Исследование и оптимизация динамических характеристик интегральных операционных усилителей при больших входных воздействиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат технических наук Мордкович, Анатолий Григорьевич

• Мордкович, Анатолий Григорьевич
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мордкович, Анатолий Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ. . . ^

Глава I. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ 07 ПН БСШЫЩХ

ВХОДНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ.

1.1. Обобщенная модель интегрального 07 для определения динамических параметров при больших входных воздействиях.

1.2. Определение скорости нарастания выходного напряжения.

1.3. Время восстановления интегральных 07.

1.4. Расчет параметров корректирующих звеньев.

1.5. Результаты экспериментального исследования динамики при больших входных воздействиях

Выводы.

Глава 2. ОПТИМИЗАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХШКТЕНСТИК

В РЕЖИМЕ БОЛЬШОГО СИГНАЛА.

2.1. Постановка задачи оптимизации быстродействия 07 "в большом".

2.2. Структурная оптимизация.

2.3. Параметрическая оптимизация.

Выводы.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 07 С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ 7СИЛЕНИЖ В КОНТУРЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПН ваших ВХОДНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ.

3.1. Назначение и области применения 07 с дополнительным усилением в контуре обратной связи

3.2. Особенности протекания переходных процессов в 07 с дополнительным усилением в кон

3.3. Математическая модель 07 о активным ограничением уровня выходного напряжения

3.4. Исследование динамических характеристик интегральных 07 о дополнительным усилением в контуре обратной связи методом математического моделирования.

3.5. Пример практического применения 07 с ограничением уровня выходного напряжения в аппаратуре промышленной автоматики

3.6. Результаты экспериментального исследования 07 с дополнительным 7силением в контуре обратной связи.

Выводы. туре обратной связи

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и оптимизация динамических характеристик интегральных операционных усилителей при больших входных воздействиях»

Развитие микроэлектроники и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) привели к широкому применению интегральных операционных усилителей (ОУ) как универсального элемента аналоговых и аналого-цифровых подсистем АСУШ.

В аналоговых системах автоматического управления ОУ используются для выполнения математических операций (алгебраического сложения, интегрирования, дифференцирования), для построения функциональных преобразователей, активных фильтров, задающих генераторов стабильной частоты, прецизионных компараторов напряжения и тока. В цифровых системах, целесообразность практического применения которых резко возросла с освоением серийного производства микропроцессорных наборов и микроЭШ, ОУ используются для прямого и обратного преобразования цифровых и аналоговых сигналов (ЦАП и АВД), для построения устройств связи с объектом управления: вторичных датчиков, устройств гальванической развязки аналоговых сигналов и др. При этом как в аналоговых, так и в цифровых системах технические характеристики ОУ (точность, стабильность, быстродействие) в большой степени определяют соответствующие характеристики устройства в целом. Расширение областей применения АСУШ. в том числе автоматизация быстропротекающих процессов и быстродействующих объектов, внедрение новых более совершенных алгоритмов управления, а также постоянно возрастающие требования к качеству процессов управления вызывают необходимость повышения быстродействия ОУ.

Вместе с тем обеспечение запаса устойчивости при работе в широком диапазоне значений коэффициентов обратной связи, что характерно при использовании универсальных интегральных ОУ в системах автоматического управления, приводит к существенному ограничению их быстродействия.

Вопросы обеспечения максимально достижимого быстродействия при работе 07 в широком диапазоне значений коэффициентов обратной связи хорошо изучены для линейных режимов работы усилителей. Достаточно назвать работы Боде Г. [I] , Артыма А.Д. [2] , Полонни-кова Д.Е. [з] , Лурье Б.А. [Зб] , в которых наиболее полно рассмотрены воцросы теории операционных усилителей, в том числе вопросы синтеза амплитудно-фазовых характеристик (АФХ). обеспечивающих заданные запасы устойчивости (по фазе или амплитуде) и оптимальную полосу пропускания "в малом". В работах [4.9,13,15, 24.25] даются конкретные рекомендации по синтезу АФХ и параметров корректируадзх звеньев для конкретных типов ОУ и фиксированных значений коэффициента обратной связи.

В то же время реальное быстродействие АСУТП в целом достигается только при быстрой реакции ОУ во всем диапазоне входных сигналов как по величине, так и по скорости изменения, в том числе в режимах так называемой динамической перегрузки [16,17] . когда все или отдельные усилительные каскады 07 работают в режиме ограничения: отсечки или насыщения. Быстродействие интегральных 07 в этих условиях снижается в сотни и даже тысячи раз«

Вместе с тем для решения большого числа задач в области разработки аппаратных средств систем автоматического управления требуется обеспечение высокого быстродействия ОУ именно при больших входных воздействиях. Действительно, уменьшение быстродействия в режиме большого сигнала существенно ограничивает допустимые частоты, скважность и длительность импульсных входных воздействий. Это обстоятельство приводит к ухудшению динамических характеристик устройств преобразования цифровой информации в аналоговую и, наоборот (ЩП и АЦП), амплитудных, частотных и широтно-импулъсеых модуляторов и демодуляторов, импульсных стабилизаторов напряжения и тока, систем фазоимпульсного преобразования и других устройств, в которых интегральные ОУ являются основным элементом.

