МОДЕЛІ АНАЛОГОВИХ КОМПОНЕНТІВ КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ З ВИСОКИМИ ФУНКЦІОНАЛЬНИМИ ЯКОСТЯМИ : МОДЕЛИ АНАЛОГОВЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ С ВЫСОКИМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ КАЧЕСТВАМИ

Краткое описание

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Харківський національний університет радіоелектроніки

На правах рукопису

ФЕДОТОВ ПАВЛО ДМИТРОВИЧ

УДК 004.3'144: 621.357.1

МОДЕЛІ АНАЛОГОВИХ КОМПОНЕНТІВ КОМП'ЮТЕРНИХ СИСТЕМ З ВИСОКИМИ ФУНКЦІОНАЛЬНИМИ ЯКОСТЯМИ

05.13.05 - Комп'ютерні системи та компоненти

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Науковий керівник Сліпченко Микола Іванович доктор фізико-математичних наук, професор.
Цей примірник дисертації ідентичний за змістом з іншими, шо подані до
Харків – 2012

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ,
СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ ……………………………………………….
6
ПЕРЕДМОВА …………………………………………………………….. 8
ВСТУП ……………………………………………………………………. 9
РОЗДІЛ 1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД МОДЕЛЕЙ АНАЛОГОВИХ
СХЕМ ТА МЕТОДІВ ЇХ ОПИСУ...........................................
15
1 .1 Проблеми опису аналогових схем ……………………………….. 15
1.1.1 Теорія функціонування схем розподілу напруги і струму… 15
1.1.2 Дільники напруги електротехнічних і електронних схем…. 21
1.1.3 Електротехнічні дільники напруги………………………….. 22
1 . 1.4 Дільники напруги з діодними компонентами……………… 23
1 . 1.5 Дільники напруги в електроніці…………………………….. 24
1 . 1.6 Дільники напруги в мостових схемах………………………. 25
1 .2 Опис системи перетворення сигналів............................................. 28
1 . 2.1 Класичний опис системи перетворення сигналів.................. 28
1.2.2 Основні принципи функціонування системи перетворення. 31
1.3 Аналіз похибок перетворення.......................................................... 33
1 . 3.1 Показники абсолютної похибки системи перетворення....... 33
1.3.2 Показники відносної похибки перетворення системи.......... 34
1.3.3 Роль методичної похибки в розвитку схем з аналоговими
компонентами................................................................................... 34
1 .4 Етапи розвитку електроніки за похибками перетворення............ 35
1 .4.1 Аналіз етапу використання електротехнічних схем.............. 35
1 . 4.2 Аналіз активних схем етапу електроніки............................... 36
1.4.3 Аналіз активних схем етапу мікроелектроніки...................... 36
1.4.4 Висновки _______з аналізу етапів розвитку аналогових компонент. 37
1 .5 Огляд методів аналізу електричних і електронних схем.............. 38
1.5.1 Класичні методи аналізу схем ................................................. 38
3
1.5.2 Сучасні методи аналізу схем………………………………… 40
1 .5.3 Застосований у роботі метод аналізу схем перетворення…. 42
1 .6 Постановка задачі на дослідження ................................................. 44
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ В МОДЕЛЯХ
АНАЛОГОВОЇ СХЕМОТЕХНІКИ……................................. 45
2.1 Взаємозв’язок існуючих схем за топологією їх перетворення..... 45
2.1.1 Аналіз проблеми опису складних схем……………………... 45
2 .1.2 Основні положення та дослідження схеми сустрактора…... 46
2.1.3 Обґрунтування умов функціонування схеми сустрактора… 47
2.2 Топологія схем каскадів підсилення на ОП……………………… 51
2 .2.1. Аналіз неінвертуючого режиму роботи схеми сустрактора 52
2.2.2 Топологія схеми при підсиленні з інверсією……………….. 53
2 .3 Потенціометричний спосіб визначення коефіцієнта підсилення. 56
2.4. Оцінка характеристик перетворення сигналів в схемах на ОП... 58
2.5 Точність перетворень в схемах на операційних підсилювачах... 60
2 . 5.1 Опис схеми загального виду………………………………… 60
2 . 5.2 Аналіз режимів роботи схем на операційному підсилювачі 62
2 .6 Дослідження похибок схем перетворення………………………. 63
2.6.1 Опис похибок перетворення в схемах без інверсії сигналу.. 63
2 .6.2 Опис похибок для схем з інверсією сигналів………………. 64
2.6.3 Визначення доцільного коефіцієнта підсилення в схемах
