. МамаэтхЕяаий зтаагааеаь шиаао£Я5и;и1Мх импульсов с активной коррекцией^/ Изв. »ум» СССР. Цр- Sepi cjjbiobsc. 11950, AV4 С.55-60 .

20. Аналю влияния сбргтгих связей в транзястсуйишь вишгривуда; авкившаисав на параметры апшшых ВЧ *«1льтроз. ГЛ.Уточхт, АЛ. Раюе; Сашош ¡ршпш, 1Ш-Т - Рязань, 1990.-20 с. - Бибяшнр.: 4 назв.- Р> -Два. ж ШШ31 Сб.JfS® J&3-8728.

21. Уточкин ГЛ., Розов АЛ. Ахпюпые е^кмдгмсгоэтишс ивежюживе фктлры на основе дпффераночлыю! о каскада. II Рслюеолыиа НТК «Сжлтаам ш устройства радиолокации. сг-юн н управления»: Тсзисы дашт Osqwittc, 1Ш.С.1Й.

22. Уточкин ГЛ.. Розов АЛ.. Ажмт A.A. Cisimimxzi шпотщи гаш схемы . активного высокочастотного вазосового флльтра. // Pctjsossmeubm ШК «Сиетсмы н

устройства раднолокацян, сстш и )"праа.1епняа:Тсзасы 19?3.C.l 1

23. A.c. 1587622 СССР, МКИ1 Н03И 1 Вуюсякиамваиый аташшый полосовой фильтр IГЛ Уиз&чх-.«!, АЛ. Р.гзж-ОщЯа. вШ,199SLJÍÍ3S.

24. Ах. 1566461 СССР, МКИ* H03D 7Л4. ПреоЯрюшатга <заетаяпи // ГЖ Уточкин, ИВ. Гончарепко. АЛ. Розес-Отаз. вБИ, I9SÜ, J&J9.

25. A.c. 1587621 СССР.. МКИ'ШЗН 11Л50. АетчшзыЗ {мзыр t ГЖ '"шитая, A.B. Розов-Ощ-пл. в БИ, 1990, Л&31.

26. Исследование высекочасгоп-лго палосчиюго фшьгра 1 ГЖ Упаяюшщ, AM. Розов, A.A. Ачглнн.; Рязанский рршон. ин-т - Рязань. 1993- - ВО с. - Еай шавр.- 3 шзв. -Рус. - Дсп. в Ц1П1! <Лнфгрмсвязьэ К»1?35чж.91, 1951.

27. A.c. 1672556 СССР, МКИ11103JI 11*03. Ликкшм фюыр В ГЖ Уягшкшя, A.B. Розов - Опубл. б БИ, 199 L J&31.

28. A.c. 1758834 СССР, МКИ* IÍC3SÍ 1Ж В^юояоздлдшшй аапжквшВ фильтр / Г.В. Уточкин, A.B. Pujos-Оиу Сл. в БИ, 1992, JuBi

29. Патент 2020732 (Россяк) Актшишм яысозаячэсготшгй фшшлр г" ГЛ. Уточкин. A.B. Розос - ОнлСт. в БИ, 1994, М-16.

3Ü. Розов АЛ.. Брраитгш ВА. Рзднэтсзсфостая сиь евгзетаал SmarTmani-ll на Рязанском отделении Мэк-Я. /7 Аотмзпг^а, тезенехалиаз и сажай. 1993, €32-26. _

31. Розос A.B., Шитое A.B. Устройство фсрмирсыпщал ктдарадзаиго юмгдп для контроллера ST-852 SmarTnaik-11 П Авкиаяшж, сажа». шфертлмика. í&í. С.34-35.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА РАССМАТРИВАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Обзор состояния вопроса реализации микроэлектронных фильтров.

1.2 Задача разработки активных микроэлектронных фильтров ВЧ диапазона.

1.3 Постановка задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОТРАНЗИСТОРНЫХ ВЧ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ ОБОБЩЕННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИММИТАНСА

2.1 Исследование ОПИ на основе биполярного транзистора

2.1.1 Математическая модель идеального ОПИ.

2.1.2 Анализ реальных ОПИ и корректировка математической модели объекта исследования.

2.1.3 Исследование ОПИ на транзисторе с общей базой.

2.1.4 Исследование ОПИ на транзисторе с общим коллектором.

2.1.5 Исследование ОПИ на транзисторе с общим эмиттером.