Уменьшение быстродействия при больших входных воздействиях для ОУ, используемых в органах сравнения замкнутых АСУ1П, приводит к тому, что при больших рассогласованиях реальные переходные процессы существенно отличаются от рассчитанных по малосигнальным параметрам.

Наличие нелинейных искажений на высоких частотах при обработке гармонических входных сигналов прямо связано с ограниченным быстродействием ОУ в режиме большого сигнала [41,50] . Это обстоятельство приходится учитывать при проектировании активных фильтров высокой частоты и полосовых. Более того, предельное быстродействие "в большом" часто требуется обеспечить для ОУ, работающих в относительно медленно действующих АСУШ, имевдих большое число (несколько сотен) входных сигналов. Широко применяемый в таких системах принцип мультиплексирования требует обеспечения высоких динамических параметров ОУ, работающих в устройствах обработки входной информации.

Выпускаемые серийно интегральные ОУ имеют внутренние или внешние корректирующие звенья, рассчитанные для обеспечения устойчивости и/или заданного качества переходного процесса при изменении коэффициента обратной связи от нуля до I. В то же время в устройствах промышленной амтоматики широко используются схемы, в которых в цепь обратной связи ОУ включены активные элементы, что существенно расширяет диапазон возможных значений коэффициента обратной связи. Характерным и наиболее часто применяемым вариантом использования ОУ с дополнительным усилением в контуре обратной связи является схема с управляемым прецизионным Фграничением уровня выходного напряжения, позволяющая обеспечить точность ограничения с погрешностью, не превышающей сотые доли процента. В то же время использование в этих схемах стандартных корректирующих звеньев, рекомендуемых в технической документации, неизбежно приводит к потере устойчивости ОУ.

К настоящему времени накоплен значительный опыт разработки и применения интегральных ОУ в системах промышленной автоматики. Однако реализация быстро усложняющихся алгоритмов управления, постоянно опережающих возможности серийно выпускаемых микросхем, часто требует использовать предельные возможности конкретных типов 07. Действительно, обеспечение максимального быстродействия "в большом" прямо связано о форсировочными способностями усилительных каскадов [18.20] , увеличение которых приводит к увеличению рассеиваемой мощности. Это обстоятельство при заданном объеме кристалла приводит к снижению допустимой полезной мощности и противоречит тенденции увеличения степени интеграции. Существенным является и тот факт, что одновременное обеспечение высоких требований к статическим характеристикам (например, стабильности к воздействию эксплуатационных факторов) и быстродействию при больших входных воздействиях является противоречивой задачей [21] .

В этих условиях особую актуальность приобретают вопросы синтеза корректирующих звеньев (внутренних или внешних), обеспечивающих максимально достижимое быстродействие при больших входных сигналах для заданных статических параметров базовой схемы интегрального ОУ. Решение этой задачи позволяет существенно уменьшить номенклатуру ОУ в устройствах промышленной автоматики, исключить необоснованное применение более дорогих специализированных типов ОУ и, таким образом, дать ощутимый народнохозяйственный эффект.

Вопросам исследования статических и динамических характеристик ОУ, рассмотрению принципов построения различных функциональных устройств на основе ОУ посвящено много работ, В ряде из них рассмотрены принципы построения ОУ» дано обоснование эквивалентных схем для расчета погрешностей, определяемых конечным значением коэффициента усиления» напряжением смещения нуля» величиной входных токов и их разностью» температурными и временными дрейфами входных токов и напряжений; в них приведены малосигнальные линеаризованные модели отдельных каскадов и ОУ в целом, позволяющие рассчитать их частотные характеристики [1.14] .

Одним из основных и наиболее сложных вопросов в теории ОУ является синтез корректирующих звеньев» обеспечивающих устойчивость и удовлетворительное качество переходных процессов при вариациях коэффициента обратной связи в широком диапазоне. Наиболее полно эти вопросы для малых входных воздействий рассмотрены в[1.3] . Значительное число работ посвящено исследованию вопросов оптимизации быстродействия "в малом" для заданного конечного диапазона изменения коэффициента обратной связи. Применительно к полупроводниковым ОУ с непосредственными связями эти вопросы рассмотрены в[3] . В работах [4,24.35,40] приводятся рекомендации по улучшению динамических характеристик отдельных типов ОУ или некоторых вариантов их применения.