н а ОП……………………………………………………………….. 67
2.7 Дослідження точності процесу перетворення при багатокаскад-
ному підсиленні………………………………………...................... 69
2 . 7.1 Похибка перетворення однокаскадного підсилювача…….. 70
2.7.2 Похибки перетворення двокаскадного підсилювача……... 71
2 . 7.3 Похибка перетворення багатокаскадного підсилювача…… 75
2.7.4. Оцінка якості m-каскадних підсилювачів у різних умовах. 80
4
РОЗДІЛ 3 ОБГРУНТУВАННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ СХЕМ НА
О П ЕРАЦІЙНИХ ПІДСИЛЮВАЧАХ.................................... 82
3.1 Амплітудна залежність абсолютної похибки перетворення……. 83
3.1.1 Залежність абсолютної похибки від коефіцієнта
підсилення…………………………………………………………. 83
3.1.2 Залежність відносної похибки перетворення від
встановленого коефіцієнта підсилення…………………………… 85
3.1.3 Реальний коефіцієнт підсилення за відносної похибки….. 86
3 . 1.4 «Навантажувальна» залежність коефіцієнта підсилення….. 88
3.2 Показники точності перетворення багатокаскадних схем……… 89
3 . 2.1 Залежність абсолютної похибки багатокаскадної схеми….. 89
3.2.2 Залежність відносної похибки m-каскадної оптимальної
схеми…………………………………………………………………
91
3.2.3 Обмеження кількості каскадів в підсилювачах…………….. 92
3.3 Амплітудно-частотні залежності підсилення……………………. 94
3.3.1 Швидкість наростання напруги при підсиленні……………. 94
3 .3.2 Швидкість наростання напруги при зміні частоти………… 97
3.3.3 Еквівалентне перетворення «частота - коефіцієнт
підсилення»…………………………………………………………. 99
3.3.4 Взаємозв’язок частотних властивостей похибок
перетворення………………………………………………………. 100
3.3.5 Частотні залежності коефіцієнтів підсилення …………….. 102
3 . 3.6 Полоса частот схем з різним підсиленням………………… 103
3.4 Схемотехнічні основи побудови аналогових компонент
к омп’ютерних систем………………………………………………… 105
3 .4.1 Вплив зовнішніх факторів на каскад загального виду…….. 105
3 .4.2 Схемотехнічне рішення сума-різницевого перетворювача.. 108
3 .4.3 Схемотехнічне рішенні підсилювача різниці сигналів……. 109
3 .4.4 Процеси у вихідному колі схеми ОП...................……...…… 110
3.4.5 Схема перетворення електричних сигналів………………… 112
5
3 .4.6 Способи визначення коефіцієнту власного підсилення ОП. 114
3.4.6.1 Спосіб визначення власного коефіцієнта підсилення
операційного підсилювача у загальному виді (варіанти)…….
115
3.4.6.2. Варіант визначення власного коефіцієнта підсилення
операційного підсилювача варіацією коефіцієнта U K ……….. 118
3.4.6.3 Спосіб експериментального визначення власного
коефіцієнта підсилення ……………………………………..…. 120
3 .4.7 Встановлення зв’язків між реальними параметрами ОП…. 121
РОЗДІЛ 4 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ……………….. 124
4.1 Перевірка аналітичного опису електронним моделюванням…... 124
4.1.1 Перевірка існуючих методичної, абсолютної та відносної
п о хибок перетворення …………………………………………... 124
4.1.2 Перевірка частотних властивостей коефіцієнта підсилення. 130
4.1.3 Узагальнення частотних властивостей коефіцієнта
підсилення……………………………………………………….… 135
4 .2 Експериментальні дослідження реальних схем підсилення........ 136
4 .2.1 Схема експерименту ...........................................................…. 136
4 .2.2 Опис вузлів схеми тестування.............................................… 136
4.2.3 Проведення експерименту....................................................… 140
4 .2.4 Обробка результатів експерименту.....................................… 141
4 .3 Висновки про частотно-підсилювальні властивості схем............ 142
ВИСНОВКИ……………………………………………………………….. 143
СПИСОК ПОСИЛАНЬ…………………………………………………… 145
ДОДАТОК А - Акт впровадження в науково-дослідній роботі №241
ДР № 0109000021 від 23.03.2012 р. ....…………...............................….... 154
ДОДАТОК Б - Акт впровадження у навчальний процес від
05.09.2012 р. …………................................................................................. 156
ДОДАТОК В - Приклад визначення показника достовірності
функціонування комп′ютерної системи................................................... 157