2.2 Некоторые вопросы использования полевых транзисторов в качестве ОПИ.

2.3 Применение местных обратных связей в однотранзисторных ВЧ фильтрах на основе ОПИ.

2.4 Вопросы реализации однотранзисторных активных фильтров на основе ОПИ.

2.5 Выводы по главе.

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОТРАНЗИСТОРНЫХ ВЧ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ ОПИ

3.1 Разработка и исследование взаимных ВЧ фильтров на основе кольцевых структур ОПИ.

3.2 Разработка и исследование невзаимных ВЧ фильтров на основе кольцевых структур ОПИ.

3.2.1 Разработка и исследование высоко добротных АФ ВЧ диапазона.

3.2.2 Разработка и исследование широкополосных ВЧ АФ на основе дифференциального каскада с высокой избирательностью.

3.3 Статистические исследования АФ на основе кольцевых структур ОПИ.

3.4 Вопросы каскадирования АФ на основе кольцевых структур ОПИ.

3.5 Выводы по главе.

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА АФ НА ОСНОВЕ КОЛЬЦЕВЫХ СТРУКТУР ОПИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Методика расчета АФ на основе кольцевых структур ОПИ.

4.2 Разработка АФ на основе интегральных микросхем широкого применения.

4.3 Результаты экспериментальных исследований

4.3.1 Результаты статистических исследований АФ на основе дифференциального каскада.

4.3.2 Результаты статистических исследований высокодобротных АФ.

4.3.3 Температурные исследования ВЧ АФ на основе кольцевых структур ОПИ.

4.3.4 Основные параметры разработанных АФ.

4.4 Выводы по главе.

Актуальность темы. Непрерывный процесс усложнения радиоэлектронных устройств и их применение в широком диапазоне частот поставили перед разработчиками две задачи первостепенной важности: повышение надежности и уменьшение габаритных размеров при сохранении высоких электрических параметров. При решении этих задач наиболее значительные трудности возникли на этапе создания частотно-избирательных устройств в интегральном исполнении.

В низкочастотном диапазоне эти трудности успешно преодолены путем создания активных RC-фильтров на основе операционных усилителей или дискретных повторителях напряжения. Основополагающие, фундаментальные работы в данной области были сделаны отечественными исследователями, особенно коллективами под руководством Куфлевского Е.И., Ланнэ A.A., а также и крупнейшими зарубежными специалистами: Хейнлейн В., Холмс В., Хьюлсман Л., Мошиц Г., Хорн П. Однако область применения этих фильтров ограничена частотами, на которых можно пренебречь частотной зависимостью коэффициента передачи тока транзистора (в настоящее время до единиц мегагерц).

В диапазоне СВЧ высокоизбирательные миниатюрные фильтры выполняются на основе микрополосковых линий, спиральных резонаторов, сегнетоэлектрических резонаторов и сегнетоэлектрических элементов, использующих поверхностные акустические волны (ПАВ) . Каждая из этих групп фильтров обладает своими специфическими преимуществами: фильтры на микрополосковых линиях и спиральных резонаторах являются наиболее стабильными; фильтры на сегнетоэлектриках могут электрически перестраиваться в широком диапазоне частот; фильтры на основе ПАВ могут иметь амплитудно-частотные характеристики с высокой крутизной 6 скатов. Несмотря на то, что все эти фильтры имеют такие недостатки как зависимость добротности от геометрических размеров и наличие потерь энергии в полосе пропускания, они прочно обосновались в этой области частотного диапазона, и в ближайшее время вряд ли можно будет чем-то их заменить, сохранив при этом высокие электрические характеристики.

Наиболее остро проблема микроминиатюризации частотно-избирательных устройств стоит в диапазоне ВЧ (10.300 МГц). Это связано с тем, что, с одной стороны, в этом диапазоне частот уже не работают фильтры на основе ОУ, а с другой стороны - для реализации высокодобротных фильтров в этом диапазоне требуются относительно большие значения индуктивностей, которые уже не могут быть исполнены по технологии СВЧ техники, а в традиционном исполнении не обеспечивают выполнение задач комплексной микроминиатюризации. Следовательно, для микроминиатюризации фильтров ВЧ диапазона целесообразно использование методов и средств построения фильтров, электрические параметры которых (прежде всего добротность) не зависели бы от геометрических размеров элементов.

