Введение к работе
Актуальность темы. Большой объем передаваемой информации и высокие скорости передачи предъявляют новые требования к качеству телекоммуникационных систем (ТКС). Высокие технико-экономические показатели целой системы возможно обеспечить, создавая ее на основе прецизионных узлов и устройств. Анализ структур ТКС показал, что все они базируются на однотипных блоках, в которых часто возникает необходимость в регулировках коэффициента передачи, частоты и других параметров. Электронные регуляторы являются основным узлом во многих аналоговых устройствах, позволяя осуществлять дистанционную электронную регулировку коэффициента передачи усилителей, электронную регулировку частот среза фильтров, электронную коррекцию частотных характеристик, электронную перестройку частоты генераторов, амплитудную и частотную модуляцию генераторов и т.п. В цифровой технике распространены логические элементы на основе ключей, которые можно рассматривать как частный случай электронных регуляторов, имеющих только два значения коэффициента передачи: максимальный и минимальный.
Так как основными качественными показателями электронных регуляторов являются динамический диапазон, линейность вольт-амперной характеристики (ВАХ), величина частотных и нелинейных искажений, то актуальность исследований заключается в необходимости улучшения этих показателей.
Основным направлением развития техники электросвязи является микроминиатюризация. Проблема микроминиатюризации находится в прямой зависимости от решения вопросов снижения потребляемых мощностей радиоэлектронными схемами. В настоящее время этот вопрос становится все более актуальным. Низкий уровень потребляемой мощности позволяет свести к минимуму рассеивание тепла в микросхемах, следовательно, появляется возможность получить большую плотность размещения элементов. Микромощные устройства являются основой современных телекоммуникационных систем. Так как потребляемая мощность, масса, объем, стоимость - важнейшие показатели, определяющие качество аппаратуры связи, являющиеся функциями уровня миниатюризации, то уменьшение каждого из них соответствует повышению качества аппаратуры.
На решение перечисленных выше задач направлено диссертационное исследование. Цель работы
Решение важной научно-технической проблемы по улучшению технических характеристик телекоммуникационных систем путем разработки и исследования новых схемотехнических решений электронных регуляторов.
Задачи исследования
Проведение сравнительного анализа элементной базы различного типа для синтеза электронных регуляторов.
Исследование факторов, влияющих на основные характеристики и параметры микромощных электронных регуляторов.
3 \^
3. Разработка схемотехнических решений широко применяемых функциональных
узлов (ФУ) с регулируемыми параметрами, с улучшенными технико-
экономическими показателями и исследование их свойств.
4. Разработка методик расчета предложенных аналоговых и цифровых узлов и
" устройств для ТКС.
5. Разработка рекомендаций по применению результатов работы при
проектировании аппаратуры телекоммуникаций.
Методы исследования
Методы теории линейных и нелинейных электрических цепей.
Методы математической статистики.
Методы компьютерного моделирования.
Научная новизна
- уточнены элементы теории электронных регуляторов на полевых транзисторах
(ПТ), предложено учитывать немодулированные сопротивления полевых
транзисторов; разработана методика определения значений этих сопротивлений,
позволяющая повысить точность расчета- регулировочных характеристик
электронных регуляторов;
уточнена теория микромощных усилителей: предложены аналитические выражения для расчета коэффициентов нелинейных искажений по различным гармоникам, а также для расчета Y-параметров на высоких частотах и тепловых шумов канала полевых транзисторов, учитывающие немодулированные сопротивления и позволяющие повысить точность математического описания устройств и узлов для телекоммуникационных систем;
предложен метод уменьшения нелинейных искажений, вносимых полевыми транзисторами в области вольт-амперной характеристики (ВАХ), близкой к отсечке, обеспечивающий существенное снижение коэффициента гармоник электронных регуляторов.
Практическая ценность
Предложены новые схемотехнические решения широко применяемых функциональных узлов с регулируемыми коэффициентом передачи и квазирезонансной частотой, имеющих улучшенные технические характеристики по сравнению с аналогами, защищенные патентами на полезную модель и изобретение.
Получены математические модели микромощных функциональных узлов ТКС на основе полевых транзисторов в режиме управляемого сопротивления, позволяющие повысить точность расчетов основных характеристик аналоговых и цифровых схем телекоммуникаций.
Сформулированы рекомендации по применению микромощньгх устройств и узлов на основе полевых транзисторов для телекоммуникационных систем.
Результаты диссертационной работы включены в госбюджетные НИР по темам «Математическое моделирование полевых транзисторов для микросхем ультравысокой и гигантской степени интеграции», «Исследование микромощньгх функциональных узлов для телекоммуникационных систем», хоздоговорной НИР
«Разработка и исследование электрически регулируемого усилителя напряжения для датчиков электрических и неэлектрических величин», а также внедрены метод термостабилизации передаточных характеристик в электронных регуляторах (НИИ Автоматики и Силовой Электроники), методы учета параметров полевых транзисторов в электрически регулируемом усилителе напряжения при расчете и проектировании датчиков электрических и неэлектрических величин (ОАО "Силовая электроника Сибири"); в учебный процесс при изучении дисциплин «Электроника», «Схемотехника аналоговых устройств» в форме лабораторных работ, а также в учебные пособия «Микросхемотехника и наноэлектроника» ч.І, «Классическая электроника и наноэлектроника», получившие гриф УМО по образованию в области телекоммуникаций по направлению подготовки дипломированных специалистов 210400-«Телекоммуникации».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
1. Международных и Российских научно-технических конференциях
«Информатика и проблемы телекоммуникаций» (Новосибирск, 2003-2008 г.г.).
Международных научно-технических конференциях «Перспективы развития современных средств связи и систем телекоммуникаций» (Томск, 2003 г., Иркутск, 2004 г., 2006 г., Екатеринбург, 2005 г.)
Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2005 г.)
Международных научно-технических конференциях EDM (Эрлагол, 2004-2006 г.г.), «Проблемы современной электротехники» (Киев, 2008 г.).
Научных семинарах кафедры технической электроники СибТУТИ, Новосибирск, 2003-2008 г.г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 печатные работы, результаты работы отражены в отчетах по госбюджетным и хоздоговорной НИР, в том числе получен патент на полезную модель и патент на изобретение. Список работ приведен на странице 16 автореферата.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений; содержит 172 страницы, в том числе 65 рисунков, 6 таблиц, 12 страниц списка литературы, включающего 138 наименований и 6 страниц приложений.
Основные результаты, выносимые на защиту:
Схемотехнические решения микромощных функциональных узлов с регулируемыми параметрами для аппаратуры телекоммуникаций на основе ПТ, работающих в режиме управляемого сопротивления.
Методика определения значений немодулированных сопротивлений ПТ.
Алгоритмы и методики расчета функциональных узлов аппаратуры телекоммуникаций с уточненными параметрами электрических и математических моделей ПТ.
Рекомендации по применению результатов работы при проектировании телекоммуникационной аппаратуры.