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ,
СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ
УДК - універсальна десяткова класифікація:
УДК 004.3 - апаратне забезпечення комп′ютерів;
УДК 004.3′144 - комп′ютерні компоненти;
УДК 6212.375.1 - підсилювачі вцілому, теорія та їх характеристики;
АЦП - аналого-цифрові перетворювачі;
ЦАП - цифро-аналогові перетворювачі;
ОП - операційний підсилювач;
КС - комп’ютерна система;
AGP - програма «Advanced Grapher» побудови графіків;
EWB - пакет прикладних програм «Electronics Work Bench Professional»;
КПП - коефіцієнт прямої передачі;
КОП - власний коефіцієнт підсилення операційного підсилювача;
ЗЗ - зворотній зв’язок;
НЗЗ - негативний (–) зворотній зв’язок;
ПЗЗ - позитивний (+) зворотній зв’язок;
КЗЗ - коефіцієнт зворотного зв’язку;
КU - коефіцієнт підсилення напруги;
КU
т.– точне (теоретичне) значення коефіцієнта підсилення (перетворення);
Δ - методична похибка перетворення - невизначеність результату обраним
методом;
Δа - абсолютна похибка перетворення- відхилення реального значення від
точного;
Δвідн. - відносна похибка перетворення - значення реальної похибки відносно
точного, як правило у процентах;
ФВЧ - фільтр високих частот;
ФНЧ - фільтр нижніх частот;
7
ФС - фільтр смуговий;
СІ - схема, що інтегрує;
СД - схема, що диференціює;
РК - резонансний контур;
МБ - міст балансний;
МД - міст диференційний;
ОП - операційний підсилювач;
R, L, C – елементи електричних кіл;
МЗК- метод законів Кірхгофа;
МКС - метод контурних струмів;
МВН - метод вузлових напруг;
МТГ - метод теорії графів;
МЧП - метод 4-х полюсників;
ДЖ - джерело живлення;
Сустрактор - схема, яка оперує різницею вхідних сигналів;
Синфазна напруга - складова вхідного сигналу, яка співпадає за фазою;
Парафазна напруга - складова у протифазі до вхідного сигналу;
Топологія схем - розгляд послідовного перетворення конфігурації схеми;
Резистивний опис - опис процесу із застосуванням резисторних елементів;
Потенціометричний опис - опис процесу із запропонованим n-параметром;
K (m) D - коефіцієнт похибки, який характеризує якость функціонування
багатокаскадного підсилювача (уведено);
З K - коефіцієнт завантаження підсилювача (уведено);
FD - Function Description - опис функції процесу перетворення (уведено).

