الدوائر الدقيقة التناظرية والوحدات الوظيفية النموذجية. الدوائر التناظرية المتكاملة قائمة المصادر المستخدمة

12.07.2023

تتيح أجهزة الكمبيوتر الرقمية الحديثة إجراء مجموعة واسعة من العمليات الحسابية بالأرقام بدقة عالية. ومع ذلك، في أنظمة القياس والتحكم، تكون الكميات المراد معالجتها عادةً عبارة عن إشارات مستمرة، على سبيل المثال، قيم الجهد الكهربائي المتغيرة. في هذه الحالات، من الضروري استخدام المحولات التناظرية إلى الرقمية ومن الرقمية إلى التناظرية. لا يكون هذا النهج مبررًا إلا عندما تكون متطلبات دقة الحساب عالية جدًا بحيث لا يمكن تلبيتها باستخدام أجهزة الكمبيوتر التناظرية. توفر أجهزة الكمبيوتر التناظرية الموجودة دقة لا تزيد عن 0.1%. نناقش أدناه أهم دوائر الحوسبة التناظرية. عادةً ما نفترض أن مضخمات التشغيل مثالية. إذا كانت هناك متطلبات عالية لدقة إجراء العمليات الحسابية، فمن الضروري أيضًا مراعاة خصائص مكبرات الصوت الحقيقية.

دائرة الجمع

لجمع العديد من الفولتية، يمكنك استخدام مكبر للصوت التشغيلي في اتصال عكسي. يتم توفير الفولتية المدخلة من خلال مقاومات إضافية إلى المدخلات المقلوبة لمكبر الصوت (الشكل 1). نظرًا لأن هذه النقطة هي صفر افتراضي، استنادًا إلى قانون كيرشوف الأول عند تيارات دخل صفر لمضخم تشغيلي مثالي، فإننا نحصل على العلاقة التالية لجهد الخرج للدائرة:

شخارج / ر  = - (ش 1 /ر 1 + ش 2 /ر 2 + ... + شن/رن).

أرز. 1. عكس دائرة الجامع

مخطط التكامل

إن أهم استخدام لتقنية الحوسبة التناظرية هو استخدام مكبرات الصوت التشغيلية لتنفيذ عمليات التكامل. وكقاعدة عامة، يتم استخدام اتصال مقلوب لمضخم العمليات لهذا الغرض (الشكل 2).

أرز. 2. عكس دائرة التكامل

وفقًا لقانون كيرشوف الأول، مع الأخذ بعين الاعتبار خصائص المضخم التشغيلي المثالي، فإنه يتبع بالنسبة للقيم اللحظية: أنا 1 = - أناج. بسبب ال أنا 1 = ش 1 /ر 1، والجهد الناتج للدائرة يساوي الجهد عبر المكثف:

ثم يتم تحديد جهد الخرج بالتعبير:

عضو دائم ش out(0) يحدد الشرط الأولي للتكامل. باستخدام دائرة التبديل المبينة في الشكل 3، يمكن تحقيق الشروط الأولية اللازمة. عندما المفتاح س 1 مغلق و س 2 مفتوحة، وهذه الدائرة تعمل بنفس الدائرة الموضحة في الشكل 2. إذا كان المفتاح س 1 مفتوحًا، ثم سيكون تيار الشحن بمضخم تشغيلي مثالي مساويًا للصفر، وسيحتفظ جهد الخرج بالقيمة المقابلة للحظة إيقاف التشغيل. لتعيين الشروط الأولية، مع فتح المفتاح، س 1 أغلق المفتاح س 2. في هذا الوضع تقوم الدائرة بنمذجة وصلة القصور الذاتي حتى بعد انتهاء العملية العابرة والتي يتم تحديد مدتها بواسطة الثابت الزمني ر 3 ج، سيتم إنشاء الجهد عند مخرج المتكامل

شخارج = - (ر 3 /ر 2)ش 2 .

أرز. 3. متكامل مع سلسلة لتحديد الشروط الأولية

بعد إغلاق المفتاح س 1 ومفتاح الفتح س 2 يبدأ التكامل في دمج الجهد ش 1 ابتداء من القيمة (2). تنتج شركة Burr-Brown جهاز تكامل ثنائي القناة ACF2101 مع مكثفات مدمجة بقدرة 100 pF ومفاتيح إعادة الضبط والاحتفاظ بها. لا تتجاوز تيارات الإدخال لمكبرات الصوت 0.1 باسكال.

استخدام صيغة تحديد معامل الإرسال لمكبر الصوت العاكس ومراعاة ذلك الموجود في الدائرة في الشكل. 2 ر 1 =ر، بدلا من ذلك ريتم تضمين مكثفين مع مقاومة المشغل ز 2 (س)=1/(الشوري)، يمكننا العثور على وظيفة النقل للمتكامل

الاستبدال في (2) ق=ي ، نحصل على استجابة التردد للمتكامل:

يمكن تقييم استقرار المتكامل من خلال خصائص تردد حلقة التغذية المرتدة، وفي هذه الحالة سيكون معامل إرسال حلقة التغذية المرتدة معقدًا:

في الترددات العالية  تميل إلى 1 وسيكون وسيطها صفراً. في منطقة التردد هذه، تخضع الدائرة لنفس متطلبات مكبر الصوت ذو التغذية الراجعة للوحدة. ولذلك، ينبغي أيضا إدخال تصحيح استجابة التردد هنا. في كثير من الأحيان، يتم استخدام مكبر للصوت مع تصحيح داخلي لبناء التكامل. يظهر الشكل 1.LFC نموذجيًا لدائرة تكامل op-amp. 4. ثابت التكامل  = آر سي.تؤخذ تساوي 100 ميكروثانية. من الشكل. 4 يمكن ملاحظة أنه في هذه الحالة سيكون الحد الأدنى لكسب دائرة التغذية المرتدة | ك ع |=|  ك ش |  600، أي. سيتم ضمان خطأ تكامل لا يزيد عن 0.2%، ليس فقط للترددات العالية، ولكن أيضًا للترددات المنخفضة.

أرز. 4. الاستجابة الترددية للمتكامل

في الختام، فإن مضخمات التشغيل العاملة في الدوائر المتكاملة لها متطلبات عالية بشكل خاص من حيث تيارات الإدخال، وجهود الإزاحة، وكسب الجهد التفاضلي. كش. يمكن للتيارات الكبيرة والإزاحة الصفرية أن تسبب انحرافًا كبيرًا في جهد الخرج عندما لا تكون هناك إشارة عند الإدخال، وعندما يكون الكسب غير كافٍ، يكون المتكامل مرشح تمرير منخفض من الدرجة الأولى مع كسب ك U وثابت الوقت (1+ كش) آر سي.

مخطط التمايز

عن طريق تبديل المقاوم والمكثف في الدائرة المتكاملة في الشكل. 2، نحصل على التفاضل (الشكل 5). إن تطبيق قانون كيرشوف الأول للمدخل المقلوب لمضخم العمليات في هذه الحالة يعطي العلاقة التالية:

ج(دومدخل/ dt) +شخارج / ر= 0,

شخارج = - آر سي.(دومدخل/ dt).

أرز. 5. دائرة التفاضل

باستخدام الصيغة

ومع الأخذ في الاعتبار ذلك في الرسم البياني في الشكل. 5 بدلا من ذلك ر 1 مستعمل 1/ الشوري، أ ر 2 =ر، دعونا نجد وظيفة نقل المفاضل

يتناسب مع التردد.

التنفيذ العملي لمخطط التمييز الموضح في الشكل. 5، يرتبط بصعوبات كبيرة للأسباب التالية:

أولاً، تتمتع الدائرة بمقاومة إدخال سعوية بحتة، والتي، إذا كان مصدر إشارة الإدخال عبارة عن مضخم تشغيلي آخر، يمكن أن تسبب عدم الاستقرار؛

ثانياً، يؤدي التمايز في المنطقة عالية التردد، وفقاً للتعبير (4)، إلى تضخيم كبير للمكونات عالية التردد، مما يؤدي إلى تفاقم نسبة الإشارة إلى الضوضاء؛

ثالثًا، في هذه الدائرة، في حلقة التغذية الراجعة لمضخم العمليات، يتم تشغيل رابط بالقصور الذاتي من الدرجة الأولى، مما يؤدي إلى تأخير طور يصل إلى 90 درجة في منطقة التردد العالي:

يؤدي هذا إلى إضافة تأخر الطور لمضخم التشغيل، والذي يمكن أن يصل إلى 90 درجة أو حتى أكبر، مما يتسبب في عدم استقرار الدائرة.

يمكن التخلص من هذه العيوب عن طريق توصيل مقاوم إضافي على التوالي مع المكثف. ر 1 (كما هو موضح بالخط المنقط في الشكل 5). تجدر الإشارة إلى أن إدخال مثل هذا التصحيح عمليا لا يقلل من نطاق ترددات التشغيل لدائرة التمايز، منذ ذلك الحين عند الترددات العالية، بسبب انخفاض الكسب في دائرة التغذية المرتدة، فإنها لا تزال تعمل بشكل غير مرض. مقاس ر 1 مع(وبالتالي وظيفة النقل صفر آر سي- الدوائر) ينصح باختيار ذلك على التردد Fكان كسب حلقة التغذية المرتدة 1 (انظر الشكل 6).

