Структурный синтез D-элементов и лестничных arc-схем (стр. 4 из 8)

, (

) или

, (

), (31)

где

, (

Таким образом, в лестничных структурах, построенных на базе D-элементов, нагрузка подключается к выходу частотозависимой цепи

, что в конечном итоге и уменьшает максимально возможный уровень неискаженного сигнала.

Основное влияние на динамический диапазон схемы оказывают собственные шумы, которые обусловлены шумовыми свойствами резисторов и активных элементов. При параметрической оптимизации вклад резистивных элементов можно существенно уменьшить выбором их номиналов и типов. Например, для уменьшения значений номиналов резисторов до уровня нагрузочной способности ОУ или других АЭ можно всегда увеличить емкость конденсатора. В этой связи при проектировании высококачественных схем необходимо сконцентрировать усилия на минимизации вклада активных элементов в собственный шум схемы. В этом случае

, (32)

, (33)

где

– эквивалентная спектральная плотность мощности источников шумовой модели j-го ОУ;

– границы рабочего диапазона частот W.

Для оценки возможности расширения динамического диапазона вспомним анализ приведенных в п. 3 устойчивых D-элементов в режиме звена второго порядка (табл. 5, 6).

Анализ табл. 5 показывает, что в общем случае согласно (29) выходное напряжение одного из ОУ превосходит выходное напряжение фильтра в два раза, что и уменьшает верхнюю границу динамического диапазона схемы.

Если в структуре D-элементов применить идеальные ОУ, то из соотношения (33) можно получить относительную меру влияния структуры на собственный шум схемы. Действительно,

, (34)

поэтому мерой качества схемотехнического решения является величина

. (35)

Так, в окрестности частоты полюса фильтра при

можно получить, что

, (36)

где индекс соответствует номеру схемы D-элемента (рис. 5–8).

Таким образом, лучшие результаты по динамическому диапазону дает звено Антонио с емкостной нагрузкой.

Однако все рассмотренные схемы устойчивых D-элементов характеризуются невысокими частотными свойствами, сужающими область их практического использования.

Таблица 5

Локальные передаточные функции на выходе D-элементов

Схема рис.	Локальная передаточная функция
Схема рис.
5
6
7
8

Таблица 6

Локальные передаточные функции на выходе фильтра

Схема рис.	Локальные передаточные функции
Схема рис.
5
6
7
8

5. Собственная компенсация доминирующих параметров активных элементов

Ранее отмечалось, что расширение диапазона рабочих частот и динамического диапазона схемы связано с минимизацией вещественных и мнимых составляющих локальных функций

. Именно в этом случае уменьшается степень влияния активного элемента на характеристики и параметры всего устройства.

Обобщенная структура (рис. 2) является базовой, поэтому поиск условий собственной компенсации необходимо осуществить в ее рамках.

Соотношение (7) для j-го активного элемента можно интерпретировать сигнальным графом, изображенным на рис. Из (11), (13) следует, что

. (37)

Следовательно, заменой соответствующих ветвей можно получить векторный сигнальный граф (рис. 9), учитывающий влияние j-го активного элемента. Наличие узла

не изменяет структуру и смысл локальной функции (7), т.к. любую компоненту

можно рассматривать как равную единице разность передач пассивной части цепи на инвертирующий и неинвертирующий входы.

Рис. Сигнальный граф электронной системы

при влиянии j-го активного элемента

Рассмотрим уравнение (5) в виде

, (38)

где

Тогда при

(39)

локальные передаточные функции будут иметь следующий вид:

, (40)

, (41)

, (42)

. (43)

Настоящие преобразования приводят к векторному сигнальному графу, показанному на рис. 10.

Из рассмотрения векторного сигнального графа следует важный в теоретическом отношении вывод – изменение локальных передач

, и

при фиксированной передаточной функции идеализированной схемы возможно тогда и только тогда, когда дифференциальный вход j-го активного элемента связывается с дополнительным входом схемы. Введем вектор

, (44)

где