Таким образом, разработка активных фильтров ВЧ диапазона, имеющих высокие электрические характеристики и способных быть выполнеными в интегральном исполнении, является весьма насущной и актуальной.

Цель и задача работы. Целью настоящей работы является разработка высокостабильных и серийноспособных активных фильтров различного функционального назначения (взаимные, невзаимные, высокодобротные, широкополосные с высокой избирательностью) для диапазона частот 10. 3 00 МГц.

Для достижения поставленных целей в данной диссертационной работе, предполагается решить следующие задачи: 7

- исследовать теоретические аспекты построения активных фильтров (АФ) ВЧ диапазона;

- создать каталог АФ различного назначения;

- исследовать вопросы устойчивости, возможности перестройки резонансной частоты, регулировки полосы пропускания;

- провести статистические испытания разработанных АФ;

- исследовать возможности каскадирования;

- исследовать вопросы температурной стабильности;

- разработать методику расчета.

Методы исследования. В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные с использованием традиционных методов анализа радиотехнических цепей и сигналов, теории обобщенных преобразователей иммитансов, матричного метода анализа, математической статистики.

Научная новизна. Новыми являются следующие результаты диссертационной работы:

1. Определена возможность использования обобщенных преобразователей иммитанса (ОПИ) на транзисторах для создания высокостабильных и серийноспособных АФ для диапазона частот 10.300 МГц в интегральном исполнении.

2. Получены выражения для входной и выходной проводимостей ОПИ на биполярных и полевых транзисторах (схемы включения ОБ. ОК, ОЭ, ОИ, ОС, 03) при различном характере (активный, емкостной, индуктивный) иммитансов нагрузки и генератора. Приведены графики, отражающие поведение входной и выходной проводимостей в диапазоне частот от (0,011) ^ при изменении режима работы по постоянному току и величины преобразуемого иммитанса. На основании полученных данных составлена таблица преобразований, позволяющая сравнительно просто оценить величину и характер преобразованного иммитанса. 8

3. Впервые рассмотрен вопрос применения местных обратных связей в ОПИ по схеме с ОК. Получены выражения для действительной и мнимой частей выходной и входной проводимостей такого ОПИ при различном характере проводимости цепи обратной связи. Показана важность данного преобразования для процесса управления основными характеристиками АФ на основе ОПИ.

3. Впервые разработаны и всесторонне исследованы ВЧ АФ на основе нерегулярного (кольцевого) соединения ОПИ на биполярных транзисторах, в том числе:

- взаимные ВЧ АФ;

- высокодобротные невзаимные ВЧ АФ;

- широкополосные ВЧ АФ с высокой избирательностью.

4. Разработана методика расчета АФ на основе кольцевых структур ОПИ.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1. Составлены многоуровневые таблицы преобразований разнообразных входных и выходных иммитансов, с помощью которых упрощается синтез АФ на основе ОПИ.

2. На основании теоретических результатов разработаны АФ на основе кольцевой структуры ОПИ различного класса и назначения: взаимные и невзаимные высокодобротные АФ с возможностью перестройки резонансной частоты в широком диапазоне частот; широкополосные взаимные ВЧ АФ с высокой избирательностью и линейностью ФЧХ в полосе пропускания, с возможностью регулировки формы АЧХ и полосы пропускания. Всесторонние экспериментальные исследования данных АФ, в том числе и статистические, показали, что они могут найти широкое применение в РЭА различного назначения. 9

Реализация и внедрение результатов исследований.

1. В РТИ АН СССР им. академика А.Л.Минца (П/я Г-4097) результаты диссертационной работы внедрены в НИОКР при разработке макетного образца аналоговой части блока квадратурного разложения сигнала с высокой межканальной идентичностью параметров.

2. В Департаменте информатизации и связи МПС при разработке методов и средств периодической калибровки мобильного измерительного комплекса «МИКАР».

3. В учебном процессе Рязанской государственной радиотехнической академии.

Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на следующих семинарах и конференциях:

1. ХУ1 Всесоюзная научно-техническая конференция, Ленинград,

1988.

2. Всесоюзная научно-техническая «Развитие и внедрение новой техники радиоприемных устройств», Горький, 1989 г.

3. Всесоюзная научно-техническая конференция «Современные проблемы фазоизмерительной техники и ее применение», Красноярск, 1989г.