أرز. 6. مخطط التمايز LFC على المرجع أمبير

الكمبيوتر التناظري - الكمبيوتر التناظري (AVM)، هو جهاز كمبيوتر مستمر يقوم بمعالجة البيانات التناظرية (المعلومات المستمرة).

مكتب تقييس الاتصالاتيعطي هذا التعريف للكمبيوتر التناظري.
الكمبيوتر التناظري (AVM)، وهو جهاز كمبيوتر ترتبط فيه كل قيمة لحظية لمتغير مشارك في العلاقات الأولية بقيمة لحظية لكمية (آلة) أخرى، غالبًا ما تختلف عن الطبيعة الفيزيائية الأصلية وعامل القياس. تتوافق كل عملية رياضية أولية على كميات الآلة، كقاعدة عامة، مع بعض القوانين الفيزيائية التي تنشئ علاقات رياضية بين الكميات الفيزيائية عند مخرجات ومدخلات العنصر الحاسم (على سبيل المثال، قوانين أوم وكيرشوف للدوائر الكهربائية، وهو تعبير عن هول التأثير، قوة لورنتز، الخ.).

ومن الجدير بالذكر أن الكمبيوتر التناظري ليس كهربائيًا فحسب، بل هو أيضًا ميكانيكي وهيدروليكي وحتى هوائي.

على الرغم من المفارقة التاريخية الواضحة، تُستخدم الحوسبة التناظرية على نطاق واسع في الحياة الحديثة. يعد ناقل الحركة الأوتوماتيكي للسيارات مثالاً على الكمبيوتر التناظري الهيدروميكانيكي، حيث عندما يتغير عزم الدوران، يغير السائل الموجود في المحرك الهيدروليكي الضغط، مما يسمح بالحصول على تغيير في نسبة النقل.

تحتل معالجة الإشارات الكهربائية التناظرية مكانًا مهمًا في مجال الإلكترونيات الصناعية. معظم أنواع المحولات الأولية للكميات الفيزيائية هي مصادر للإشارات التناظرية، ويتم التحكم في العديد من المحركات في كائنات التحكم بواسطة تيار كهربائي متغير باستمرار. حتى أنظمة التحكم، التي أساسها أنظمة الكمبيوتر الرقمية، لا يمكنها التخلي عن معالجة الإشارات التناظرية ويتم ربطها بكائنات التحكم وأجهزة الاستشعار باستخدام الأجهزة التناظرية والتناظرية إلى الرقمية.

نظرًا لحجم المواد التي أود تقديمها، أخطط لكتابة سلسلة من المقالات. أقدم للقارئ الجزء الأول الذي سيحكي بإيجاز تاريخ إنشاء مكبر الصوت التشغيلي كما نعرفه.

الجزء الأول. تاريخ موجز لإنشاء مكبر للصوت التشغيلي.

يعود تاريخ استخدام الألغام المضادة للمركبات إلى عدة آلاف من السنين. يمكن للمهتمين بدء بحثهم باستخدام مقالة ويكيبيديا.

لكن في هذه المقالة سأركز فقط على التواريخ المرتبطة مباشرة بتاريخ إنشاء مكبر الصوت التشغيلي الإلكتروني. وسأبدأ بتاريخ يبدو للوهلة الأولى أنه لا علاقة له بموضوع المقال.

1614عالم الرياضيات الاسكتلندي جون نابير ينشر قانون اللوغاريتمات، والذي بدأ: "إدراكًا أنه في الرياضيات لا يوجد شيء أكثر مملة ومملًا من الضرب والقسمة والجذور التربيعية والمكعبية، وأن هذه العمليات هي مضيعة للوقت ومصدر لا ينضب للأخطاء الدقيقة، قررت أن أجد وسيلة بسيطة وموثوقة للحصول على تخلص منهم ».

اسمحوا لي أن أذكركم ببعض خصائص اللوغاريتمات. يترتب على خصائص اللوغاريتم أنه بدلاً من الضرب المكثف للأرقام متعددة الأرقام، يكفي البحث (من الجداول) وإضافة اللوغاريتمات الخاصة بهم، ثم باستخدام نفس الجداول، قم بإجراء التقوية، أي العثور على قيمة النتيجة من اللوغاريتم الخاص بها. يختلف إجراء القسمة فقط في أنه يتم طرح اللوغاريتمات.
في صيغة الصيغة تبدو كما يلي:

سجل (ص) = سجل (خ) + سجل (ص) للضرب
سجل (س / ص) = سجل (س) - سجل (ص) للتقسيم

أنشأ نابير الجداول الأولى للوغاريتمات للدوال المثلثية.
يجب أن يتذكر تلاميذ المدارس في عصر ما قبل الكمبيوتر ما هي جداول براديس المكونة من أربعة أرقام.

1622ربما ابتكر عالم الرياضيات الإنجليزي الهاوي William Oughtred واحدة من أنجح آليات الحوسبة التناظرية - قاعدة الشريحة.

يمكن لأولئك الذين يحبون العبث بأيديهم أن يصنعوا آلة حاسبة تناظرية للجيب خاصة بهم باستخدام هذه الآلة ويتعلموا كيفية استخدامها قبل ديسمبر 2012. ربما تكون مفيدة...

لكن ما زلت سأتخطى تاريخ تطور أجهزة الكمبيوتر التناظرية غير الإلكترونية وأنتقل مباشرة إلى موضوع مقالتنا.

1904في نوفمبر 1904، اخترع جون أمبروز فليمنج مقوم الأنبوب المفرغ ثنائي القطب، والذي أطلق عليه اسم صمام المذبذب. ويسمى الاختراع أيضًا: المصباح الحراري، والصمام الثنائي الفراغي، والكينوترون، والمصباح الحراري، وصمام فليمنج.

1947في جامعة كولومبيا في نيويورك، أثناء البحث لتحسين الحوسبة التناظرية للأغراض العسكرية، ظهر هذا المصطلح مكبر للصوت التشغيلي (أوو). تم تطوير تصميم المضخم التشغيلي بواسطة Loebe Julia. كان لهذا المخطط ابتكاران رئيسيان. تم تطبيق وسائل لتقليل انحراف مكبر الصوت الصفري، والأهم من ذلك، أنه كان أول تصميم لمضخم تشغيلي يحتوي على مدخلين (أحدهما مقلوب والآخر غير مقلوب).

1953في عام 1946، بعد ترك الجيش، أنشأ جورج أ. فيلبريك شركة تحمل اسمه شركة جورج أ. فيلبريك للأبحاث (GAP/R) وبدأت في إنشاء مكبرات الصوت التشغيلية. لعب عمله دورًا مهمًا في تطوير المؤسسة التعليمية.

قريبا، في يناير 1953، تم إصدار أول مضخم تشغيلي تجاري K2-W. علاوة على ذلك، بلغت تكلفتها حوالي 20 دولارًا. استخدم K2-W اثنين من الصمامات الثلاثية المزدوجة 12AX7 وتم تعبئتهما في موصل قياسي ذي ثمانية أسنان. تم بناء مضخم العمليات وفقًا لتصميم Loeb July. يعمل المضخم التشغيلي بجهد ±300 فولت، ويمكن أن يعمل بجهد إخراج وإدخال يصل إلى ±50 فولت ويحصل على كسب يزيد عن 15000.
إذا كان على القارئ إنشاء دوائر باستخدام هذا المضخم التشغيلي، فيمكنه باستخدام الروابط دراسة صفحة ورقة البيانات 1، الصفحة 2. بالنسبة للباقي، سأعرض الشكل 4 فقط.

الشكل 4. K2-W. الصورة ومخطط الدائرة الكهربائية.

50لقد تحسنت مكبرات الصوت الأنبوبية. تم تحسين حلول الدوائر، وزيادة الكسب والدقة، وانخفاض استهلاك الطاقة. ولكن مع بداية الستينيات، بدأت نهاية العصر دافيءدخل مكبر الصوت التشغيلي الأنبوبي والترانزستور، وبالتالي الدوائر المتكاملة، إلى المشهد.

أرز. 5. تخطيط أول عنوان IP لـ Kilby.

أرز. 6. رسم توضيحي لبراءة اختراع نويس.

1961ومع ذلك، كانت النتيجة أن تم إنتاج أول دوائر متكاملة لمكبر الصوت التشغيلي في عام 1961. كان جاب/آر ص45بتكلفة حوالي 120 دولارا. كانت هذه المضخمات التشغيلية في الواقع عبارة عن لوحات صغيرة ذات موصلات حافة. كقاعدة عامة، تم تجهيزها بمقاومات مختارة بعناية من أجل تحسين خصائص مضخم التشغيل، مثل جهد الإزاحة وجهد الانجراف.