ПЕРЕДМОВА
Одними з пріоритетних напрямів розвитку науки і техніки в Україні на
період до 2020 року визначені фундаментальні дослідження з найбільш
важливих проблем розвитку науково-технічного, соціально-економічного,
соціально-політичного, людського потенціалу для забезпечення конкуренто-
спроможності України у світі та сталого розвитку суспільства і держави [1].
Найважливішими проблемами фізико-математичних і технічних наук
на період до 2015 року Кабінет міністрів України у частині інформаційних та
комунікаційних технологій встановив, зокрема, нові апаратні рішення для
перспективних засобів обчислювальної техніки, суперкомп’ютерні програм-
но-технічні засоби та системи [2].
Конкретизація основних наукових напрямів та фундаментальних
досліджень на 2009 - 2013 роки Міністерством освіти і науки України,
Національною академією наук України стосується вивчення комп’ютерних
аспектів обчислювальних алгоритмів, розробки теорії похибок, визначення
складності, збіжності, стійкості, ... теорії обчислювального експерименту.
Саме такі проблеми знаходять своє рішення у роботі. Додатково акцентована
увага на розробку теоретичних основ і прикладних методів створення
комп’ютерних інформаційно-аналітичних систем, дослідженню та розробці
методів захисту інформації в комп’ютерних системах і мережах, методів
підтримки прийнятих рішень [3].
На цих підставах створення комп’ютерних систем та їх компонентів
входить до переліку пріоритетних тематичних напрямів наукових досліджень
і науково-технічних розробок в Україні, а теоретичне обґрунтування та
вдосконалення моделей аналогових компонентів комп’ютерних систем є
безпосереднім наслідком виконання завдань, зумовлених вимогами часу і
державними інтересами України.
9