4. XII регионально-республиканский семинар «Элементы приемно-усилительных устройств», Таганрог, 1989 г.

5. Региональная научно-техническая конференция «Системы и устройства радиолокации, связи и управления», Свердловск, 1990 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 31 печатная работа. Из них 7 статей в центральной печати, 5 авторских свидетельств СССР, 1

10 патент Российской Федерации, 8 тезисов докладов на ВНТК, 7 депонированных статей, 4 методических указаний к лабораторным работам, 3 отчета по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключение, библиографического списка из наименований и 4 приложений. Диссертация содержит 239 страниц, в том числе 145 с. основного текста с 97 рисунками и 34 таблицами, и 29 с. приложений.

4.4 Выводы по главе

В ходе выполненной в данной главе работы:

1. Предложена методика расчета АФ на основе кольцевых структур ОПИ;

2. Показана возможность реализации АФ на основе интегральных микросхем широкого применения с использованием внешних частотозадающих элементов, благодаря которым, в соответствии с изложенными в главе 2 теоретическими выкладками , формируется требуемая форма АЧХ.

3. Проведены статистические исследования разработанных схем АФ на основе кольцевых структур ОПИ. Благодаря полученным экспериментальным данным сформулированы требования к элементам ОПИ, выявлены наиболее чувствительные позиции, проведен сравнительный анализ схем. Полученные данные позволяют сделать заключение о возможности применения данных АФ в аппаратуре при серийном производстве.

4. Проведены температурные испытания высокодобротных и широкополосных АФ на основе дифференциального каскада. Полученные результаты свидетельствуют о преимуществе разработанных автором схем АФ по сравнению с известными, что позволяет использовать данные АФ в РЭА, работающей в различных климатических условиях.

199

Заключение

В ходе выполнения данной диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Проведен подробный обзор состояния вопроса реализации микроэлектронных фильтров. На основании данного обзора показано, что наиболее актуальной является задача разработки АФ диапазона ВЧ (20.300 МГц). Глубокий и детальный анализ данной проблемы позволил сделать вывод об использовании в качестве базиса теорию ОПИ, разработанную для простейших (однозвенных или линейно-каскадированных) фильтров.

2. Проведены теоретические исследования ОПИ. Рассмотрены ОПИ на биполярных транзисторах с различными схемами включения (ОБ, ОК, ОЭ). Получены выражения, позволяющие с высокой точностью определить изменение входной и выходной проводимостей ОПИ при различных иммитансах источника сигнала и нагрузки. Проведена графическая интерпретация полученных выражений, сделаны выводы о возможности использования той или иной комбинации преобразованных иммитансов при разработке и проектировании сложных АФ на основе ОПИ, которые могут быть использованы в различной РЭА. Рассмотрены некоторые теоретические вопросы использования полевых транзисторов в качестве ОПИ. Впервые исследованы вопросы применения местных обратных связей в однотранзисторных ВЧ фильтрах на основе ОПИ. Полученные данные позволяют сделать вывод об их эффективности при разработке сложных АФ. Показана бесперспективность разработки АФ на основе однотранзисторных ОПИ или их линейном каскадировании ввиду невозможности реализации такими методами АФ с высокими электрическими параметрами. Впервые

200 предположено использование кольцевых структур ОПИ (т.е. их нерегулярного соединения) для реализации АФ различного класса и назначения с высокими параметрами.

3. Разработан целый класс АФ на основе кольцевых структур ОПИ: взаимные и невзаимные ВЧ АФ; высокодобротные АФ; широкополосные АФ. Приведены схемы различных АФ защищенных авторскими свидетельствами, проведен их теоретический анализ с помощью разработанных автором таблиц преобразований, а также методом неопределенных матриц. Получены выражения, позволяющие рассчитать все основные параметры АФ в диапазоне частот, приведены программы расчета на ЭВМ. Проведены статистические исследования разработанных схем АФ с целью выявления возможности их применения в серийноспособной РЭА. Рассмотрены вопросы каскадирования ВЧ АФ на основе кольцевых структур ОПИ с целью получения высокоизбирательных селективных систем. Приведены практические схемы многокаскадных АФ.

4. Разработана методика расчета основных параметров ВЧ АФ на основе кольцевых структур ОПИ. Показана возможность реализации разработанных АФ на интегральных микросхемах широкого применения, на базе которых спроектированы ВЧ АФ. Проделана большая экспериментальная работа по статистическому анализу разработанных схем, дан их сравнительный анализ. Исследован вопрос температурной стабильности.