حصل مضخم التشغيل GAP/R P45 على كسب قدره 94 ديسيبل وتم تشغيله بجهد ± 15 فولت. كان على مضخم التشغيل التعامل مع الإشارات في نطاق ± 10 فولت.
وفي وقت لاحق، أصبحت هذه الفولتية نوعا من المعيار.

أرز. 7. المرجع أمبير GAP/R P45. الصورة ومخطط الدائرة الكهربائية.

1961يقوم جورج أ. فيلبريك بإنشاء دائرة مضخم تشغيلي لجسر متغير.
في هذه الدائرة، يتم استخدام المكثفات المتغيرة الجهد (varactors) في مرحلة الإدخال لمضخم العمليات. أدى استخدام جسر متغير إلى أدنى تيار دخل لأي مضخم تشغيلي. حتى أقل من المصابيح.

أرز. 8 يوضح مضخم تشغيل الجسر المتغير في شكل رسم تخطيطي. هناك أربعة مكونات رئيسية، تتكون الواجهة الأمامية من جسر ودائرة مذبذب عالية التردد، ومضخم تيار متردد لتضخيم جهد خطأ الجسر، وكاشف طور متزامن لتحويل تيار خطأ التيار المتردد إلى تيار خطأ تيار مستمر مطابق، وأخيرًا مخرج مكبر للصوت لتوفير تضخيم إضافي للتيار المستمر وتحميل الجهاز.

أرز. 8. رسم تخطيطي لمكبر الصوت التشغيلي لجسر متغير.
تعمل الدائرة على النحو التالي: خطأ صغير في جهد التيار المستمر فين يتم تطبيقه على الثنائيات المتغيرة المتطابقة D1 و D2 ويسبب عدم توازن في جسر التيار المتردد الذي يتم تغذيته في مضخم التيار المتردد. سيكون جهد التيار المتردد هذا خارج الطور مع جهد خطأ التيار المستمر. يتم تضخيم باقي الدائرة واكتشاف خطأ التيار المستمر. أصدر Philbrick مكبر الصوت التشغيلي GAP/R P2. تم إصداره في عام 1966، ويمكن لمضخم تشغيل GAP/R SP2A المعدل تضخيم تيار الإدخال بترتيب ±10pA (10−12).

في 1965إنشاء راي ستيت ماثيو لوربر الأجهزة التناظرية، وشركة (آدي). بعد فترة وجيزة، أنشأ لويس آر سميث مضخم الصوت المتغير موديل 301، بالإضافة إلى الطرازات اللاحقة له، الطرازين 310 و311. وكانت هذه التصميمات قادرة على تحقيق تحسينات كبيرة في دقة تيار الإدخال إلى ±10fA (10−15) (حوالي 3 أوامر من الحجم أقل من GAP/R P2). ومن المثير للاهتمام أن الطرازين 310 و311 تم بيعهما بحوالي 75 دولارًا. ولا يزال يتم إنتاج هذه مكبرات الصوت بكميات محدودة حتى يومنا هذا.

1970قام جون كاديجان، الذي يعمل في ADI، بإنشاء مضخم تشغيلي عالي السرعة. كانت السمة المميزة لهذا المضخم التشغيلي هي استخدام ترانزستورات التأثير الميداني في مرحلة الإدخال. تم تصميم المضخم التشغيلي كدائرة متكاملة هجينة. سأقدم أدناه رسمًا تخطيطيًا وصورة لمضخم تشغيلي أكثر تقدمًا اتش كيو اس-050 ، صدر عام 1977.

أرز. 13.HSQ-050. مخطط الدائرة الكهربائية والصورة.

أعتقد أن الأمر يستحق التوقف عند هذه النقطة. وفي الختام، سأقدم مخططا لمضخم تشغيلي آخر، والذي سيسمح لك بتقييم مستوى دوائر مكبرات الصوت التشغيلية الحديثة.

الشكل 14. AD549. مخطط الدائرة الكهربائية.

في الجزء الثاني، سألقي نظرة سريعة على الدوائر الداخلية لمضخم العمليات.
سأقدم استخدام مكبرات الصوت التشغيلية كعناصر لأجهزة الحوسبة التناظرية في الجزء الثالث.

قائمة المصادر المستخدمة

وكان المصدر الرئيسي لهذا المقال هو الكتاب.
http://ru.wikipedia.org/wiki/
http://www.computer-museum.ru/
http://www.computerhistory.org/

العلامات: إضافة العلامات

يمكن تقسيم جميع الدوائر الإلكترونية الموجودة إلى فئتين: رقمية وتناظرية.

الإشارات التناظريةيمثل كمية كهربائية تتغير باستمرار مع مرور الوقت (عادة التيار أو الجهد)، والتي تقع ضمن النطاق المعلوماتي المسموح به للقيم في أي وقت من الأوقات، أي أن كمية الخرج وكمية الإدخال ترتبط ببعضها البعض عن طريق العلاقة الوظيفية 1/خارج = L(/أوه) .

الإشارات الرقميةوتتميز عادة بقيمتين ثابتتين (الحد الأقصى والحد الأدنى)، في حين

يحدث الانتقال من قيمة إلى أخرى خلال فترة زمنية قصيرة.

تعتمد الدوائر التناظرية على أبسط مراحل وشلالات التضخيم، وأساس الدوائر الرقمية هو أبسط مفاتيح الترانزستور.

يتم بناء مكبرات الصوت المعقدة متعددة المراحل ومثبتات الجهد والتيار والمغيرات والكاشفات ومولدات الإشارات المستمرة مع الزمن والدوائر الأخرى على أساس مراحل التضخيم.

عندما تعمل أي دائرة تناظرية، يكون هناك انحراف (مبعثر) لإشارات الخرج C/out (O في نطاق معين، أي C7 OUT (0 = £/( £) ± D £/(Ts. مصدر الانحراف هو D £/(*) قد يكون هناك انحراف في درجة الحرارة والوقت لمعلمات عناصر الدائرة، والضوضاء، والتشتت التكنولوجي للمعلمات، وما إلى ذلك. كانت صعوبة الحصول على دقة عالية في إعادة إنتاج خصائص العناصر ذات الاستقرار الجيد والحد الأدنى من الضوضاء سبب التأخر في تطوير الدوائر التناظرية مقارنة بالدوائر المتكاملة الرقمية في المراحل الأولى من تطور الإلكترونيات الدقيقة، ومع ذلك، حاليًا تم القضاء على هذه الفجوة وتم استخدام الدوائر الدقيقة التناظرية كقاعدة العنصر الرئيسي لمعظم الأجهزة التناظرية. من الممكن تقليل الأبعاد والوزن الإجمالي لهذه الأجهزة بشكل كبير، بالإضافة إلى استهلاك الطاقة وزيادة دقة معالجة المعلومات التناظرية. وترجع الميزة الأخيرة إلى حقيقة أن الدائرة المتكاملة على ركيزة واحدة تتكون من مجموعة من العناصر ذات الخصائص المتسقة بشكل متبادل (مبدأ التنسيق المتبادل للدوائر) والعناصر من نفس النوع لها نفس المعلمات والتعويض المتبادل لعدم استقرار المعلمة في جميع نطاقات التأثيرات الخارجية المسموح بها.

يمكن تقسيم المرحلية التناظرية إلى عالميو متخصص.تشتمل الدوائر المتكاملة التناظرية ذات الأغراض العامة على صفائف المقاومات المتطابقة والثنائيات والترانزستورات ومكبرات الصوت التشغيلية المتكاملة (OP-AMPs).

تؤدي الدوائر التناظرية الدقيقة المتخصصة بعض الوظائف المحددة، مثل مضاعفة الإشارات التناظرية، والتصفية، والضغط، وما إلى ذلك.

المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs)و المحولات الرقمية إلى التناظرية (DACs)تحويل المعلومات التناظرية إلى رقمية والعكس. تقوم ADCs بشكل أساسي بتحويل الجهد إلى رمز رقمي. أكثر محولات DAC استخدامًا هي محولات الكود إلى الجهد والمحولات من الكود إلى التيار.

الدوائر الدقيقة المدمجة في الميكروويفلديها خصوصية وظيفية، والدوائر، والتصميم والتكنولوجية. يتم تحفيز تطويرها من خلال احتياجات الرادار والتلفزيون وتكنولوجيا الفضاء الجوي وما إلى ذلك، مما يتطلب إنتاجًا ضخمًا لمكبرات الصوت منخفضة الضوضاء لاستقبال المسارات، ومحولات التردد، ومفاتيح إشارة الموجات الدقيقة، والمولدات، ومضخمات الطاقة، وما إلى ذلك.

بالمقارنة مع الدوائر المنفصلة، تتمتع الدوائر المتكاملة بميزات مميزة بسبب خصوصيات التكنولوجيا الخاصة بها. تشتمل ميزات الدوائر المتكاملة التناظرية على المبدأ المذكور سابقًا وهو المطابقة المتبادلة للدوائر ومبدأ تكرار الدائرة، والذي يتمثل في تعقيد الدائرة عمدًا من أجل تحسين جودتها وتقليل مساحة الشريحة وزيادة قابلية التصنيع. على سبيل المثال، تستخدم الدوائر المتكاملة التناظرية هياكل معقدة مقترنة مباشرة بدلاً من مكثف ذو مساحة كبيرة.