Ййесте с тем, несмотря на то, что реально ОУ работают при конечных входных воздействиях, и переходные процессы в них определяются в большой степени наличием участков ограничения в характеристиках "вход-выход" усилительных каскадов, динамичеокие характеристики ОУ "в большом" исследованы в значительно меньшей степени, чем для малых входных воздействий. В некоторых из имеющихся работ просто обращается внимание на существенное снижение быстродействия ОУ при больших входных воздействиях [3,5,12,37]. В монографиях А.Б .Гребена {20], Дж.Грэма. Дж.Тоби, Л.Хьшсмана [41], И.Достала [21] качественно анализируется процесс нарастания выходного напряжения, даютоя аналитические выражения для определения максимальной скорости нарастания выходного напряжения ОУ, корректированного одним простейшим звеном, приводятся рекомендации по улучшению топологии и схемотехники интегральных ОУ. В работе В.И .Анисимова и др. [17] предложен оригинальный способ повышения скорости нарастания выходного напряжения путем использования квазилинейных дифференциальных входных каскадов. В работе [16] этих же авторов предложена структура двухканального ОУ, имеющего улучшенные динамические параметры для малых и больших входных воздействиях. Исследование А.А .Данилова и Д.ЕЛолонникова [43] посвящено разработке специализированных усилительных каскадов и новых структур интегральных ОУ, позволяющих повысить их быстродействие.

При этом явно недостаточно исследованы вопросы протекания переходных процессов в режиме большого сигнала частотно-компенсированных ОУ с многополюсной передаточной функцией. Следует, правда, отметить исследования (100.102]специалистов ШМ МП, посвященные расчету скорости нарастания ОУ с АФХ, имеющей два полюса. Однако полученные авторами этих работ аналитические выражения учитывают не все варианты протекания процесса нарастания и нуждаются в уточнении. Автору не известны исследования, посвященные восстановлению интегральных ОУ после отключения перегрузки. Вдесте с тем пренебрежение конечным значением времени восстановления может привести к потере устойчивости замкнутого ОУ или, во всяком случае, к весьма сильному отличию реальных переходных процессов от желаемых. Несмотря на это воцросы расчета времени восстановления, исследования его зависимости от статическихгпнраметров ОУ, решающих сопротивлений, корректирующих звеньев вообще не освещены в литературе. Время восстановления не приводится в паспортных данных на серийно выпускаемые интегральные отечественные ОУ.

Только недостаточным исследованием поведения ОУ при больших входных сигналах можно объяснить тот факт, что даже в наиболее глубоко разработанной области применения ОУ - теории активных фильтров, построенных на базе интегральных ОУ - ограничения, накладываемые на характеристики фильтров динамическими параметрами ОУ в режиме большого сигнала, не учитываются [27,29.34] .

В работах, освещающих вопросы расчета параметров корректирующих конденсаторов и резисторов по полученным в результате синтеза значениям полюсов и нулей передачи передаточной функции ОУ [5,45.47] , не учитывается статистический характер вариаций статических параметров усилительных каскадов под воздействием технологических и эксплуатационных факторов, что приводит к неоправданному ограничению быстродействия ОУ как при малых, так и при больших входных воздействиях.

Практически отсутствуют исследования, посвященные методам синтеза корректирующих звеньев ОУ, построенных по принципу усилителей постоянного тока с непосредственными связями, для обеспечения требуемого запаса устойчивости "в малом" при получении максимально-достижимого быстродействия в режиме большого сигнала . Не разработаны рекомендации по выбору числа, мест включения и параметров корректирующих звеньев, позволяющему реализовать оптимальные по быстродействию ОУ при заданных статических параметрах базовой схемы ОУ.

При исследовании вопросов применения усилителей о коэффициентом обратной связи, превышающим единицу [13.48,49.84], практически не рассмотрена проблема влияния динамических параметров ОУ при больших входных воздействиях на устойчивость и качество переходных процессов; отсутствуют рекомендации по синтезу параметров корректирующих звеньев и решавших сопротивлений.

Таким образом, целью диссертационной работы является обеспечение максимально достижимого быстродействия интегральных ОУ (с заданными параметрами базовой схемы)» работающих при больших входных воздействиях в широком диапазоне значений коэффициента обратной связи. Достижение этой цели потребовало решения следующих основных задач:

1) исследование особенностей протекания переходных процессов ОУ при больших входных воздействиях и разработка алгоритмов расчета основных динамических параметров при больших входных воздействиях;

2) разработка методики оптимизации коррекции ОУ по критерию наибольшего быстродействия "в большом";

3) исследование динамических характеристик интегральных 07 с коэффициентом обратной связи, превышающим единицу, разработка рекомендаций по синтезу корректирующих звеньев и решающих сопротивлений, обеспечивающих устойчивость и благоприятное протекание переходных процессов.

В первой главе диооертации с помощью обобщенной модели рассматриваются переходные процессы в ОУ при больших входных воздействиях. В результате анализа переходных процессов получены алгоритмы расчета максимальной скорости нарастания выходного напряжения и времени восстановления при различном числе корректирующих звеньев. Рассматриваются особенности включения корректирующих звеньев в суммирующей точке ОУ, даются рекомендации по целесообразным вариантам применения такой коррекции, приводятся соответствующие алгоритмы расчета динамических параметров "большого" сигнала. Исследуется влияние технологического и эксплуатационного разброса параметров усилительных каскадов ОУ, обусловленных особенностями интегральной технологии, на расчет параметров корректирующих звеньев. Для расчета элементов коррекции с учетом статистического характера параметров усилительных каскадов ОУ предложено использовать метод определяющего параметра, позволяющий установить достоверную количественную связь между увеличением частоты единичного усиления и числом отбракованных 07 из данной выборки.