5. Результатом выполнения данной работы являются:

• 5 авторских свидельств об изобретении

• 1 патент на изобретение

• 7 статей в центральных изданиях

• 7 депонированных статей

202

1. Горохов В.А., Полковский И.М., Стыцько В.П. Комплексная микроминиатюризация в электросвязи.- М.: Радио и связь, 1987.- 280 с.

2. Маркин В.В., Масленников В.В., Сироткин А.П. Активные избирательные устройства радиоаппаратуры./ Под ред.В.В. Масленникова.- М.: Радио и связь, 1987. 216 с.

3. Ланнэ A.A. Оптимальный синтез электрических цепей.- М.: Связь, 1969. 560 с.

4. Маттей Г.Л., Янг Л., Джонс Е.М. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Пер. с англ. -М.:Связь, 1971, т. 1 440 с.

5. Попов П.А. Применение частотных преобразований в теории цепей. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 135 с.

6. Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков Ю.Г. Конструирование и технология микросхем./ Под ред.Ермолаева Ю.П. М.: Радио и связь, 1984.-272 с.

7. Орлов B.C., Бондаренко B.C. Фильтры на поверхностных акустических волнах. М.: Энергия, 1980. - 272 с.

8. Фурсин Г.И. Модуляционные транзисторы перспективные элементы функциональных схем// Электронная промышленность. 1978, №3, С.6-22.

9. Горлинов С.А., Абезгауз И.Д. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением. М.: Энергия, 1970. - 320 с.

10. Ю.Степанова Л.Н., Серьезнов А.Н., Арефьев A.A. Полупроводниковые аналоги индуктивности.// Сб. статей : Полупроводниковая электроника в технике связи. / Под ред. Николаевкого И.Ф. Вып.27, 1988, С.18-32.

11. Стыцько В.П., Аббясов З.А. Микроэлектронные гираторные фильтры низкочастотного диапазона.// Микроэлектроника: Сб. статей / Под ред. Васенкова A.A. М.: Сов. радио, 1973, вып.6.203

12. Филинюк H.A. Активные СВЧ фильтры на транзисторах. М.: Радио и связь, 1987.- 112 с.

13. Николаев И.М., Филинкж H.A. Микроэлектронные устройства и основы их проектирования. М.: Энергия, 1973. - 336 с.

14. Филинкж H.A., Семеренко М.М. Анализ обобщенных преобразователей иммитанса на основе полевых транзисторов. // Полупроводниковая электроника в технике связи: Сб. статей./ Под ред. Николаевского И.Ф. -М: Радио и связь, 1984, №24, С.15-48.

15. Шитулин H.A. Разработка и исследование высокочастотных и высокодобротных активных фильтров. // ТИИЭР,1978, т.71, №1.С.14-38.

16. Схемы с переключаемыми конденсаторами: Тем. выпуск.// ТИИЭР,т.69, №2, С. 17-112.

17. Хейнлейн В.Е., Холмс В.Х. Активные фильтры для интегральных схем. Основы и методы проектирования.: Пер. с англ.- М.: Связь, 1980.- 656 с.

18. Денайер П.Б., Мейлор Дж., Артур Дж. Миниатюрные программные трансверсальныефильтры на ПЗС и МДП- приборах.// ТИИЭР, 1979, т.67, №1. С.49-58.

19. Мейджилл Э.Г., Трико Д.М. Согласованные фильтры на ПЗС для псевдослучайных сигналов. // ТИИЭР, 1979, т.67, №1. С.59-72.

20. Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах./ Под ред. Б.Ф. Высоцкого. М.: Радио и связь, 1984.- 216 с.

21. Остапенко А.К. , Косиков В.И. Активные RC-фильтры на повторителях напряжения.- М.: Радио и связь, 1981 188 с.

22. Мэзон С., Циммерман Г. Электронные цепи, сигналы и системы: Пер. с англ. под ред. Ионкина П.А.-М.: изд-во иностр. литературы, 1963.- 620 с.

23. Анисимов В.И. Топологический расчет электронных схем. Л.: Энергия, 1977.-240 с.204

24. Остапенко А.Г. Расчет параметров линейных электронных схем с помощью беспетлевого графа.// Изв. вузов СССР, Сер. Радиоэлектроника,1979, т.22, №9. С.83-85.