من الصعب المبالغة في تقدير أهمية الدوائر المتكاملة المنطقية القابلة لإعادة البرمجة (FPGAs) في تركيب الأنظمة المنطقية. إن التطوير الشامل لقاعدة العناصر وأنظمة التصميم بمساعدة الكمبيوتر يجعل من الممكن تنفيذ أنظمة منطقية معقدة في وقت قصير غير مسبوق وبأقل التكاليف المادية. ولذلك، فإن الرغبة في تحقيق نتائج مماثلة في تصميم وإنتاج الأنظمة التناظرية أمر مفهوم. ومع ذلك، فإن العديد من المحاولات التي تم إجراؤها في هذا الاتجاه لم تحقق النتائج المتوقعة بعد، ولم تصبح الدوائر المتكاملة التناظرية القابلة للبرمجة (PAIS) والدوائر المرحلية التناظرية المصفوفية (MABIS) عالمية.

مشاكل تصميم LSIs التناظرية القابلة للبرمجة

تم تحديد التقدم السريع في مجال تصميم الأنظمة المنطقية على FPGAs من خلال حقيقة أن جميع الأنظمة المنطقية تعتمد على جهاز رياضي متطور من جبر بول. تتيح هذه النظرية إثبات أن إنشاء دالة منطقية اعتباطية ممكن من خلال التركيب المرتب لعامل أساسي واحد فقط - العامل المنطقي AND-NOT (أو OR-NOT). أي أنه يمكن تصميم أي نظام منطقي بحت من عناصر من نوع واحد فقط، على سبيل المثال NAND.

الوضع مختلف تمامًا في مجال التصميم (التوليف) والتحليل (التحلل) لمخططات الدوائر للأنظمة التناظرية. في الإلكترونيات التناظرية، لا يوجد حتى الآن جهاز رياضي واحد مقبول بشكل عام يسمح بحل مشاكل التحليل والتركيب من موقف منهجي موحد. يجب البحث عن أسباب هذه الظاهرة في تاريخ تطور الإلكترونيات التناظرية.

في المراحل المبكرة، تطورت دوائر الأجهزة التناظرية وفقًا لمفاهيم طريقة العقدة الوظيفية، والتي كانت فكرتها الرئيسية هي تقسيم مخططات الدوائر المعقدة إلى عقد. تتكون العقدة من مجموعة من العناصر وتؤدي وظيفة محددة للغاية. عند دمجها، تشكل العقد كتلًا وألواحًا وخزائن وآليات - أي. بعض الهياكل الموحدة تسمى الأجهزة. مزيج من الأجهزة يشكل النظام. تفترض الطريقة العقدية الوظيفية أن المكونات الأولية للأنظمة يجب أن تكون عقدًا، وتتمثل مهمتها الرئيسية في أداء وظيفة محددة للغاية.

ولهذا السبب تم اعتبار الوظيفة معيارًا لتصنيف العقد، أي حقيقة أن العقدة تؤدي بعض الوظائف. ومع ذلك، مع تطور الإلكترونيات، كان هناك عدد كبير للغاية من الوظائف المخصصة والمعزولة (وبالتالي العقد). لقد اختفت أي إمكانية لتقليلها وتوحيدها، وهو أمر ضروري لتوليف الأنظمة المعقدة. هذا هو السبب في أن تطوير LSIs التناظرية المصفوفية (MABIS) والدوائر المتكاملة التناظرية القابلة لإعادة البرمجة (PAIS) كان ولا يزال يواجه إعاقة.

يمكن تتبع الوضع في مجال الدوائر التناظرية القابلة للبرمجة من خلال تحليل تطورات الشركات الروسية والأجنبية الرائدة. وهكذا، ركز المتخصصون من OJSC NIITT ومصنع Angstrem جهودهم على تطوير وإنتاج BMCs التناظرية الرقمية (بلورات المصفوفة الأساسية) من نوع Rul N5515ХТ1، Н5515ХТ101، المخصصة للحصول على البيانات وأنظمة المراقبة والتحكم للمعدات الطبية و أنظمة التحكم، معدات القياس.

يتضمن تصميم BMKs مصفوفة تناظرية ورقمية. تحتوي المصفوفة الرقمية على 115 خلية أساسية رقمية (230 بوابة 2N-NOT)، مرتبة في خمسة صفوف يتكون كل صف من 23 خلية. تجمع المصفوفة التناظرية بين 18 خلية أساسية تناظرية مرتبة في صفين من 9 خلايا. يوجد بين صفوف الخلايا التناظرية صفين من المكثفات (الاسمية 17.8 pF) وصفين من مقاومات الانتشار (24.8 كيلو أوم لكل منهما). بين الأجزاء التناظرية والرقمية توجد سلسلة من المقاومات 3.2 كيلو أوم.

يوفر BMK نوعين من الخلايا التناظرية (A وB). تتكون خلايا النوع A من 12 PRP وأربعة ترانزستورات مجمعة معزولة RLR و38 مقاومة انتشار متعددة النقر. في خلايا النوع B، يتم استبدال أربعة ترانزستورات lRL بترانزستورات p-MOS. تحتوي كل من الخلايا المحيطية من النوع A وB على أربعة ترانزستورات LRL قوية (في الخلايا من النوع B - مع مجمع معزول) واثنين من الترانزستورات ثنائية القطب.

تأتي الخلايا الأساسية الرقمية في ثلاثة أنواع - أربعة ترانزستورات l-MOS وأربعة ترانزستورات p-MOS وزوج مكمل من الترانزستورات ثنائية القطب. بالإضافة إلى ذلك، يوجد على محيط البلورة خلايا رقمية قوية تحتوي على أربعة ترانزستورات l-MOS وr-MOS قوية، بالإضافة إلى ترانزستورين lrl متصلين وفقًا لدائرة دارلينجتون.

تم تطوير مكتبات العناصر التناظرية والرقمية القياسية لـ BMK، والتي تسهل وتسرع بشكل كبير عملية تصميم الأجهزة بناءً على BMK. تحتوي هذه الوحدات ووحدات BMK المماثلة على مجموعات من عناصر الراديو الكهربائية (EREs) غير المتصلة ببعضها البعض، والتي يمكن من خلالها الحصول على عدد من الوحدات الوظيفية المحددة في المكتبة. العيب الرئيسي لهذه الدوائر الدقيقة هو نطاق التطبيق الضيق للغاية، الذي يقتصر على قيم محددة للتقييمات والخصائص الأخرى لعناصر الطاقة الكهربائية في مجموعة معينة. قدرات الوحدات الوظيفية المطورة والموصى بها لهذه المجموعة مذكورة في المكتبة المصاحبة للرقاقة.

أرز. 1. هيكل ISPAC-10

منذ عام 2000، تقوم شركة Lattice Semiconductor بإنتاج دوائر متكاملة تناظرية قابلة للبرمجة (PAIC) من عائلة ISPPAC (الدائرة التناظرية القابلة للبرمجة داخل النظام) مع البرمجة في النظام، أي. دون إزالة من لوحة الدوائر المطبوعة. وبحلول منتصف عام 2000، تم إنتاج ثلاثة أعضاء من هذه العائلة: ispPAC-Yu (الشكل 1)، وispPAC-20 (الشكل 2)، وispPAC-80. وهي تدمج ما يصل إلى 60 عنصرًا نشطًا وسلبيًا، والتي يتم تكوينها ومحاكاتها وبرمجتها باستخدام حزمة PAC-Designer.

تحتوي PAIS من عائلة ispPAC على:

دوائر الواجهة التسلسلية والسجلات وعناصر الذاكرة غير المتطايرة القابلة لإعادة البرمجة كهربائيًا (EEPROM)، مما يوفر تكوين المصفوفة؛
الخلايا التناظرية القابلة للبرمجة (PACcells) والكتل التناظرية القابلة للبرمجة (PACblocks) المكونة منها؛
عناصر قابلة للبرمجة للتوصيلات البينية (ARP - تجمع التوجيه التناظري).

تعتمد بنية هذه السلسلة على الخلايا الأساسية التي تحتوي على: مضخم الأجهزة (IA)؛ مضخم الإخراج (OA)، يتم تنفيذه باستخدام دائرة جامع/تكامل؛ مصدر جهد مرجعي 2.5 فولت (أيون)؛ DAC 8 بت مع خرج جهد ومقارنة مزدوجة (CP). لزيادة النطاق الديناميكي للإشارات المعالجة، يتم إجراء المدخلات والمخرجات التناظرية للخلايا (باستثناء الأيونات) باستخدام دائرة تفاضلية. تشكل وحدتا DUT وواحدة VU خلية كبيرة، تسمى كتلة PAC، حيث يتم توصيل مخرجات DUT بمدخلات VU المجمعة. تتضمن شريحة ISPAC-10 أربع كتل PAC، وISPAC-20 - اثنتان. يتضمن ispPAC-20 أيضًا خلايا DAC وخلايا المقارنة. في الخلية، تتم برمجة كسب DUT في النطاق من -10 إلى +10 في خطوات من 1، وفي دائرة التغذية المرتدة لـ VU - قيمة سعة المكثف (128 قيمة محتملة) وتشغيل/إيقاف مقاومة.

