STUDIUM ELEKTRONICKÉHO ŘÍZENÍ A REÁLNÉHO CHOVÁNÍ VARIABILNÍCH FILTRAČNÍCH A OSCILAČNÍCH APLIKACÍ MODERNÍCH AKTIVNÍCH PRVKŮ

STUDY OF ELECTRONIC CONTROL AND REAL BEHAVIOR IN VARIABLE FILTERING AND OSCILLATING APPLICATIONS OF MODERN ACTIVE ELEMENTS

dissertation

Czech

Práce pojednává o elektronicky nastavitelných a konfigurovatelných aplikacích moderních aktivních prvků. Velmi často jsou prezentovány rozmanité aktivní prvky v aplikacích filtrů a oscilátorů, které víceméně vychází ze základních a vesměs podobných principů syntézy a návrhu, avšak není provedena detailní studie reálného chování a možností elektronického řízení parametrů. Při precizním návrhu aplikace je však důležité identifikovat problémové vlastnosti a stanovit, jak moc ovlivní funkci zařízení. Je zde srovnáváno několik filtračních struktur založených na běžných i modifikovaných principech integrátorové syntézy z pohledu konfigurovatelnosti, variabilnosti a druhu použitého elektronického řízení. K řízení jsou využívány standardní metody, jako je změna transkonduktance, změna vstupního (intrinzického) odporu proudových svorek a již méně typická možnost řízení pomocí proměnného proudového zesílení. Ta poslední metoda řízení umožnila objevit zcela unikátní filtr s elektronickou změnou přenosu z PZ na FČ, který jednoduchostí překonává běžnější integrátorové struktury, kde je zapotřebí fyzické přepojení v obvodu. Větší část práce je věnována elektronicky řiditelným oscilátorům, a to hlavně kvadraturním. Je prezentováno několik velice jednoduchých typů, které vyžadují nejmenší množství aktivních i pasivních prvků, i složitějších koncepcí, které již vyžadují více aktivních prvků, ale odstraňují některé nevýhody jednoduchých variant. Především je i zde kladen důraz na studium reálného chování, které objasňuje různé problémy se vzájemnou závislostí oscilační podmínky a oscilačního kmitočtu, závislostí amplitudy kvadraturních oscilátorů na ladícím parametru, vlivu změny ladícího parametru na plnění oscilačních podmínek, atd. V rámci této části byl definován nový typ či modifikace aktivního prvku tzv. current-gain-controlled current conveyor transconductance amplifier (CGCCCTA). Požadavek na nové aplikace zejména v oblastí oscilátorů pro Ústavem telekomunikací nově vyvíjený proudový zesilovač a digitálně řízený proudový zesilovač nechal vzniknout několika kapitolám práce, kde může být tento prvek výhodně použit. Podstatný přínos, který je důležitý především pro praxi, spočívá v testování většiny navržených obvodů experimentálně a stanovení přesných návrhových vztahů, které zohledňují reálné chování obvodu a potvrzují experimenty získané výsledky.

The thesis deals with electronically adjustable and configurable applications of the modern active elements. In the field there were presented various active elements in applications of the analog filters and oscillators which stem from basic and more or less similar principles of circuit synthesis and design. However, there is not provided study of real behavior in detail and in most cases electronic control of the various parameters in application is not verified. In the precise design of application is very important to identify problematic features and determine how much it influences functionality of the device. In this work several filtering structures based on common and modified synthesis principles (integrator loops) are compared in the view of multifunctionality, configurability, variability, kind of used electronic control and impact of influences of real elements on behavior. There are used standard methods like adjusting of variable transconductance, intrinsic value of current input resistance and not so common method based on variable current gain in design of modified and improved multifunctional filtering circuits. The last method of mentioned control enabled to find quite unique filter which allows continuous electronic change of transfer from band-reject to all-pass filter of the 2nd order without reconnection. It is much simpler than previous and more common integrator loops. Larger part of this work is focused on electronically controllable oscillators mainly on quadrature types. There is presented several very simply and elementary realizations which require minimal number of active and passive elements. There are also slightly or more complicated solutions which remove some drawbacks of mentioned simpler variants. First of all there is given attention on study of real behavior which make obvious different problems with mutual dependence of oscillation condition and oscillation frequency, dependence of produced amplitudes (quadrature types) on parameter which is controlling oscillation frequency, influence of this parameter on oscillation condition, etc. In the framework of this part of the thesis there was introduced a novel modification of current conveyor transconductance amplifier (CCTA) so called current-gain-controlled current conveyor transconductance amplifier (CGCCCTA). Requirements for novel applications in the field of oscillators for newly developed controllable current amplifier and digitally controllable current amplifier (DACA) at the Department of Telecommunication FEEC BUT lead to creation of several chapters of this work where mentioned active elements can be used. The important contribution of this work (for practical approach) is also experimental testing of most of designed circuits and determination of exact design equations and rules which take into account real behavior of circuits and confirm results obtained from experiments.

Proudový, napěťový a smíšený mód, kmitočtové filtry, multifunkční struktury, elektronické řízení a rekonfigurace, variabilnost, oscilátor, kvadraturní oscilátor, OTA, MO-CCCII, ECCII-, CCTA, CGCCCTA, řiditelný proudový zeslabovač, řiditelný proudový zesilovač, reálné chování, experimentální ověřování.

Current, voltage and mixed mode, frequency filters, multifunctional structures, electronic control and reconfiguration, variability, oscillator, quadrature oscillator, OTA, MO-CCCII, ECCII-, CCTA, CGCCCTA, controllable current attenuator, controllable current amplifier, real behavior, experimental verification.

ŠOTNER, R.

16. 4. 2012

VUTIUM, VĚDECKÉ SPISY VYSOKÉHO UČENÍ TECHNICKÉHO V BRNĚ, Edice PhD Thesis, sv. 648, ISSN: 1213-4198, ISBN: 978-80-214-4465-2

Brno

1

32

32