Приведены программы расчета максимальной скорости нарастания выходного напряжения и времени восстановления на языке ФОРТРАН и даются результаты расчета этих параметров для четырех типов интегральных ОУ серий KI40 и KI53. Полученные расчетным путем данные сравниваются с результатами экспериментальных исследований, проведенных на выборках по 150 образцов ОУ каждого типа.

Во второй главе предлагается методика оптимизации корректирующих звеньев ОУ по критерию получения максимального быстродействия "в большом" при обеспечении заданного запаса устойчивости "в малом". Показано, что задачу оптимизации целесообразно решать в два этапа. На первом этапе (структурная оптимизация) выбираются число и места включения корректирующих звеньев. На втором (параметрическая оптимизация) - определяются параметры корректирующих звеньев, обеспечивающие оптимальное быстродействие при больших входных сигналах. Задача параметрической оптимизации решается методами:«нелинейного программирования. На основе анализа сущест-вушщ. методов нелинейного программирования обоснована целесообразность применения методов прямого поиска с ограничениями. Разработаны конкретные алгоритмы параметрической оптимизации с использованием комплекс-метода и метода сканирования, который модифицирован с учетом особенностей решаемой задачи. Из рассмотрения особенностей алгоритма определения максимальной скорости нарастания выходного напряжения и требований по обеспечению запаса устойчивости "в малом" сформулированы ограничения, накладываемые на область определения оптимизируемых параметров и целевой функции. Описаны программы оптимизации , выполненные наязыке ФОРТРАН. Приведены результаты оптимизации (структурной и параметрической) ОУ серий К140 и КЕ53, подтвержденные экспериментальной проверкой и опытом промышленной эксплуатации.

В третьей главе исследованы особенности протекания переходных процессов интегральных ОУ с коэффициентом обратной связи больше единицы. Определены области применения таких ОУ, показано их преимущество перед другими вариантами реализации управляемого прецизионного ограничения уровня выходного напряжения. С целью анализа динамических характеристик и синтеза корректирующих звеньев разработана математическая модель ОУ с дополнительным усилением в контуре обратной связи. Модель учитывает нелинейность характеристик "вход—выход " усилительных каскадов ОУ и активных элементов» включаемых в цепь обратной связи* и позволяет рассчитывать переходные процессы при произвольных входных воздействиях. Описана блок-схема программы, реализующей решение полученной системы дифференциальных и алгебраических квазилинейных уравнений. Для различных начальных условий на корректирующих конденсаторах, различных соотношений входной сигнал/опорное напряжение и варьируемых параметрах решающих сопротивлений с помощью математической модели проведены расчеты переходных процессов. Анализ расчетных данных позволил получить области определения параметров решающих сопротивлений, обеспечивающих наилучшее статические характеристики и благоприятное протекание переходных процессов. Синтезированы корректирующие звенья, обеспечивающие устойчивость "в. Уралом" и "в большом" для различных типов ОУ, включаемых в канал прямого усиления и в цепь нелинейной обратной связи. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями и опытом эксплуатации на Выборгской выпряштельно-инверторной подстанции электропередачи СССР-Финляндия аппаратуры регулирования преобразовательных мостов, включающей 07 с дополнительным усилением в контуре обратной связи.

В приложении приведены тексты программ для алгоритмов определения динамических параметров "большого" сигнала, параметрической оптимизации скорости нарастания выходного напряжения комплекс-методом и методом сканирования, а также программы, реализующие математичеокую модель 07 с дополнительным усилением в контуре обратной связи. Там же даны расчетные схемы некоторых типов 07 серий КЕ40 и КЕ53.

Диссертационная работа выполнена в рамках создания электронных систем автоматизации мощных и сверхмощных энергетических объектов по заданию 01.02.09 целевой комплексной научно-технической программы 0Ц.003.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

- математическое описание процессов нарастания выходного напряжения и восстановления после отключения перегрузки интегральных многокаскадных 07 с переменным числом корректирующих звеньев при больших входных воздействиях;

- алгоритм расчета основных динамических параметров интегральных 07 при больших входных воздействиях;

- методика синтеза корректирующих звеньев интегрального ОУ, обеспечивающая для заданной базовой схемы максимальную скорость нарастания и включающая этапы структурной и параметрической оптимизации;

- нелинейная математическая модель интегрального ОУ с дополнительным усилением в контуре обратной связи, полученные с помощью модели зависимости качества переходных процессов при больщих входных воздействиях от параметров корректирующих звеньев, решающих сопротивлений и начальных условий;

- рекомендации по оинтезу корректирующих звеньев интегральных 07 с коэффициентом обратной связи, превышающим единицу.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Мордкович, Анатолий Григорьевич

2.1. Результаты исследования автора в области динамики ОУ включены в отраслевой стандарт Министерства электронной промышленности "Микросхемы интегральные полупроводниковые. Серия 140. Руководство по применению. Отраслевой стандарт ОСТ II.EK0.342.003"

2.2. При непосредственном участии автора разработаны операционные усилители типа ОТУ 4/2 с оптимальной по быстродействию коррекцией. Разработанные ОУ внедрены на Волжской подстанции передачи постоянного тока Волгоград-Донбасс.