يستخدم عدد من الشركات المصنعة للدوائر المتكاملة تقنية "المكثف المبدل" لبرمجة الوظائف التناظرية، والتي تتضمن تغيير سعة دوائر ضبط التردد باستخدام مفتاح إلكتروني يتحول وفقًا للظروف.

أرز. 2. هيكل ISPAC-20

يعتمد نهج Lattice على استخدام دوائر ذات خصائص ثابتة زمنيًا يمكن تغييرها أثناء إعادة تكوين النظام دون إيقاف تشغيل الطاقة. يعد هذا التحسن مهمًا لأنه يلغي معالجة الإشارات الإضافية المطلوبة في الطريقة الأولى.

تتيح لك أدوات التوجيه الداخلية (تجمع التوجيه التناظري) توصيل منافذ إدخال الدائرة الدقيقة ومدخلات ومخرجات الخلايا الكبيرة ومخرج DAC ومدخلات المقارنة مع بعضها البعض. من خلال الجمع بين عدة خلايا كبيرة، من الممكن بناء دوائر من المرشحات النشطة القابلة للضبط في نطاق التردد من 10 إلى 100 كيلو هرتز، بناءً على استخدام قسم التكامل.
وتجدر الإشارة إلى أن ispPACs الخاصة بـ Lattice هي الأقرب إلى PAIS. عيبهم الوحيد هو أنه لا يوجد نظام من العناصر الأساسية العالمية التي من شأنها أن تسمح بتصميم ليس فقط المرشحات النشطة القابلة للضبط، ولكن مجموعة واسعة إلى حد ما من الأنظمة التناظرية. هذا هو الظرف الذي يمنع IspPAC من Lattice Semiconductor من أن يصبح نظيرًا لـ FPGAs من شركات مثل Altera و Xilinx.

بشكل عام، تحليل الوضع في مجال التطوير والتنفيذ العملي للدوائر الدقيقة التناظرية، يمكن إجراء عدد من التعميمات:

لا يمكن تصنيف الجزء الأكبر من الدوائر الدقيقة التناظرية المنفذة صناعيًا على أنها LSIs من حيث درجة التكامل؛
تم تصميم LSIs وBMKs التناظرية لتصميم الأجهزة من فئة معينة، أي. فهي ليست عالمية.
عند تصميم أنظمة تناظرية كبيرة، تظل طريقة العقدة الوظيفية هي السائدة (أجهزة IC المتخصصة، على سبيل المثال لأجهزة استقبال التلفزيون).

أساس تصميم موحد لـ FPGA وMABIS

ومع ذلك، فإن مهمة تطوير أساس تصميم الدوائر الموحدة للأنظمة التناظرية لا يزال لديها حل؛ سنحاول إثباتها نظريًا وإظهار الاتجاهات الممكنة للتنفيذ العملي للأفكار المقدمة.

بادئ ذي بدء، ينبغي للمرء أن يختار نموذجًا رياضيًا لنظام إلكتروني تناظري كبير يسمح للشخص بتحديد مجموعة صغيرة من العناصر الأساسية. في مجال تحليل وتوليف الدوائر الإلكترونية، لا توجد بدائل عمليا للجهاز الرياضي لأنظمة المعادلات التفاضلية الخطية، التي تم الاعتراف بها في الستينيات من القرن الماضي. ولكن دعونا نلاحظ أن فكرة الاستخدام العملي الشامل لهذه المنهجية لم تستحوذ بعد على عقول جميع المتخصصين.

يتكون نظام المعادلات التفاضلية من عناصر وارتباطاتها وتتميز ببنية معينة. تمت دراسة الأساس العنصري للمعادلات التفاضلية في النصف الأول من القرن الماضي ضمن التخصص العلمي "الأتمتة". في هذا المجال، ظهرت ميزة المعادلات التفاضلية مثل التوحيد: شكلها لا يعتمد على نموذج العملية الموصوف. ومع ذلك، في الشكل القياسي لكتابة المعادلة التفاضلية لا توجد معلومات مرئية حول طبيعة العلاقات في النظام قيد الدراسة. لذلك، تم تطوير طرق العرض المرئي لبنية أنظمة المعادلات التفاضلية في شكل أنواع مختلفة من الرسوم البيانية خلال تطور نظرية التحكم الآلي.

بحلول نهاية الستينيات من القرن العشرين، تم تطوير وجهة نظر حديثة حول التنظيم الهيكلي لنماذج الأنظمة الديناميكية بشكل كامل. يبدأ تكوين النموذج الرياضي للنظام بتقسيمه إلى روابط ووصفها لاحقًا - إما تحليليًا على شكل معادلات تربط بين كميات المدخلات والمخرجات للرابط؛ أو بيانياً على شكل رسوم بيانية ذاكرية ذات خصائص. بناءً على معادلات أو خصائص الروابط الفردية، يتم تجميع المعادلات أو خصائص النظام ككل.

تم تحديد روابط الأنظمة الديناميكية على أنها نموذجية

إسم الوحدة	معادلة الارتباط y(t)=f(u(t))	وظيفة النقل W(s)=y(s)/u(s)	المكونات الأولية
متناسب
التكامل	dy(t)/dt = ku(t); الpy = كو
التفريق	ذ(ر)=ك·دو(ر)/دت; ذ = وحدة المعالجة المركزية
الترتيب الأول غير الدوري
فرض النظام الأول
دمج بالقصور الذاتي		ث (ق) = ك/
التفريق بالقصور الذاتي		W(s) = كانساس/(Ts+1)
إيزودرومنو		W(s) = k(Ts+1)/s
متذبذب، محافظ، غير دوري من الدرجة الثانية	(T 2 ص 2 +2ξTp+1)y = ku	W(s)=k/(T 2 p2+2ξTp+1)

لاحظ أنه إذا تم تقسيم النظام إلى مخطط وظيفي إلى روابط بناءً على الوظائف التي تؤديها، فبالنسبة للوصف الرياضي، يتم تجزئة النظام بناءً على سهولة الحصول على الوصف. ولذلك، يجب أن تكون الروابط بسيطة (صغيرة) قدر الإمكان. ومن ناحية أخرى، عند تقسيم النظام إلى روابط، يجب تجميع وصف رياضي لكل رابط دون مراعاة ارتباطاته بالروابط الأخرى. يكون هذا ممكنًا إذا كانت الروابط لها اتجاهية للعمل - أي. ينقل التأثير في اتجاه واحد فقط، من الإدخال إلى الإخراج. ومن ثم فإن التغيير في حالة أي رابط لا يؤثر على حالة الرابط السابق.

إذا تم استيفاء شرط اتجاهية عمل الروابط، فيمكن الحصول على وصف رياضي للنظام بأكمله في شكل نظام من المعادلات المستقلة للروابط الفردية، تكملها معادلات الاتصال بينهما. تعتبر الروابط (النموذجية) الأكثر شيوعًا هي وصلات غير دورية، متذبذبة، متكاملة، متمايزة، ذات تأخير ثابت.

تمت دراسة مشكلة الروابط الأولية في نماذج شكل نظام المعادلات التفاضلية من قبل عدد من المؤلفين. يوضح التحليل أن مواقفهم تتلخص بشكل أساسي في توضيح حقيقة وجود روابط نموذجية ودراسة دورها في عملية تكوين هياكل أكثر تعقيدًا. يتم الاختيار ضمن مجموعة الوحدات النموذجية بشكل تعسفي، دون أي معايير. يتم تضمين روابط مختلفة في قوائم الروابط النموذجية دون تفسير أو تبرير، كما يتم استخدام المصطلحين "بسيط" و"أولي" بالتساوي للإشارة إلى الروابط النموذجية (انظر الجدول). وفي الوقت نفسه، تظهر دراسة العديد من الروابط "النموذجية" للأنظمة الديناميكية باستخدام طرق المصفوفات الهيكلية أن ثلاث روابط فقط - المتناسبة والتكاملية والتفاضلية - لا تحتوي على دورات مصفوفة في مصفوفاتها الهيكلية. لذلك، يمكن أن يطلق عليهم فقط الابتدائية. يتم إنشاء جميع الروابط الأخرى من خلال الجمع بين الروابط الأولية.

لذا، إذا كانت هناك صلة متناسبة مع وظيفة نقل W B (s) = k B ووصلة تفاضلية مع وظيفة نقل W A (s) = k A s متصلة وفقًا لدائرة تغذية مرتدة سلبية (الشكل 3)، فإن المكافئ وظيفة النقل

وبالتالي فإن النتيجة، حتى قيم الثوابت الزمنية، تتزامن مع دالة النقل للارتباط غير الدوري من الدرجة الأولى. وهذا يعني أنه يمكن الحصول على هذا الارتباط من خلال ربط الروابط التناسبية والتفاضلية وفقاً لدائرة ذات تغذية راجعة سلبية، وبالتالي لا يمكن اعتبارها أولية.