25. Зыков A.A. Теория конечных графов. -Новосибирск: Наука, 1969. 543 с. 26.Атабеков Г.И. Теория линейных электрических цепей. - М.: Сов. радио, I960.-430 с.27.3елях A.A. Основы общей теории линейных электрических схем. М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 220 с.

26. Сигорский В.П. Общая теория четырехполюсника. Киев: Изд-во АН УССР, 1955.-250 с.

27. Нагорный Л.Я. Анализ и расчет усилительных схем. Киев: Гостехиздат, 1963.-244 с.

28. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1987. - 316 с.

29. Влах И., Сингхал К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. М.: Радио и связь, 1988. - 560 с.

30. Иванов В.В. Методы вычислений на ЭВМ. Киев: Наукова думка, 1986. - 582 с.

31. Маттей Д., Янг JI. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Пер. с англ. / Под ред. JI.B. Алексеева. М.: Связь, 1980. - 520 с.

32. Rollet J.M. Stability and power gain invariants of linear two-ports. IRE Trans., 1962, v/ CT-9,№1, p.29-32.

33. Куликовский A.A. Устойчивость активных линеаризованных цепей с усилительными приборами новых типов. М.: Госэнергоиздат, 1962. -192 с.

34. Шварц Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ. М.: Сов.радио,1980.-386 с.

35. Klein W/ Klassifizierung idealer Ubersetzer-vierpole/ Nachrichtentechn/ Z.20 1967, pp.581-684205

36. Kawakami/ Some fundamental considerations on active four-terminal linear networks. IRE Trans/ CT-5. 1978, pp. 105-145.

37. Ламекин В.Ф. Широкополосные интегральные усилители. М.: Сов. радио, 1980.-225 с.

38. Транзисторы, параметры, методы измерений и испытаний./ Под ред. И.Г. Бергельсона. М.: Сов.радио, 1968. - 340 с.

39. К вопросу о преобразовании иммитансов обобщенными преобразователями на биполярных транзисторах. / Уточкин Г.В., Розов A.B., РРТИ -Рязань, 1989. 31 с. - Библиогр.: 4 назв., -Рус. Деп. в НИИЭИР 04.1989 №3-8596.

40. A.c. 1566461 СССР, МКИ4 H03D 7/14. Преобразователь частоты./ Г.В.Уточкин, И.В. Гончаренко, A.B. Розов. Опубл. в БИ, 1990, №19.

41. Транзисторы. Справочник./ Под ред. О.П. Григорьева. М.: Радио и связь. 1989-92с.

42. Петров Е.Ф. Основы расчета элементов радиоприемных устройств. -Рязань: РРТИ, 1978-48с.

43. Кобболд Р. Теория и применение полевых транзисторов./ Пер. с англ. -М.: Энергия, 1975. 260 с.

44. Анализ влияния обратных связей в транзисторных конверторах иммитансов на параметры активных ВЧ фильтров / Уточкин Г.В. , Розов A.B., РРТИ Рязань, 1990. - 20 с. Деп. в НИИЭИР 06.1990,№3-8728.

45. Вопросы схемотехнической реализации активных высокочастотных фильтров / УточкинГ.В., РозовА.В.РРТИ Рязань, 1989, - 18 с. — Деп. в ВИНИТИ №12 1989.206

46. Исследование перестраиваемого высокочастотного активного фильтра / Уточкин Г.В., Розов А.В.РРТИ Рязань, 1989 - 28 е.- Библиогр.: 5 назв. -Рус. - Деп. в НИИЭИР 06.1989, №3-8609.

47. A.c. 1587621 СССР, МКИ4 НОЗН 11/00. Активный фильтр./ Г.В.Уточкин, А.В.Розов. Опубл. в БИ, 1990, №31.

48. Уточкин Г.В., Петров Е.Ф., Розов A.B. Малошумящий усилитель наносекундных импульсов с активной коррекцией.// Известия вузов СССР. Приборостроение, т. XXXII, №4, с.55-60.

49. Карсон Р. Высокочастотные усилители: Пер. с англ./Под ред. В.Р. Магнушевского. М.: Радио и связь, 1987. - 200 с.

50. Исследование активного высокочастотного полосового фильтра на основе дифференциального каскада / Уточкин-Г.В., Розов A.B., РРТИ -Рязань, 1988, 26 с. -.- Библиогр.: 3 назв. - Рус. - Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» 15.07.88 №1369-св.88.