2.3. В комплектах аппаратуры управления и регулирования для мощного испытательного стенда в г.Тольятти и передачи постоянного тока Экибастуз-Центр (опытный образец) использованы ОУ с корректирующими звеньями, синтезированными автором и позволившими более чем в три раза улучшить быстродействие "в большом".

2.4. Разработанный автором комплекс машинных программ, предназначенный для: а) расчета динамических параметров ОУ в режиме большого сигнала; б) оптимизации быстродействия ОУ при больших входных воздействиях; в) анализа переходных процессов и синтеза корректирующих звеньев ОУ с дополнительным усилением в контуре обратной связи используется в ВЗИ имени В.И .Ленина при разработке аппаратуры автоматического управления, содержащей интегральные микросхемы.

2.5. Автором разработаны устройства регулируемого ограничения и координации работы различных каналов регуляторов через их взаимное ограничение, которые широко использованы в аппаратуре управления и регулирования преобразовательных мостов внпрями-тельно-инверторной подстанции электропередачи СССР - Финляндия. Аппаратура внедрена в промышленную эксплуатацию.

3. По теме диссертации опубликованы 7 статей, получено 2 авторских свидетельства. Результаты работы докладывались: на Всесоюзной конференции "Новые бесконтактные электронные устройства" (г.Москва, ЩНШ, 1970 г.); на Всесоюзной конференции "Новые полупроводниковые электронные устройства" (г.Москва, МДНТЛ. 1972 г.); на 1У Всесоюзной конференции по планированию и автоматизации эксперимента (г.Москва, 1973 г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Применение микроэлектроники в силовой преобразовательной технике" (г.Москва, МИГООЭиЗП, 1978 г.) на Всесоюзном научно-техническом совещании "Преобразовательная техника в энергетике (ПТЭН-84)" (г.Ленинград, 1984 г.)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. Основным теоретическим результатом диссертационной работы является создание методики анализа динамических характеристик и синтеза корректирующих звеньев одноканальных интегральных ОУ, работающих в широком диапазоне значений коэффициентов обратной связи при больших входных воздействиях. Предложенная методика позволяет обеспечить максимально' достижимое быстродействие интегральных ОУ при заданных параметрах базовой схемы. В процессе решения этой задачи получены следующие научные результаты:

1.1. Предложена обобщенная модель интегрального ОУ с переменным числом корректирующих звеньев для расчета динамических параметров в режиме большого сигнала.

1.2. Разработаны алгоритмы расчета основных динамических параметров ОУ в режиме большого сигнала - максимальной скорости нарастания выходного напряжения S и времени восстановленияtg . Алгоритмы получены на основании анализа переходных процессов в обобщенной модели ОУ.

Определены основные факторы, влияющие на быстродействие "в большом": форсировочные способности каскадов, расположенных перед корректирующими звеньями, число и расположение на фазовой плоскости нулей и полюсов амплитудно-фазовой характеристики, степень перегрузки ОУ.

Экспериментальное исследование на выборках по 150 образцов ОУ различных серий показало хорошее совпадение реальных и расчетных характеристик.

1.3. Разработан алгоритм расчета времени восстановления ОУ с корректирующим звеном в суммирующей точке. Показано, что коррекция в суммирующей точке обеспечивает предельно достижимое быстродействие в конечном, но широком диапазоне значений коэффициента обратной связи при сохранении заданных требований к запасу устойчивости "в малом".

1.4. Решена задача оптимизации быстродействия 0У при больших входных воздействиях. Предложена процедура оптимизации, проводимая в два этапа. На первом этапе (структурная оптимизация) выбираются число и места включения корректирующих звеньев, обеспечивающих максимальное быстродействие. На втором этапе (параметрическая оптимизация) определяются параметры корректирующих звеньев, доставляющих оптимум целевой функции. Параметрическая оптимизация выполнена методами нелинейного программирования, позволяющими оптимизировать скорость нарастания выходного напряжения при наличии ограничений, накладываемых на область определения оптимизируемых параметров требованиями физической реализуемости и условиями устойчивости "в малом".

Предложены два варианта решения задачи на ЭШ: комплекс-методом и методом сканирования, которые обеопечивают отыскание глобального экстремума или близкого к нему значения и минимальных затрат ручного труда при подготовке задачи к решению.

Исследовано влияние времени поиска на точность достижения глобального экстремума.

Экспериментальное исследование динамических параметров 0У с корректирующими звеньями, синтезированными автором по разработанной методике, подтвердило повышение быстродействия 0У в 3,5-5 раз ( по сравнению с быстродействием, гарантированным разработчиками | микросхемы.

1.5. Разработана математическая модель 0У с дополнительным усилением в контуре обратной связи. С помощью модели получены зависимости быстродействия при больших входных воздействиях от следующих факторов: параметров решающих цепей, соотношения опорного и входного напряжений, начальных условий на корректирующих конденсаторах, параметров корректирующих звеньев.