ВСТУП
Засоби обчислювальної техніки мають безпрецедентно широке
застосування в усіх сферах життя і діяльності людства. Промисловість,
інформаційні технології, побут - від вирішення простих технічних,
соціальних завдань до створення умов становлення передових технологій, від
яких залежить авторитет і місце України серед провідних держав світу - вся
сукупність проблем може бути забезпечена сталим розвитком наукових
досліджень і розробок у сфері комп’ютерних систем (КС) [1].
Відомо, що світові досягненні у цифрових компонентах подвоюються
кожні два роки [4]. Зростає точність, швидкодія, об’єм пристроїв пам’яті,
щільність розміщення елементів на чіпі, інші важливі параметри
функціонування цифрових компонентів. Це дозволяє впритул наблизитись до
створення мозкоподібних електронних обчислювальних машин (ЕОМ) та
суперкомп′ютерів [5, 6]. Перші розробки вже існують і функціонують, а
подальший успішний їх розвиток не визиває сумнівів [5 - 10].
Але існує протиріччя, без вирішення якого успіхи цифрової техніки
мають суттєве обмеження і можуть звести нанівець подальшу перспективу.
Суть протиріччя в тому, що інформація, яка циркулює в цифрових
комп’ютерних системах, становить віртуальну реальність на відміну від
оточуючого середовища, яке є, у своїй об’єктивній основі, реальним і
аналоговим. Тому етап перетворення аналогового світу у віртуальний його
«портрет» є надзвичайно відповідальним з точки зору достовірності
здійснення переходу «аналог - цифра». Зворотні дії з отримання дискретно
вирахуваних результатів, прийнятих рішень, діагнозу, тому подібного, -
також пов’язані з точністю перетворення, а саме, «цифра - аналог».
Наразі, сучасні аналого-цифрові (АЦП) та цифро-аналогові (ЦАП)
перетворювачі характеризуються 24-розрядною шиною [10], що дозволяє
розрізняти вхідний сигнал у 224 градаціях (16777216≈1.7·107 у числовому
значенні). Це складає похибку 0,6·10-7, або 0,6·10-5%. Доречно вказати, що
10
аналогова техніка з сучасними операційними підсилювачами (ОП)
вважається прецизійною вже при досягненні показників похибки рівня (0,1-
0,01)% [11].
Диспропорція розвитку технічних компонентів цифрової і аналогової
техніки вказує на відставання останньої у точності функціонування на 3-4
порядки, що не відповідає сучасним вимогам достовірного перетворення
інформаційних сигналів.
Легко уявити, що подальше удосконалення цифрових пристроїв і
систем при затримці розвитку аналогових складових може призвести,
наприклад, до втрати контролю над штучним інтелектом мозкоподібних
ЕОМ через невідповідність представлення реальних і віртуальних образів,
процесів у КС. Це, зрештою, може призвести до того, що людина буде не в
змозі адекватно здійснювати взаємодію з комп’ютером.
Створилась ситуація, коли розробники комп′ютерної техніки
приділяють увагу цифровим та програмним компонентам, а фахівців з
аналогової техніки задовольняє існуючий стан радіоелектронних пристроїв.
Наукові дослідження, стосовно створення паритетних за точністю
аналогових компонентів для комп’ютерних систем, характеризуються
актуальністю, своєчасні і можуть мати суттєві наслідки не тільки для
аналогової схемотехніки зокрема, але й для подальшого розвитку цифрових
складових ЕОМ у цілому [12], на що вказують такі вчені та науковці, як G.
Black, S. Socloff, P. Horvitz, M.X. Johnson, І.В. Сергиенко, М.Ф. Бондаренко,
М.І. Сліпченко, В.І. Хаханов, О.П. Глудкін,, О.Д. Азаров.
Відставання у розвитку аналогових компонент зумовлене тим, що
основні похибки перетворення в аналогових схемах зводять до інстру-
ментальних, за рахунок чого постійно ускладнюють, як структуру схем ОП,
так і самі схеми, вводячи кола корекції, компенсації, тощо, замість
кардинального вирішення проблеми, а класичні теоретичні положення
ґрунтуються на уявленнях більш, ніж 80-річної давнини, довго не
переглядались, тому потребують суттєвої модернізації і уточнення.
11
Таким чином, актуальними є такі напрями досліджень:
- розробка високоефективних аналогових компонентів комп’ютерних
систем та вдосконалення теорій похибок, обчислювального експерименту;
- методи та засоби створення аналогових пристроїв і компонентів
комп’ю-терних систем з точки зору надійності, контролю, діагностики,
визначення параметрів у процесі проектування та функціонування.
Об’єктом дослідження є процеси перетворення аналогових сигналів у
пристроях і компонентах комп’ютерних систем паритетних за точністю з
цифровими.
Предметом дослідження є моделі аналогових компонентів
комп’ютерних систем за умови досягнення мінімальних похибок
перетворення та схемотехнічні особливості побудови аналогових вузлів
підсилення сигналів.
Метою дослідження є розробка аналогових компонентів КС з
покращеними якісними характеристиками для забезпечення паритетної
точності спільного функціонування аналогових та цифрових компонентів.
В роботі необхідно вирішити такі основні завдання:
- удосконалити та уніфікувати математичну модель перетворення
сигналів на етапі аналогової обробки сигналів схемами різної складності;
- забезпечити подальше удосконалення методу визначення системи
перетво-рення сигналів, з’ясувати причини виникнення похибок та здійснити
їх теоретичний опис для амплітудних та частотних залежностей сигналів;
- аналітично описати процеси в багатокаскадних аналогових схемах з
визна-ченням їх параметрів у процесі проектування та функціонування;
- узагальнити опис функціонування аналогових компонентів та
розробити технічні засоби з реалізації теоретичних положень роботи.
Зв’язок роботи з науковими програмами. Зазначені мета та основні
завдання реалізовані розробкою методів, засобів та схемотехнічного
