بهبود پاسخ فرکانسی و استفاده از آن برای پایدارسازی فرکانسی سیستمهای حلقه بسته درجه دو

در طراحی مدارات الکترونیکی از فیدبک منفی بصورت وسیعی استفاده می شود که مزایای بسیاری را بدنبال دارد. یکی از مباحث مهم در طراحی مدارات الکترونیکی و خصوصا تقویت کننده ها مسئله پایداری است چرا که سیستمهای الکترونیکی فیدبکی تحت شرایط خاصی ممکن است ناپایدار شوند. این ناپایداری منجر به بروز نوسانات ناخواسته در خروجی آنها شده و کارایی آنها را بشدت کاهش می دهد. بنابرین مشخصه های استانداردی برای سنجش کیفیت پاسخ فرکانسی و پاسخ پله مدارات الکترونیکی تعریف شده است که مهمترین آنها در حوزه زمان بصورت فراجهش و زمان نشست پاسخ سیستم و در حوزه فرکانس بصورت حاشیه فاز و حاشیه بهره تعریف می شوند. با داشتن مشخصات مذکور می توان میزان پایداری یک سیستم را معین کرد. روش های مختلفی برای بهبود پاسخ فرکانسی سیستم های ارائه شده است که به روشهای جبران سازی فرکانسی معروف هستند. در این پایان نامه، در قسمت اول مباحث مربوط به پاسخ فرکانسی سیستمهای الکترونیکی و روشهای جبران سازی فرکانس و مروری بر روشهای پیشین انجام شده و سپس یک روش جدید برای پایدارسازی و کاهش نوسان سیستمهای الکترونیکی بر مبنای سیستم کنترل posicast پیشنهاد شده است. کنترل posicast از روشهای بسیار متداول و پرکاربرد در پایدارسازی سیستمهای مکانیکی بوده و بر اساس تغییرشکل فرمان تحریک سیستم عمل می کند. به این صورت که فرمان ورودی را به دو قسمت تقسیم می کند. قسمت اول با دامنه ای کمتر از دامنه ورودی مرجع به سیستم اعمال می شود. قسمت دوم با دامنه ای به اندازه دامنه ورودی مرجع و با تاخیری به اندازه اولین پیک نوسان پاسخ سیستم به سیستم وارد می شود. تئوری و مفاهیم سیستم کنترل posicast در ادامه بصورت کامل بررسی شده است. در پایان نامه حاضر، از ایده posicast برای پایدارسازی سیستمهای الکترونیکی تحریک شونده با پالسهای پله استفاده شده است که تا جایی که مطلع هستیم اولین ورود سیستم کنترل posicast به حوزه الکترونیک می باشد. برای بررسی تحقق posicast در حوزه الکترونیک، روش پیشنهادی بر روی سه سیستم مختلف ارزیابی شده است. ابتدا کنترل posicast بر روی یک سیستم درجه دو بعنوان مدلی از یک سیستم الکترونیکی، توسط نرم افزار matlab پیاده سازی و شبیه سازی شده است. سپس یک مدار rlc مورد بررسی قرار گرفته که این ارزیابی هم توسط نرم افزار matlab و هم با استفاده از نرم افزار hspice شبیه سازی شده است. سیستم سوم نیز یک تقویت کننده عملیاتی است که اثر سیستم کنترل posicast بر روی آن توسط نرم افزار hspice شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی ها تاثیر چشمگیر استفاده از سیستم کنترل posicast در پایدارسازی مدارات الکترونیکی و حذف نوسانهای ناخواسته را نشان می دهند. میانگین نتایج حاصل از پیاده سازی posicast سه سیستم مذکور نشان می دهد که فراجهش سیستمها بصورت میانگین دارای 97 درصد بهبود بوده است. همچنین میانگین 5/79 درصد کاهش در زمان نشست رخ داده است. در تولید پالس posicast از روی پالس پله ورودی، عواملی وجود دارند که شکل پالس posicast را از حالت ایده آل خارج کرده و کیفیت پاسخ سیستم به ورودی posicast را تحت تاثیر قرار می دهند. این عوامل با عنوان عوامل غیرایده آل معرفی شده و اثر هرکدام از آنها بر روی پاسخ سیستم به ورودی posicast مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این قسمت در ساخت پالس posicast از روی پالس پله بسیار مفید هستند. با توجه به اینکه دراین پایان نامه سیستمهای هدف ما تقویت کننده های عملیاتی تحریک شونده با پالس پله هستند، روش کنترل posicast بر روی پنج تقویت کننده عملیاتی مختلف پیاده سازی و شبیه سازی شده است که نتایج بدست آمده تاثیر محسوس روش posicast را در پایداری تقویت کننده های عملیاتی نشان می دهد. دیگر مسئله مهم بررسی شده، بحث طراحی مدارات سازنده پالس posicast از روی پالس پله است. برای اینکه بتوان از سیستم کنترل posicast در حوزه الکترونیک استفاده کرد لازم است مداراتی واقعی برای تولید پالس posicast از روی پالس پله داشته باشیم. در این پایان نامه سه طرح برای این امر پیشنهاد شده است که پس از مطالعه دقیق و مقایسه طرح های پیشنهادی، یک طرح بعنوان طرح برتر انتخاب شده که مداری با طراحی کاملا cmos است. نتایج اعمال پالس های posicast تولید شده توسط این مدار بر روی تقویت کننده های عملیاتی نتایج بسیار خوبی در پی داشته است که به نحوی باز هم بر کارایی چشمگیر روش کنترل posicast در حوزه الکترونیک صحه می گذارد