Σχεδίαση εξομοιωτών πυκνωτή και πηνίου κλασματικής τάξης με χρήση τελεστικών ενισχυτών με ανάδραση ρεύματος (CFOAs)

• Κύριος συγγραφέας: Δημέας, Ηλίας
• Άλλοι συγγραφείς: Ψυχαλίνος, Κωνσταντίνος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2015
• Θέματα: Κυκλώματα κλασματικής τάξης; Αναλογικά φίλτρα κλασματικής τάξης; Πυκνωτής κλασματικής τάξης; Πηνίο κλασματικής τάξης; Τοπολογίες φίλτρων πολλαπλής ανάδρασης; Μη γραμμικά συστήματα; Τελεστικός ενισχυτής με ανάδραση ρεύματος (CFOA); Μεταφορέας ρεύματος (CCII); Fractional-order circuits; Analog fractional-order filters; CPEs; Fractional-order capacitor; Fractional-order inductor; Multiple loop feedback filter topologies; Nonlinear systems; Current Feedback Operational Amplifier (CFOA); Current conveyor (CCII); 530.155

Το αντικείμενο της παρούσας Διπλωματική Εργασίας είναι η μελέτη και σχεδίαση κυκλωμάτων κλασματικής τάξης με ενεργά στοιχεία. Συγκεκριμένα, εξετάζονται τοπολογίες φίλτρων πολλαπλής ανάδρασης για την υλοποίηση εξομοιωτών πυκνωτή και πηνίου κλασματικής τάξης με χρήση τελεστικών ενισχυτών με ανάδραση ρεύματος (Current Feedback Operational Amplifiers - CFOAs) και μεταφορέων ρεύματος (Current Conveyors - CCIIs), ως ενεργά στοιχεία. Τα συστήματα κλασματικής τάξης αποτελούν γενίκευση των συστημάτων ακεραίας τάξης και έχουν διαμορφώσει ένα αναδυόμενο διεπιστημονικό και πολλά υποσχόμενο πεδίο έρευνας. Πολλές πρόσφατες μελέτες και έρευνες έχουν δείξει ότι τα συστήματα αυτά έχουν καθοριστική σημασία σε πολλές πρακτικές εφαρμογές, μεταξύ διαφόρων επιστημονικών ειδικοτήτων και για αυτό το λόγο έχουν αποτελέσει ένα σημαντικό πεδίο έρευνας για αρκετούς μηχανικούς και επιστήμονες. Παραδείγματα τέτοιων αξιοσημείωτων εφαρμογών απαντώνται στη ηλεκτρολογία, την επιστήμη των υλικών, τη φαρμακευτική, τη βιοχημεία κλπ.. Για παράδειγμα, η ηλεκτρική συμπεριφορά των βισκοελαστικών υλικών και των βιολογικών ιστών θα μπορούσε να προσομοιωθεί από κυκλώματα κλασματικής τάξης. Επιπλέον, τα ηλεκτρονικά φίλτρα κλασματικής τάξης προσφέρουν έναν πιο ακριβή έλεγχο του ρυθμού εξασθένισης κατά τη μετάβαση στη ζώνη αποκοπής, σε σύγκριση με τα αντίστοιχα φίλτρα ακεραίας τάξης, ενώ η υλοποίηση ταλαντωτών της ίδιας τάξης ωθεί τη λειτουργία αυτών σε υψηλές ιδιοσυχνότητες, των οποίων οι τιμές είναι ανεξάρτητες απ’ τις χωρητικότητες. Τοπολογίες διαφοριστών και ολοκληρωτών κλασματικής τάξης εξετάζονται επίσης στη συγκεκριμένη εργασία. Για την υλοποίηση αυτών γίνεται χρήση των τοπολογιών πολλαπλής ανάδρασης FLF (Follow-the-Leader Feedback) και IFLF (Inverse Follow-the-Leader Feedback) σε ρητή πολυωνυμική προσέγγιση 2ης τάξης χρησιμοποιώντας CFOAs και CCIIs, ως ενεργά στοιχεία. Χρησιμοποιώντας κατά βάση τις τοπολογίες αυτές και κάνοντας προσθήκη ενός μετατροπέα τάσης σε ρεύμα (Voltage-to-Current converter - V/I converter), είναι εφικτή η υλοποίηση των εξομοιωτών πυκνωτή και πηνίου κλασματικής τάξης, που αποτελούν τα κύρια δομικά παθητικά στοιχεία των κλασματικών κυκλωμάτων. Επίσης, παρουσιάζεται ως εφαρμογή η σχεδίαση και υλοποίηση παθητικών φίλτρων κλασματικής τάξης, κάνοντας χρήση των εξομοιωτών πυκνωτή και πηνίου που αναπτύχθηκαν. Η λειτουργική εξομοίωση όλων των προτεινόμενων κυκλωμάτων επιβεβαιώθηκε μέσα από το περιβάλλον του OrCad Capture CIS 16.3 και OrCad PSpice, ενώ η εγκυρότητα όλων των αποκρίσεων επαληθεύθηκε και πειραματικά πραγματοποιώντας κατασκευή του πιο βέλτιστου, από πλευράς υλικού, κυκλώματος. Η λήψη των απαιτούμενων μετρήσεων επιτεύχθηκε με τον Agilent Network - Spectrum Analyzer 4395A. Η υλοποίηση των CFOAs, έγινε με χρήση του εμπορικά διαθέσιμου μονολιθικού τελεστικού ενισχυτή AD844 της Analog Devices.