Проблеми автоматизації схемотехничного проектування нелінійних вузлів радіоелектронної апаратури

Вступ

Розглянемо специфічні властивості, притаманні нелінійним вузлам радіоелектронної апаратури (РЕА). Введемо поняття «опрацьована схема», причетне до довільного вузла РЕА. Покажемо, як треба розширити це поняття стосовно нелінійного вузла з врахуванням його особливостей. Уявлення про опрацьовану схему дозволяє сформувати задачі, які необхідно вирішувати при схемотехнічному проектуванні, і дає можливість визначити проблеми, виникаючі при створенні системи автоматизованого проектування нелінійних вузлів.

1. Специфіка розгляду нелінійних вузлів

Насамперед відмітимо, що будемо казати про автоматизацію схемотехнічного проектування нелінійних вузлів, в яких робочим виявляється періодичний режим. До їх числа відносяться автогенератори, підсилювачі, помножувачі та дільники частоти, амплітудні детектори, деякі види частотних детекторів і т. і.

У перелічених вузлах є хоча б один нелінійний елемент (опір, ємність або індуктивність). Нагадаємо, що вольт-амперна характеристика нелінійного резистора, тобто залежність струма від напруги, або обернена функція, відрізняються від прямої лінії. Характеристики нелінійної емності (вольт-кулонова) і нелінійної індуктивності (ампер-веберна) ведуть себе однаково. Тому значення опору, ємності, індуктивності в цих елементах не залишаються постійними при зміні напруги, струму, заряду або магнітного потоку.

Присутність нелінійного елемента обумовлює особливість періодичного режиму в схемі: усі струми і напруги, будучи періодичними функціями часу, стають негармонічними.

Кажучи інакше, при розкладі у ряд Фур’є струмів (напруг) у нелінійній системі, в якій існує періодичний режим з періодом Т, отримаємо спектр, який має частоту f = 1/T та її гармоніки. В цій прояві одна із особливостей нелінійної схеми.

Інші специфічні риси виявляються при зміні параметрів нелінійної системи. В цьому випадку можуть спостерігатися такі явища: виникнення паразитних автоколивань; перехід до іншого періодичного режиму з іншою амплітудою та частотою; одночасне існування двох або більше коливань. Проілюструємо перелічені вияви прикладами.

Паразитні автоколивання часто утворюються в транзисторному підсилювачі потужності при відсутності сигналу на вході, якщо трохи збільшити напругу зміщення (або відкрити транзистор). При цьому вимикання вихідного навантаження або його замкнення, як правило, сприяє автоколиванням. Причина паразитного збудження – внутрішній зворотній зв’язок в транзисторі.

Нерідко в коливну систему вузлів входить нелінійна ємність (наприклад, ємність емітерного, або колекторного переходу біполярного транзистора). Тоді при зміні частоти зовнішнього сигналу можна спостерігати викиди напруги та гістерезис (рис. 1).

Як показали досліди, це викликано зміною середнього за період значення нелінійної ємності, що при деяких умовах супроводжується збудженням коливань на частоті зовнішнього сигналу і приводить до викиду амплітуди (частота f1 рис. 1), в результаті чого спостерігається гістерезіс.

В автогенераторі, працюючим з інерційним автозміщенням, може з’явитись самомодуляція.

Це явище можна інтерпретувати як збудження низькочастотного коливання, котре існує сумісно з корисним.

Паразитні коливання в приладах на біполярних транзисторах дуже різноманітні внаслідок появи параметричної нестійкості. ............