Příspěvek k optimální syntéze filtračních obvodů

Abstract

Předložená práce je zaměřena na optimalizaci syntézy filtračních obvodů. V pěti hlavních kapitolách se zabývá řešením dílčích problémů několika oblastí syntézy moderních filtračních obvodů. V první kapitole je uveden rozbor základních vlastností soudobých integrovaných obvodů napěťových operačních zesilovačů s výhledem jejich možného uplatnění při návrhu filtračních obvodů v následujících částech práce. Další kapitola se zabývá návrhem a optimalizací digitálně řízených univerzálních filtrů laditelných pomocí digitálních potenciometrů původně určených pro audio techniku. Tyto digitálně řízené obvody jsou stále častěji využívány jako bloky analogového předzpracování v digitálních systémech zpracování signálů. Nejširší část práce se zabývá komplexním rozborem jednotlivých zapojení ekonomicky výhodných cíleně ztrátových aktivních funkčních bloků s moderními napěťovými operačními zesilovači. Hlavním cílem této části práce je detailní rozbor vlastností jednotlivých zapojení zkoumaných obvodů, porovnání možnosti jejich využití s ohledem na jejich možné širší využití v oblasti optimalizace aktivních kmitočtových filtrů. Tato část práce zahrnuje i popis a příklady využití navrženého a realizovaného programu, který výrazně zjednodušuje návrh cíleně ztrátových ARC filtrů. Další část práce se zabývá návrhem, vývojem a ověřením vhodné metodiky syntézy a optimalizace datových a zejména výkonových modelů EMC filtrů. V návaznosti na ověření vlastností navržených modelů EMC filtrů je popsána doporučená metodika měření vlastností těchto filtrů včetně návrhu měřicího pracoviště pro měření základních parametrů síťových odrušovacích prostředků do vysokých kmitočtů. Poslední část práce se zaměřuje na metodiku měření koncentrace vzdušných iontů pomocí aspiračního kondenzátoru, na vyjádření systematických a náhodných chyb a na optimalizace filtračních vlastností použité měřicí metody. Zahrnuje i popis návrhu a vlastností realizovaného plně automatizovaného měřicího systému s aspiračním kondenzátorem.

The presented dissertation thesis is focused on the optimization of filtering circuit synthesis. In the five main sections of this work, the author analyzes partial problems related to several areas within the synthesis of modern filtering circuits. The first chapter constitutes an examination of elementary aspects which characterize present-day integrated circuits in voltage feedback operational amplifiers, and this main content is further complemented with a view on possible application of these circuits for the designing of filtering circuits as proposed within subsequent parts of the thesis. In this context, the second chapter contains a description of the design and optimization of digitally controlled universal filters tunable by means of digital potentiometers originally produced for audio technology. These digitally controlled circuits are increasingly utilized as analog preprocessing blocks in digital signal processing systems. The most extensive portion of the dissertation is dedicated to a complex analysis of individual configurations of economical, purposely lossy active function blocks and modern voltage operational amplifiers. This part of the thesis aims at providing a detailed insight into the characteristics of individual configurations of examined circuits; furthermore, in this respect, the author proposes a comparison of various application possibilities relating to these circuits and their wider use in the field of active frequency filters optimization. The described section of the work also includes a definition and examples of application of the designed and realized program, which facilitates significant simplification of purposely lossy ARC filters. In the penultimate part of the dissertation thesis, the design, development, and verification of a suitable synthesis procedure are presented together with the optimization of data and (in particular) power models of EMC filters. Based on the verification of characteristics inherent with the designed models of EMC filters, the suggested measuring procedure related to these filters is described, including the design of a station for measuring elementary parameters of line anti-interference devices up to very high frequencies. In the last section of the thesis, the author discusses the procedure of air ions concentration measurement through an aspiration condenser and analyzes the systematic and random errors as well as the optimization of filtration characteristics of the applied measurement method. This part includes the description of the design and characteristics of the realized fully automated measurement system with an aspiration condenser.