Разработаны рекомендации по синтезу корректирующих звеньев, обеспечивающих благоприятное протекание переходных процессов. Результаты синтеза корректирующих звеньев с помощью ЭВМ подтверждены экспериментальными исследованиями.

2. Результаты диссертации нашли следующее практическое применение:

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мордкович, Анатолий Григорьевич, 1984 год

1. Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. Иностранная литература, М., 1948, 641 с.

2. Артым А.Д. Усилители с обратной связью. Анализ, и синтез, Энергия, Л-д, 1969, 248 с.

3. Полонников Д.Е. Решающие усилители. Энергия, М., 1973, 247 о.

4. Анисимов В.И., Голубев А.П. К выбору оптимальной частотной характеристики транзиоторных операционных усилителей, Автоматика и телемеханика, т.ШУ, В 10, 1965, с.1832-1837.

5. Шило В.Л., Линейные интегральные схемы. Сов.радио, M.I979, 368 с.

6. Мен джин ский Е. Операционные усилители постоянного тока, Энергия, М., 1967, 136 с.

7. Чесноков A.A. Решающие уоилители, Энергия, 1969, 104 с.

8. Анисимов В.И., Годубев А.П. Некоторые вопросы проектирования широкополосных транзисторных операционньЕаусилителей. Сб.Полупроводниковые прибор! и их применение, вып.13, Сов«Радио,1. М., 1965, с.199-212.

9. Гальперин М.В., Злобин Ю.П., Павленко В.А. Транзисторные усилители постоянного тока. Энергия, М. 1972, 272 с.

10. Алексенко А.Г., Шило В.Л. Основные параметры и эквивалентные схемы операционных уоилителей, в кн.Микроэлектроника, вып.5, Сов.Радио. М., 1972, с.27-47.

11. Волгин Л.И. Анализ операционных усилителей с дифференциальным входом. Автометрия. № 5, 1970.

12. Джиффорд Я., Марккула М. Внутренние характеристики и внешние цепи операционных усилителей. Электроника. Русск.пер., № 24, 1967.

13. Захаров В.К. Электронные элементы автоматики, Энергия, М., 1967, 352 о.

14. Лидс M.B. Линейные интегральные схемы, часть 4, Операционный усилитель, Электроника, пер.с англ., № 16, 1967.

15. Павленко В.А. Электрические системы регулирования о сигналом связи постоянного тока, Энергия, М., 1971, 456 с.

16. Анисимов В.И., Капитонов М.В., Соколов Ю.М. Быстродействие транзисторных операционных усилителей в режиме динамической перегрузки. Автоматика и телемеханика, № 2, 1974, с.170-178.

17. Анисимов В.И. и др. Операционные усилители с непосредственными связями каскадов, Энергия, Л-д, 1979, 151 с.

18. Мордкович А .Г., Носик Л.П., Ольшванг М.В. Динамика операционных усилителей на базе интегральных микросхем, в кн .Новые полупроводниковые электронные устройства, изд .ВДЕЛИ им .Дзержинского, М., 1972, с.60-65.

19. Мордкович А.Г., Громов П.И. Особенности переходных характеристик интегральных операционных усилителей, в сб.Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах. Труды ВЭИ. вып.69, 1980, с.76-82.

20. Гребен А.Б. Проектирование аналоговых интегральных схем, пер. с англ., Энергия, М., 1976, 256 с.

21. Достал И., Операционные усилители, Мир, М., 1982 , 512 с.

22. Полонников Д.Е. Широкополооные решающие (операционные) усилители, Автоматика и телемаханика, J& 12, i960.

23. Лурье Б.Я., Проектирование транзисторных усилителей с глубокой отрицательной обратной связью, Связь, М., 1965, 151 с.

24. Рыжиков В.А. Частотная коррекция транзисторных операционных усилителей, депонировано в НИИТЭИР. Д 1673, 1969.

25. Салихов Д.Н. Щухер В.И. Коррекция интегрального операционного усилителя. Электротехническая промышленность, сер. Электропривод. вып.1/10. 1972. с.18-19.

26. Backer R.W#R. Compensation techiques for operational amplifiers. Electronic Components, U23, 1971.

27. Марше Жорж. Операционные усилители и их применение. Энергия. Л-д, 1974, 215 с.

28. Корн Г., Корн Т. Электронные аналоговые и аналого-цифровые вычислительные машины, часть I, пер. с англ., Мир, М., 1968, 462 с.

29. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем, Сов.Радио, М., 1971, 383 с.

30. Гутников B.C. Применение операционных усилителей в измерительной технике. Энергия, Л-д, 1975, 117 с.

31. Кустов О.В., Лун дин В.З. Операционные усилители в линейных цепях. Связь, М., 1978, 144 с.

32. Знаменский А.Е., Тешпок И.Н. Активные RC-фильтры, Связь, М., 1970, 280 с.

33. Хьюлсман Л.П. Теория и расчет активных RC -цепей, пер.с англ., Связь, М., 1973, 240 с.