تين. 3. أي ما يعادل، دائرة الارتباط غير الدورية

يمكن إنشاء الروابط المتبقية المدرجة في الجدول بنفس الطريقة. وينبغي إيلاء اهتمام خاص لوظيفة النقل للوصلة التذبذبية (T 2 p 2 + 2ξTp + 1)y = ku. وبالتالي، إذا قمنا بتوصيل رابطين غير دوريين على التوالي مع دوال نقل تختلف فقط في ثوابت الوقت، فإن دالة النقل المكافئة ستأخذ الشكل

وبالتالي فإن النتيجة حتى قيم الثوابت الزمنية تتطابق مع دالة النقل للارتباط قيد الدراسة. وبالتالي، يمكن الحصول على روابط من الدرجة الثانية متذبذبة ومحافظة وغير دورية من خلال توصيل روابط من الدرجة الأولى على التوالي. لذلك، لا يمكن اعتبارها أولية، على الرغم من أنه يجوز من حيث المبدأ أن نسميها نموذجية.

يتيح لنا تحليل النتائج الواردة في العمود الأخير من الجدول أن نستنتج أنه يمكن الحصول على روابط مثل الروابط غير الدورية والمتساوية والتأثيرية والتمييز بالقصور الذاتي والتكامل بالقصور الذاتي عن طريق ربط الروابط الأولية. لإثبات أنه يمكن الحصول على وظائف النقل للروابط النموذجية الأخرى من خلال ربط الروابط الأولية، سيكون من الضروري تحليل اتصالات الروابط الثلاثة والأربعة وما إلى ذلك وفقًا لمخططات الاتصال النموذجية. يمكن الحصول على نفس النتيجة إذا أخذنا في الاعتبار اتصالات الروابط الأولية مع روابط الدرجة الأولى النموذجية. وقد تم بالفعل إجراء بعض هذه الأبحاث، ويتم عرض نتائجها في العمل.

وبالتالي، فقد ثبت أنه من خلال ربط الروابط الأولية، من السهل جدًا الحصول على جميع وظائف النقل لما يسمى بالروابط الديناميكية القياسية. وبالتالي، يمكن تصنيع الأنظمة الديناميكية العشوائية باستخدام عوامل الضرب والجمع لثلاث روابط أولية فقط: التناسب والتفاضل والتكامل. هذا الاستنتاج ذو أهمية أساسية، لأنه يحدد الأساس الأولي اللازم لبناء الأنظمة الديناميكية الخطية من أي ترتيب، بما في ذلك الدوائر الإلكترونية الراديوية. وإذا كان من المفترض أن يتم بناء الأنظمة الديناميكية من نطاق محدود من الروابط الديناميكية، كما هو الحال في MABIS وPAIS، فإن الاستنتاج المستخلص مهم بشكل خاص.

الشكل 4. حلول الدوائر البسيطة للوحدات الأولية: أ) أداة الجمع متعددة المدخلات، ب) مكبر الصوت التفاضلي (الوصلة النسبية)، ج) المفرق (الوصلة التفاضلية)، د) التكامل (الوصلة التكاملية)

يصبح من الممكن تصنيع أجهزة تناظرية عشوائية من خمس وحدات وظيفية فقط - معدد الإرسال، والمجمع، والمضاعف، والمتكامل، والمفرق (الشكل 4)! لاحظ أن الموضح في الشكل لا ينبغي النظر إلى المخططات 4 على أنها حلول دوائر مثبتة بالفعل، ولكن فقط كمبرر لإمكانية استبدال الروابط الأولية في مخطط وظيفي بعناصر راديو إلكترونية أساسية. ومن خلال استبدال الروابط الأولية للدوائر الوظيفية بنظيراتها من الأجهزة، أصبح من الممكن تصميم أجهزة تناظرية ذات خصائص محددة.

مثال على توليف الأجهزة التناظرية

لنفكر في مثال بسيط جدًا لتوليف مخطط دائرة لجهاز تناظري وفقًا لنموذج محدد بواسطة نظام المعادلات التفاضلية في شكل تحويلات لابلاس بالشكل: x 0 = g, x 1 = x 0 - 2x 2 /ث، × 2 = 10 × 1 /ث، × 3 = × 2 - 10 × 4 /ث، × 4 = 500 × 3 /ث.

لنقم ببناء مصفوفة هيكلية لهذا النظام من المعادلات التفاضلية ونسلط الضوء على دورات المصفوفة باستخدام الأسهم:
باستخدام المعادلات والمصفوفة الهيكلية، سوف نقوم بإعادة بناء المخطط الهيكلي للجهاز (الشكل 5). وفقا للمصفوفة الهيكلية، فإن النظام لديه اثنين من ردود الفعل السلبية: العقدة 2 -> العقدة 1 والعقدة 4 -> العقدة 3، على التوالي. وبما أن المخطط الهيكلي في الشكل 5 مبني في البداية على وصلات أولية، فيمكن اعتباره مخططاً وظيفياً لجهاز إلكتروني.

الشكل 5. رسم تخطيطي للجهاز المركب (خطوة بخطوة)

من نتائج المحاكاة (الشكل 6) للدائرة المركبة، يتضح أنها، مع المعلمات المعطاة، تتكون من مولدين متصلين على التوالي. وهذا يعني أن جهازًا بسيطًا للغاية، يتكون من أربع وحدات تكاملية فقط، يؤدي وظيفة معقدة نسبيًا تتمثل في تعديل تذبذب منخفض التردد بتذبذب عالي التردد.
لاحظ أنه عند تصميم وتصنيع MABIS وPA-IS، ليس من الضروري على الإطلاق استخدام نظائر الأجهزة للوحدات الأولية المصنوعة على مكبرات الصوت التشغيلية، كما في الشكل 4، على الرغم من أنه من الأفضل تطويرها على هذا الأساس. والأكثر واعدة هو تنفيذ نظائرها من الأجهزة للوحدات الأولية باستخدام المكونات الإلكترونية البصرية، على الرغم من أن أي خيارات أخرى ممكنة.

الشكل 6. رسم الذبذبات لجهاز مركب

عالمي MABIS وPAIS - إنه ممكن

وبالتالي، يمكننا التمييز بين خمسة مكونات أولية (أبسط) لأي REA، تتوافق مع العوامل الأساسية لأنظمة المعادلات التفاضلية: الضرب، والتمايز، والتكامل، والإضافة، وإعادة الإنتاج (تعدد الإرسال). تتضمن منهجية تصميم الأجهزة الإلكترونية التناظرية ما يلي:

استخدام البيانات الأولية لتصميم نموذج رياضي في شكل نظام من المعادلات التفاضلية من الدرجة الأولى n (أو المعادلة التفاضلية من الدرجة الأولى؛
بناء مصفوفة هيكلية للجهاز المصمم وإيجاد دورات المصفوفة؛
استعادة المخطط الهيكلي للجهاز المصمم؛
تحويل المخطط الهيكلي إلى مخطط وظيفي عن طريق استبدال الروابط النموذجية بمجموعة من الروابط الأولية؛
تحويل المخطط الوظيفي للجهاز المصمم إلى مخطط دائرة كهربائية عن طريق استبدال الروابط الأولية بعناصر الأجهزة الأساسية المكافئة (ربما يسمح لنا استخدام أنظمة CAD الحديثة بتجنب هذه المرحلة عن طريق تجميع الهيكل مباشرة من الوصف الوظيفي)؛
تطوير طوبولوجيا الجهاز المصمم.

النهج المقترح لديه عدد من المزايا الحاسمة. وبالتالي، تم تجميع المخطط الوظيفي للجهاز المصمم من النظام الأصلي للمعادلات التفاضلية باستخدام تحويلات المصفوفة القياسية، والتي يمكن ترتيبها وتحويلها إلى خوارزمية لإجراء العمليات الحسابية التلقائية. يتم تصنيع مخطط الدائرة الكهربائية من المخطط الوظيفي ببساطة عن طريق استبدال الروابط الديناميكية الأولية بعناصر أساسية مكافئة. إن نمذجة الجهاز باستخدام أدوات CAD يمكن أن تجعل الأمر أسهل بكثير.

وبالتالي، بما أن مجموعة الوحدات الأولية ليست عديدة، فهناك إمكانية حقيقية لتصميم MABIS وPAIS العالميين. وهذا بدوره يبسط إلى حد كبير تصميم الأجهزة التناظرية والرقمية إلى التناظرية ويفتح آفاقًا جذابة لمزيد من تطوير الإلكترونيات بشكل عام.