51. А.С. 1672556 СССР, МКИ4 НОЗН 11/00. Активный фильтр./ Г.В. Уточкин, A.B. Розов.- Опубл. в БИ , 1991, №31.

52. A.c. 1758834 СССР, МКИ4 НОЗН 11/00. Высокочастотный активный фильтр./ Г.В.Уточкин, A.B. Розов.- Опубл. в БИ, 1992, №32.

53. Патент 2020732 (Россия) Активный высокочастотный фильтр / Г.В.Уточкин, А.В.Розов Опубл. в БИ, 1994, №16.

54. Мостыко B.C., Розов A.B. Усилитель на микросхемах с переменной полосой пропускания // Радиотехника, 1989. - №8. - С.97-99.

55. Исследование высокочастотного полосового фильтра / Уточкин Г.В., Розов A.B., Амелин A.A. ; РРТИ. Рязань, 1991, - 10 с. - Библиогр.: 3 назв. - Рус. - Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» 1991, №1835-св.91.

56. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розов A.B., Матюшкин С.И. Широкополосный малошумящий усилитель с активной коррекцией // XYI ВНТК: Тезисы доклада. Л.: 1988. С.17.

57. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Гончаренко И.В., Матюшкин С.И., Розов A.B. Аналоговая часть СВЧ устройства квадратурной обработки сигналов // XYI ВНТК: Тезисы доклада. Л.: 1988.С.18.

58. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розов A.B., Матюшкин С.И. Широкополосный малошумящий усилитель с активной коррекцией // ВСРЭ.Серия РЛТ,1989,№16 С.85-87

59. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Гончаренко И.В., Матюшкин С.И., Розов A.B. Аналоговая часть СВЧ устройства квадратурной обработки сигналов // ВСРЭ. Серия РЛТ, 1989,№ 16. С.80-84.

60. Розов A.B., Уточкин Г.В. Исследование новых схем высокочастотных активных фильтров с повышенной стабильностью // ВНТК «Развитие и208внедрение новой техники радиоприемных устройств»: Тезисы докладов. М.: Радио и связь, 1989.С.77

61. Уточкин Г.В., Розов A.B. Активный высокочастотный полосовой фильтр на основе дифференциального каскада // XII Регионально-республиканский семинар «Элементы приемно-усилительных устройств»: Тезисы докладов.Таганрог: ТРТИ, 1989.С.15

62. Уточкин Г.В., Розов A.B. Амплитудно-фазовая конверсия в высокочастотных активных полосовых фильтрах // ВНТК «Современные проблемы фазоизмерительной техники и ее применение.»: Тезисы докладов. Красноярск, 1989.С.15.

63. Уточкин Г.В., Розов A.B. Активные высокочастотные полосовыефильтры на основе дифференциального каскада. // Региональная НТК «Системы и устройства радиолокации, связи и управления»: Тезисы докладов. Свердловск, 1990. С. 10.

64. Уточкин Г.В., Розов A.B., Амелин A.A. Статистическая оптимизация новой схемы активного высокочастотного полосового фильтра. // Региональная НТК «Системы и устройства радиолокации, связи и управления» :Тезисы докладов. Свердловск 1990.С.11

65. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розов A.B. Электрические свойства пассивных элементов интегральных микросхем. Методические указания к209лабораторным работам по курсу «Микроэлектроника», Рязанский радиотех. ин-т. -Рязань, 1989, 12 с.

66. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розов A.B., Гончаренко И.В. Микросхемотехника. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Микроэлектроника», Рязанский радиотех. ин-т. -Рязань, 1987, 24 с.

67. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розов A.B., Гончаренко И.В. Элементы интегральных схем. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Микроэлектроника», Рязанский радиотех. ин-т. -Рязань, 1988, 12 с.

68. Петров Е.Ф., Уточкин Г.В., Розов A.B. Исследование электрических свойств интегрального биполярного транзистора. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Микроэлектроника», Рязанский радиотех. ин-т. -Рязань, 1988, 12 с.

69. Розов A.B., Брунштейн В.А. Радиотелефонная связь системы SmarTrunk-II на Рязанском отделении М.ж.д. // Автоматика, телемеханика и связь, 1997, №4. С.32-36.

70. Розов A.B., Шитов A.B. Устройство формирования импульсного набора для контроллера ST-852 SmarTrunk-II // Автоматика, связь, информатика, 1999, №4. С.34-35.211