34. Хышсман Л.П. Активные фильтры, пер.с англ., Мир, М., 1972, 516 с.

35. Анализ и расчет интегральных схем. Под редакцией Д.Линна, Ч.Мейера, Д.Гамильтона, Мир, М., 1969, 370 с.

36. Лурье Б.Я., Максимизация глубины обратной связи в усилителях. Связь, М., 1973, 176 с.

37. Дж.Рутковски, Интегральные операционные усилители, Мир, М., 1978, 323 с.

38. Bob Dobkin. Feedforward compensation speeds operational amp. Electronic Design, N9, 1969, Р»50Ь5б.

39. Karl Huehne, Stabilize your operational amp. experimentally, Electronic Design, N10, 1969, p.19-20.

40. Иващенцев В.А. Анализ устойчивости транзисторных решающих усилителей в области высоких частот с использованием ЦВМ. в кн. Аналоговая и аналого-цифровая вычислительная техника, Сов. Радио, М., 1968, с.93-105.

41. Проектирование и применение операционных усилителей, под ред. Дж.Тоби, Дж.Грема, Л.Хыодсмана, Мир, 1974 , 510 с.

42. Алексенко А.Г. Современная микросхемотехника, Энергия, М., 1979, 112 с.

43. Данилов А.А., Полонников Д.Е. Структурные методы повышения быстродействия операционных усилителей, Автоматика и телемеханика, В 10, 1982, с.159-165.

44. Балакай В.Г., Крюк И.П., Лукьянов I.M. Интегральные схемы ЦАП и АЩ, Энергия, М., 1978, 257 с.

45. Микросхемы интегральные полупроводниковые. Серия 140. Руководство по применению. Отраслевой стандарт 0CTII.6K0.342.003,1971, 257 с.

46. Микросхемы интегральные полупроводниковые. Серия 140. Руководство по применению. Отраслевой стандарт 0CTII.6K0.342.007,1972, 328 с.

47. Акменьтыныз Я.Я. и др. Интегральный операционный усилитель 1УТ531, Электронная промышленность, № 7, 1974, с.27-28.

48. Функциональные усилители с большим динамическим диапазоном, под общ.ред. проф.В.М.Волкова, Сов.Радио, М., 1976 , 344 с.

49. Ялышев А.У., Разоренов О.И. Многофункциональные аналоговые регулирующие устр<йзтва автоматики, Машиностроение, М., 1981, 399 с.

50. Ray Stata, Applying and Measuring Operational Specifications, Instrument and Controj Sistems, U2, 1968, p.84-89.

51. Усилители операционные. Термины и определения. ГОСТ 18421-73. Госкомстандарт, 1973.

52. Ленк Дж. Руководство для пользователей операционных усилителей. Связь, M. 1978 , 328 о.

53. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Энергия, M., 1967, 608 с.

54. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. Наука, М., 1964, 772 с.55. i.V. Vanden Boom, van Et teil« к fast sluwring monolitic operational amplifiers, USEB, Solid-State Circuits, H1, 1970, p.20-24.

55. Гальперин Е.И., Пластилин B.C. Временные и частотньв характеристики интегральных операционных усилителей , В кн .Микроэлектроника, вып.6, Сов.Радио, 1973, с.211-227.

56. Липман A.A. Теория надежности в задачах с решениями, МЭИ, М. 1975, 191 с.

57. Смолко Г.Г., Баталов Б.В. Казеннов Г.Г., Беляков Ю.Н. Методы статистического расчета интегральных схем, В кн .Микроэлектроника, вып.6, Сов.Радио, M., 1973, с.П-25.

58. Вентцель Е.С., Основы теории надежности, Наука, M., 1964, 576с.

59. Липман A.A., Мордкович А.Г., Чуприков B.C. Динамика интегральных операционных уоилителей с простой частотной коррекцией в режиме большого сигнала. В кн. Электронная техника в автоматике, вып.9. Сов.Радио, с.310-314.

60. Липман A.A., Чуприков B.C. Исследование характеристик интегральных операционных усилителей. Отчет по научно-исследовательской работе, per.tè 73030778, МЭИ, 1974, 34 с.

61. Комплекс аппаратуры автоматического регулирования. Часть 3. Унифицированные элементы и источники питания, ВВД, 1975,114 с.

62. Аналоговые интегральные схемы, под ред.Дж.Коннели, пер.с англ. Мир, М., 1970, 439 с.

63. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А. Принципы частотной коррекции современных интегральных усилителей. Радиотехника, т.32, 19., 1977, с.56-65.

64. Мордкович А.Г., Носик Л.П., Олыпванг М.В., Цфасман Г.М. Операционные транзисторные усилители с непосредственными связями, в сб.Новые полупроводниковые электронные устройства, изд.ВДЕГШ им.Дзержинского, 1970, с.107-113.

65. Капитонов М.В., Прокопенко H.H., Синягин О.Н. Быстродействующий операционный усилитель. В кн. Микроэлектроника в приборостроении, Труды ШИИЭШ, Л-Д, 1977, с.6-13.