الأدب

1. Alenin S.، Ivanov V.، Polevikov V.، Trudnovskaya E. تنفيذ الأجهزة التناظرية الرقمية المتخصصة القائمة على BIK MOS BMKtype N5515ХТ1. - تشيب نيوز، 2000، العدد 2.
2. كورباتوف. أ. الدوائر المتكاملة التناظرية القابلة للبرمجة. الحياة تستمر. - المكونات والتقنيات، 2000، العدد 2.
3. Petrosyants K.، Suvorov A.، Khrustalev I. مصفوفات تناظرية قابلة للبرمجة من Lattice Semiconductor. - تشيب نيوز، 2001، العدد 1.
4. كو إي.إس.، سورير آر.إيه. تطبيق طريقة متغيرات الحالة لتحليل الدوائر. - تير، 1965، رقم 7.
5. إيلين ف.ن. تصميم الدوائر الإلكترونية بمساعدة الحاسوب. - م: الطاقة، 1972.
6. يوريفيتش إي. نظرية التحكم الآلي. - ل.: الطاقة، 1975.
7. كوروباتكين بي.في. نظرية التحكم الآلي. - م: الثانوية العامة 1973.
8. فورونوف أ.أ.، تيتوف ف.ك.، نوفوغرانوف ب.ن. أساسيات نظرية التنظيم والتحكم الآلي. - م: الثانوية العامة 1977.
9. فورونوف أ.أ. نظرية التحكم الآلي. الجزء 1. نظرية أنظمة التحكم الآلي الخطية. - م: الثانوية العامة 1977.
10. ميشين جي تي. الأسس العلمية الطبيعية للإلكترونيات الدقيقة التناظرية. - م: ميم، 2003.
11. شاتيكين إل.جي. المصفوفات الهيكلية وتطبيقاتها على بحوث النظم. - م: الهندسة الميكانيكية 1974.
12. شاتيكين إل.جي. المصفوفات الهيكلية وتطبيقاتها على بحوث النظم. - م: الهندسة الميكانيكية 1991.
13. الدوائر التناظرية المتكاملة. /إد. جي كونيلي. -م: مير، 1977.
14. جي لينك. الدوائر الإلكترونية. دليل عملي. - م: مير، 1985.
15. نيسترينكو ب.ك. مكبرات الصوت التشغيلية المتكاملة. - م: الطاقة، 1982.
16. هورويتز ب.، هيل دبليو. فن تصميم الدوائر T. 1. - م: مير، 1983.

تم تصميم الدوائر المتكاملة التناظرية لتحويل ومعالجة الإشارات التي تختلف وفقًا لقانون الوظيفة المستمرة. يجدون التطبيق في معدات الاتصالات، والتلفزيون والتحكم عن بعد، وأجهزة الكمبيوتر التناظرية، ومسجلات الأشرطة، وأدوات القياس، وأنظمة التحكم، وما إلى ذلك.

بفضل التحسينات في التكنولوجيا وأساليب التصميم، يتوسع نطاق الدوائر الدقيقة التناظرية باستمرار. يتم إنتاج الدوائر الدقيقة بكميات كبيرة للمولدات، وأجهزة الكشف، والمغيرات، والمحولات، ومكبرات الصوت، والمفاتيح، والمفاتيح، والمرشحات، وإمدادات الطاقة الثانوية، وأجهزة الاختيار والمقارنة، المتنوعة في الغرض والوظائف، بالإضافة إلى الدوائر الدقيقة متعددة الوظائف والدوائر الدقيقة، وهي عبارة عن مجموعات من عناصر.

يتم عرض التركيب الوظيفي للسلسلة المحلية الأكثر شيوعًا من الدوائر المتكاملة التناظرية، والتي تستخدم في تصنيع المعدات الاحترافية وفي ممارسة هواة الراديو، في الجدول. 2.1.

تختلف السلسلة بشكل كبير في مجالات التطبيق الأساسي والتركيب الوظيفي وعدد الدوائر المتكاملة المضمنة فيها.

تم تصميم مجموعة كبيرة من السلاسل بشكل أساسي لإنشاء أجهزة إرسال واستقبال للاتصالات الراديوية، ويتم إنتاج السلاسل لأجهزة التلفزيون ومسجلات الأشرطة والهواتف الكهربائية وغيرها من الأجهزة. يمكن تقسيم كل هذه السلاسل إلى كاملة وظيفيًا وغير مكتملة وظيفيًا. تتكون تلك الكاملة وظيفيًا من مجموعة واسعة من الدوائر الدقيقة المتخصصة التي تنتمي إلى مجموعات فرعية وظيفية مختلفة (الجدول 2.1). تتيح كل سلسلة من هذه السلاسل إنشاء جميع مكونات الأجهزة تقريبًا مثل أجهزة الراديو والتلفزيون والتعقيدات المماثلة التي يتم بيعها حاليًا في تصميم الإلكترونيات الدقيقة.

تتكون السلسلة غير المكتملة وظيفيًا من عدد صغير من الدوائر الدقيقة المتخصصة أو العالمية. وهي مخصصة بشكل أساسي لإنشاء وحدات منفصلة من المعدات التناظرية.

يستحق المتخصصون وهواة الراديو اهتمامًا خاصًا من السلسلة التي تجمع بين الدوائر الدقيقة الأكثر تنوعًا من حيث وظائفها - مكبرات الصوت التشغيلية (الفقرة 2.8). يمكن أن يكون كل مضخم تشغيلي بمثابة الأساس لعدد كبير من العقد التي تنتمي إلى مجموعات فرعية وأنواع وظيفية مختلفة.

الجدول 2.1

الجدول 2.2 والجدول 2.3

الجدول 2.4

لتوصيف الدوائر الدقيقة من سلاسل مختلفة وللتقييم المقارن للدوائر الدقيقة التي تنتمي إلى نفس النوع، يتم استخدام مجموعات من المعلمات الوظيفية بشكل أساسي. ومع ذلك، في الممارسة الهندسية وهواة الراديو، تلعب أيضًا عوامل مثل جهد الإمداد والتصميم والوزن والحد الأقصى لظروف التشغيل المسموح بها للدوائر الدقيقة دورًا مهمًا. غالبًا ما تكون ذات أهمية حاسمة عند اختيار قاعدة العناصر لمعدات معينة.

وترد في الجدول بيانات عن جهد الإمداد. 2.2، والذي يمكن من خلاله ملاحظة أن الفولتية الاسمية المختلفة ذات القطبية الإيجابية والسلبية تستخدم لتشغيل الدوائر الدقيقة. في هذه الحالة، يكون التسامح في معظم الحالات 4-10٪. الاستثناءات هي الدوائر الدقيقة من سلسلة K140، التي تتمتع بتفاوت ±5%، وبعض الدوائر الدقيقة من سلسلة K224 بتفاوتات ±5، و±20، و±25%، والدوائر الدقيقة من سلسلة K245 بتفاوت ±20 ٪، وكذلك الدوائر الدقيقة جزئيًا من سلسلة 219 وK224 و235 وK237، والتي تعمل بشكل طبيعي تحت تغيرات الجهد على نطاق أوسع.

إن الاختلاف في جهد الإمداد في العديد من الحالات العملية يجعل من الصعب أو المستحيل استخدام دوائر دقيقة من سلاسل مختلفة في جهاز واحد، حتى لو كانت تلبي متطلبات المعلمات الوظيفية الأساسية.

يتنوع تصميم الدوائر الدقيقة من سلسلة مختلفة. وهي تختلف في الشكل والحجم والمواد الحافظة وعدد ونوع الخيوط والوزن وما إلى ذلك. كما يتبين من الجدول. 2.3، بالنسبة للدوائر الدقيقة التي تمت مناقشتها في هذا الفصل، يتم استخدام 25 حجمًا قياسيًا من العبوات المستطيلة والدائرية ذات الأطراف الطرفية أو العادية. يتم إنتاج بعض الدوائر الدقيقة (سلسلة K129، K722، وما إلى ذلك) في تصميم غير معبأ بسلك مرن أو أسلاك صلبة. يتراوح وزن الدوائر الدقيقة في العبوات من كسور الجرام (الحالات 401.14-2 و401.14-3) إلى 17 جم (الحالة 157.29-1). لا تتجاوز كتلة الدوائر الدقيقة غير المعبأة 25 مجم.

وفقًا للحد الأقصى المسموح به من ظروف التشغيل، تختلف الدوائر الدقيقة ذات السلاسل المختلفة بشكل كبير.

يظهر في الجدول الفرق في نطاق درجة حرارة استخدام الدوائر الدقيقة التناظرية. 2.4. من الواضح أنه لا يمكن التوصية باستخدام الدوائر الدقيقة التي تتميز بالحد الأدنى لنطاق درجة الحرارة - 10 أو - 30 درجة مئوية في المعدات المحمولة المخصصة للتشغيل في ظروف الشتاء. في بعض الأحيان يتم فرض قيود خطيرة من خلال الحد الأعلى وهو +50 أو +55 درجة مئوية.

من حيث مقاومة الأحمال الميكانيكية، فإن الدوائر الدقيقة من سلسلة مختلفة قريبة من بعضها البعض. يمكن لمعظم الدوائر الدقيقة أن تتحمل أحمال الاهتزاز في النطاق من 1 - 5 إلى 600 هرتز مع تسارع قدره 10 جم. (بالنسبة للدوائر الدقيقة من سلسلة K122 وK123، يجب ألا يتجاوز التسارع 5 جم، وبالنسبة للدوائر الدقيقة من سلسلة KP9 وK167 - 7.5 جم.) الاستثناء هو الدوائر الدقيقة من سلسلة K245 وجزء من الدوائر الدقيقة من سلسلة K224، نطاق أحمال الاهتزاز هو 1 - 80 هرتز مع تسارع 5 جم.