забезпечення вузлів КС в ході виконання Програми україно-російського
співробітництва у сфері нанотехнологій на підставі Угоди між Урядом
12
України та Урядом Російської Федерації від 26.08.1997 р. у рамках
державної бюджетної роботи № ДР 0109U000021 № 241 за планом науково-
дослідних робіт Харківського національного університету радіоелектроніки
та №313-2012 за договором з Держагенством України з питань науки,
інновацій та інформатизації в частині розробки автоматизованого програмно-
апаратного вимірювального комплексу.
Наукова новизна отриманих результатів складає наступне:
1. Вперше запропоновано універсальну математичну модель
електронних схем, які базуються на сустракторі із застосуванням n-
параметричного опису дільників, що надає можливість розглядати,
аналізувати та розраховувати аналогові компоненти будь-якої складності,
визначати аналітичні залежності абсолютної, відносної похибок
перетворення.
2. Набув подальшого розвитку метод визначення системи перетворення
сигналів шляхом встановлення дійсних причин виникнення та прояву
похибок перетворення, що надає можливість підвищити точність
функціонування аналогових компонентів відносно класичної системи.
3. Вперше запропоновано модель процесу багатокаскадного підсилення
з числовою оцінкою якості для різних умов функціонування, що дозволє
мінімізувати похибки перетворення, відкриває шляхи вибору оптимальних
параметрів пристроїв при технічній реалізації підсилювачів.
4. Удосконалено метод побудови схем на операційних підсилювачах,
який відрізняється урахуванням схемотехнічних особливостей та впливу
зовнішніх факторів на каскад загального вигляду, що дозволяє досягти нано-
пікорівень похибок для технічного вирішення аналогових компонентів.
Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що:
- Універсальна математична модель електронних схем доведена до
технічної реалізації електронних вузлів, аналогових компонентів, а за
рахунок систематизації існуючих схем запропоновані для виконання
різновиди підсилювачів.
13
- Доповнення класичної теорії функціонування систем підсилення
дозволило визначати параметри точності перетворення, здійснювати їх
розрахунок та аналіз.
- Універсальний функціональний опис схем дозволив встановити
залежності нових та раніше розрізнених характеристик системи, провести
аналіз показників точності одно- та багатокаскадних схем, встановити
правила їх побудови.
- Запропоновано до впровадження окремі технічні рішення з новими
коефі-цієнтами перетворення захищені патентами України.
Теоретичні положення, результати досліджень і розробки, наведені у
дисертаційній роботі, підтверджуються аналітичним розрахунком, електрон-
ним моделюванням та фізичним макетуванням реальних схем.
Особистий внесок здобувача в роботах, виконаних у співавторстві
полягає в тому, що: у роботі [14] запропоновано на прикладі сустрактора
описувати існуючі складні схеми n-параметром, застосування якого
дозволило визначити шлях зменшення похибок, для чого у роботах [15], [16]
реалізовані дослідження точності в схемах на ОП та за умов
багатокаскадного підсилення відповідно. В роботі [17] виконано аналіз
системи перетворення електричних сигналів, що складає одну з основ
дисертаційної роботи. В статті [18] особисто здійснено аналіз
функціонування схем на ОП, який безпосередньо пов′язаний з побудовою
технічного рішення [19]. У роботах [20]-[32] на основі розглянутих
теоретичних положень запропоновано технічні рішення нових способів
формування коефіцієнта підсилення напруги та пристрої для їх здійснення з
отриманням патентів України. У публікації [33] обгрунтований спосіб опису
підсилювальних схем; в публікації [34] запропоновано розгляд
наносхемотехніки; в роботі [35] визначено умови досягнення наносхемотех-
ніки; в статті [36] виконано подальший опис мікроелектронних компонентів;
в публікації [37] здійснено аналіз підсилювачів піопотенціалів. В роботі [38]
запропоновано схемотехнічний принцип перетворення в пристроях на
14
сучасних електронных компонентах; в публікації [39] запропоновано
шляхи підвищення точності процесу автоматизації контроля параметрів
електронних компонентів; в роботі [40] запропоновано метрологічні
дослідженя наноструктур. Перспективи схемотехнічного забезпечення
наноелектронної елементноі бази запропоновані в публікації [41].
Апробація ____________результатів дисертації. Основні положення, що складають
сутність дисертації, оприлюдненені на: І-й Міжнародній науковій
конференції (МНК) «Сучасні інформаційні системи. Проблеми і тенденції
розвитку» (м. Туапсе, 2007) [34]; І-й МНК «Електронна компонентна база»
(м. Судак, 2008) [35]; ІІІ-й та IV-й Міжнародних радіоелектронних форумах
(МРФ) «Прикладна радіоелектроніка» (м. Харків, 2008, 2011) [36], [37]; ІІ-й
та ІІІ-й МНК «Електронна компонентна база» (м. Кацивелі, 2009, 2010) [38],
[39]; IV-й та V-й МНК «Функціональна база наноелектроніки» (м. Кацивелі,
2011, 2012) [40], [41], де отримано схвальний відзив.
Публікації: Основні результати дисертаційної роботи оприлюднені у
28 наукових роботах, серед яких 5 статей у збірниках наукових праць,
внесених до переліку фахових видань. Одна стаття перезарахована одним з
14 патентів України, 9 матеріалів міжнародних наукових конференцій за
темою дисертації.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із передмови,
вступу, чотирьох розділів, у яких викладено основні результати роботи,
висновків, переліку посилань, додатків. У додатках наведені акти впро-
вадження. Робота містить 160 сторінок машинописного тексту, 27 таблиць,
58 рисунків, 116 нумерованих формул та список посилань із 90 джерел.__