66. Анисимов В.Й., Капитонов М.В. К вопросу о качестве переходного процесса операционных усилителей, Приборостроение, $ 8, I97X, с.75-78.

67. Анисимов В.И., Голубев А.П. Решающий транзисторный усилитель постоянного тока для работы в широком диапазоне температур. В сб .Полупроводниковые приборы и их применение. Сов.Радио, 1963.

68. Лаансоо A.A. Расчет времени установления в УПТ с обратной связью при нелинейном режиме их работы, труды Таллинского политехнического института, серия А, выл.288, 1970, с.123-132.

69. C,S. den Brinkert, W. Groslingtt. Tke development of the voltage to current transactor ( VCI ), Microelectronics, vol.8, N3,1977.71

70. Kien G. Op. amp. acts as universal element as voltage, transcondactance, trancresistance or current amp. El. Disign, vol11, N2,1968.

71. Лаансоо A.A. Расчет параметров измерительных цепей при наличии в их передаточных функциях диполей, труды Таллинского политехнического института, серия А, вып.288, с.133-143, 1970.

72. Мордкович А.Г. Типовые узлы на базе интегральных микросхем. Отчет № Б159259, ВЭИ. М. 1972, 58 с.

73. Дружинин Г.В. Надежность систем автоматики, Энергия, М., 1967, 527 с.

74. ИЫУДУ К.А. Оптимизация устройств автоматики по критерию надежности, Энергия, М., 1966, 194 с.

75. Половко A.M. Основы теории надежности, Наука, М., 1964, 446 с.

76. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства, Сов.Радио, М., 1973, 591 с.

77. Моисеев H.H. Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации, Наука, М., 1978, 352.

78. Нанди Р. Новые идеальные дифференциаторы с заземленным конденсатором. ТИИЭР, т.67, № 4, 1979, с.284.

79. Нанди Р., Баньонадхьят А.К. Инвертирующий/неинвертирующий активный усилительный элемент с высоким входным сопротивлением, ТИИЭР, т.67, № 4, 1979, с.289.

80. Солиман A.M., Исмаил М. Об активной компенсации неивертирую-щих интеграторов. ТИИЭР. т.67, № 4, 1979, с.95-97.

81. Солиман A.M. Обобщенная схема с активной компенсацией неинвер-тирующего источника напряжения, управляемого напряжения, обеспечивающая уменьшение фазовой погрешности и расширение полосы пропускания. ТИИЭР, т.67, № 6, 1979, с.98.

82. Мордкович А.Г. Время восстановления интегральных операционных усилителей, в сб. Электронная техника в автоматике, вып.II, Сов.Радио, 19в0, с.220-229.

83. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых ИС, Радио и связь, М., 1981, 224 с.

84. Гарет П. Аналоговые устройства для микропроцессоров и микро-ЭШ. Мир, M., 1981, 268 с.

85. Хаски М., Корн Г. Вычислительная техника. Мир, M., 1964.

86. P. Stuhlmoller, ImBlickpunkt. Opertiousverstarker, Electronic, FIO, 1978,

87. Илюшин С.А., Мясников В.В. Расширение функциональных возможностей операционного усилителя. Вопросы радиоэлектроники, серия Электронная вычислительная техника, вып.4, 1978.

88. Barden I. Robert, Bramen Р# David, Apply practical methods to tanie a wild operational amplifiers, Electronic Design Hews, H15, 1981, p.74-79.

89. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. Мир, M., 1977, 534 с.

90. Батищев Д.И. Поисковые методы оптимального проектирования. Сов.Радио. M., 1975 , 216 с.

91. Ермуратский П.В. Комплекс-метод, Труды МЭИ, вып.76, 1970, с.89-94.

92. Растригин Л.А. Статистические методы поиока. Наука, М., 1968, 376 с.

93. Теория автоматического управления. Под общ.ред.Нетушила А.В., часть П, Высшая школа. M. 1972, 432 с.

94. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам, Техника, Киев, 1980, 463 о.

95. Бессонов Л.А. Линейные электрические цепи. Высш.школа. М. 1974. 320 с.98, Смольников Л .П., Бычков Ю.А. Расчет кусочно-линейных систем, Энергия, Л-д, 1974, 160 с.

96. Башарин А.В., Башарин И.А. Динамика нелинейных автоматических систем управления, Энергия, Л-д, 1974, 200 с.

97. Иванов С.Г., Матавкин В.В., Суслов В.Н. Расчет скорости нарастания выходного напряжения операционного усилителя. В сб. Ядерная электроника, вып.II, Атомиздат, 1980, с.39-46.

98. Матавкин В.В. Проектирование и разработка схем интегральных ОУ. Дисс. на соискание ученой степени канд.техн.наук, Москва, 1976, 159 с.

99. Иванов С.Г., Матавкин В.В., Суслов В.Н. Анализ скорости нарастания выходного напряжения операционного усилителя. В сб. Функциональные микроэлектронные устройства и их элементы, вып.4, Таганрог, 1978, с.131-134.с