لا يسمح لنا نطاق هذا الكتاب بفحص جميع الدوائر الدقيقة التي تنتجها الصناعة المحلية بالتفصيل. ولذلك، فإن ما يلي ليس سوى وصف موجز لتلك الواردة في الجدول. 2.1 من السلسلة والدوائر الدقيقة المضمنة فيها، مع الإشارة إلى المعلمات الرئيسية، وتم إجراء مقارنة بين الدوائر الدقيقة حسب النوع وتم تحليل الدوائر والميزات الوظيفية للدوائر الدقيقة من سلسلة K122 وK140 وK224 و235 وK521 بمزيد من التفاصيل التفاصيل، والتي، وفقًا للمؤلفين، قد تكون ذات أهمية كبيرة لمجموعة واسعة من القراء. بالنسبة لعدد من الدوائر الدقيقة، يتم تقديم أمثلة على الوحدات الوظيفية النموذجية.

يمكن العثور على المعلومات الضرورية حول الدوائر الدقيقة من سلاسل أخرى في الكتالوجات والكتب المرجعية والكتب والدوريات، وخاصة في مجلات "الراديو" و"الصناعة الإلكترونية". عند استخدام هذه المنشورات، يجب أن تتذكر أنها غالبا ما تساوي معلمات الدوائر المتكاملة نفسها مع معلمات الوحدات الوظيفية، والتي تمثل في بعض الأحيان واحدة فقط من العديد من الخيارات لاستخدام دائرة كهربائية دقيقة معينة. عند استخدامها مع عناصر خارجية أخرى ومع خيارات التبديل الطرفية الأخرى، قد تختلف معلمات العقدة بشكل كبير عن البيانات الواردة في الأدبيات. بالإضافة إلى ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه في مصادر مختلفة توجد اختلافات في وصف الدوائر الدقيقة الفردية عند قياس معلماتها. ويرجع ذلك إلى توسيع نطاق السلسلة الفردية وتحديث بعض الدوائر الدقيقة.

سلسلة من الدوائر الدقيقة لمعدات الاتصالات والبث الراديوي

المقال الرئيسي سلسلة من الدوائر الدقيقة لمعدات الاتصالات والبث الراديوي

سلسلة من الدوائر الدقيقة لمعدات التلفزيون

المقال الرئيسي سلسلة من الدوائر الدقيقة لمعدات التلفزيون

سلسلة من الدوائر الدقيقة لأجهزة التسجيل والهواتف الكهربائية

المقال الرئيسي سلسلة من الدوائر الدقيقة لأجهزة التسجيل والهواتف الكهربائية

سلسلة IC للأجهزة الخطية والنبضية

المقال الرئيسي سلسلة IC للأجهزة الخطية والنبضية

الدوائر الدقيقة لمسارات التضخيم لمعدات الاتصالات والبث الراديوي

المقال الرئيسي الدوائر الدقيقة لمسارات التضخيم لمعدات الاتصالات والبث الراديوي

رقائق إمدادات الطاقة الثانوية

لا شك أن الدوائر الدقيقة من سلسلة K181 وK142 وK278 وK286 وK299 تحظى باهتمام هواة الراديو والمتخصصين. وهي مخصصة للاستخدام في مصادر الطاقة الثانوية لتثبيت الجهد. تسمح هذه الأجهزة، على وجه الخصوص، بطريقة جديدة لتزويد الأجهزة المعقدة بالطاقة بمصادر تيار مستمر غير مستقرة من خلال استخدام المثبتات الفردية للكتل والشلالات الفردية.

أرز. 2.28. رقاقة K181EN1

يتم تصنيع الدائرة الدقيقة K181EN1 (الشكل 2.28) من سلسلة K181 وفقًا لدائرة ذات اتصال متسلسل لعنصر التحكم. المراحل الرئيسية للمثبت هي ترانزستور التحكم المركب (Tv، T7)، ومكبر الصوت التفاضلي المتماثل (TS) Td) ومصدر الجهد المرجعي، والذي يتضمن صمام ثنائي زينر Dz ومتابع باعث على الترانزستور Ts.

تعمل الدائرة الدقيقة K181EN1 بجهد دخل غير مستقر يتراوح من 9 إلى 20 فولت، مما يوفر جهد خرج ثابتًا يتراوح من 3 إلى 15 فولت. ويجب ألا يتجاوز الحد الأقصى لتيار الحمل 150 مللي أمبير. معامل عدم استقرار الجهد 7-103.

تتكون سلسلة K142 من سبع دوائر دقيقة، خمسة منها عبارة عن مجموعات مختلفة من أربعة صمامات ثنائية.

أرز. 2.29. مثبت الجهد على شريحة K142EN1
أرز. 2.30. رقاقة K299EV1

الدوائر الدقيقة K142EN1 وK142EN2 عبارة عن مثبتات جهد قابلة للتعديل. يتم إنتاج كل دائرة كهربائية صغيرة في أربعة تعديلات. من بينها مثبتات ذات معامل عدم استقرار الجهد 0.1 ؛ 0.3 أو 0.5%، مع معامل عدم استقرار حالي قدره 0.2؛ 0.5؛ 1 و 2%. الحد الأدنى لنطاق تنظيم الجهد هو 3 أو 12 فولت، والحد الأعلى هو 12 أو 30 فولت. ويرد في الشكل مثال لبناء مثبت الجهد على الدائرة الدقيقة K142EN1. 2.29.

توفر الدوائر الدقيقة من سلسلة K278 معامل تموج أقل من 0.012 عند جهد خرج يبلغ 12 فولت وتيار خرج يبلغ 2.5 أمبير.

تم تصميم سلسلة K299 لإنشاء مقومات مضاعفة الجهد. جهد الخرج 2000 - 2400 فولت. تيار الخرج 200 ميكرو أمبير. في التين. يوضح الشكل 2.30 رسمًا تخطيطيًا للدائرة الدقيقة للمقوم K299EV1.

مكبرات الصوت التنفيذية

المقال الرئيسي مكبرات الصوت التنفيذية

رقائق المقارنة

في ممارسة هواة الراديو، غالبًا ما تكون هناك حاجة لمقارنة قيم الإشارات التناظرية مع نتائج المقارنة في شكل إشارة منطقية ذات مستويين. يمكن حل هذه المشكلة باستخدام دوائر دقيقة خاصة - مقارنات. بشكل عام، هذه هي مضخمات تشغيلية متخصصة مع مرحلة إدخال تفاضلية تعمل في الوضع الخطي ومرحلة إخراج مفردة أو شبه طورية تعمل في الوضع المحدود.

أرز. 2.33. الدائرة الدقيقة K521CA2 (a) ومقارنة الدقة قيد التشغيل. رقاقة K521CA1 (ب)

يتم تصنيع جهاز المقارنة وفقًا لدائرة بسيطة نسبيًا بدون مدخلات بوابة.

عند الإدخال، يتم استخدام سلسلة تفاضلية على الترانزستورات T6 وT7 مع مولد تيار مستقر على الترانزستور T9. يتم ضمان الاستقرار الحراري لوضع الترانزستور T9 بواسطة الترانزستور T10 في اتصال الصمام الثنائي.

يتم تنفيذ المرحلة الثانية أيضًا وفقًا لدائرة تفاضلية على الترانزستورات T4 و 7 Y. بفضل دائرة إمداد التحيز المتوازن، يتم الحفاظ على الجهد عند قاعدة الترانزستور T3 ثابتًا عندما يتغير جهد الإمداد الإيجابي. يعمل صمام Zener diode D2 في دوائر zmitter للترانزستورات G4 و T5 على إصلاح إمكانات قواعدها عند مستوى 7V. تحدد هذه القيمة إشارة الإدخال الصالحة. لزيادة سعة تحميل الخرج الحالي، يتم استخدام تابع باعث على الترانزستور 72.

تم تصميم Zener diode D1 في دائرة الباعث لهذا الترانزستور لتغيير مستوى إشارة الخرج لضمان توافق مقارنة الخرج مع مدخلات الدوائر الدقيقة الرقمية TTL. يوفر الترانزستور T8 مسارًا لتيار تسرب الإدخال للدائرة الدقيقة TTL المتصلة بالمقارن عند 0 المنطقي. يقوم الترانزستور T1 في اتصال الصمام الثنائي بإغلاق الخرج التفاضلي للمرحلة الثانية إذا تجاوز تأرجح جهد الخرج في المنطقة الإيجابية 4 فولت. يساعد على زيادة سرعة المقارنة.

الأكثر تقدمًا هي الدائرة ذات القناتين لبناء المقارنات، والتي يتم تنفيذها، على وجه الخصوص، في الدائرة الدقيقة K521CA1. في التين. يوضح الشكل 2.33.6 مثالاً لاستخدام هذه الدائرة الدقيقة كمقارن للجهد.