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі «Моделі аналогових компонентів комп′ютерних
систем з високими функціональними якостями» наведено результати, які,
відповідно до мети дослідження, у сукупності є розв′язанням актуальної
науково-практичної задачі створення аналогових компонентів комп′ютерних
систем з високими функціо-нальними якостями за рахунок підвищення
точності, надійності, проведення діагностики, визначення параметрів у
процесі проектування та роботи електронних вузлів, що дозволяє створити
умови забезпечення паритетного функціонування та розвитку аналогових та
цифрових компонентів КС.
Автором одержано такі наукові результати:
1. Застосування опису активних і пасивних схем за допомогою n-
параметра, надало можливість аналізу, розрахунку аналогових компонентів
КС, дозволило розробити універсальну математичну модель електронних
схем, систематизація яких привела до впровадження нових технічних рішень.
2. Встановлено, що одним з шляхів досягнення паритету у точності
функціонування аналогової та цифрової частин КС є багатокаскадне
підсилення. Нова модель такого процесу забезпечує числовою оцінкою
якості пристрої в різних умовах функціонування, відкриває умови вибору
оптимальних параметрів при технічній реалізації підсилювачів.
3. Класичний метод визначення системи перетворення сигналів
отримав розвиток стосовно встановлення дійсних причин виникнення та
прояву похибок перетворення. Це дозволило функціонально розділити
інструментальні та методичну похибки і встановити їх вплив на
перетворення. З′явилась можливість цілеспрямовано підвищувати точність
функціонування аналогових компонентів.
4. Урахування впливу зовнішніх факторів на каскад загального вигляду
удосконалило метод побудови схем на операційних підсилювачах, який
144
дозволив досягти нано- пікорівень похибок при технічній реалізації
аналогових компонентів комп′ютерних систем.
Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що:
- Аналіз, розрахунок та побудова електронних вузлів, аналогових
компонентів КС здійснюється єдиним математичним апаратом,
взаємозв’язоком існуючих схем.
- Універсальний FD-функціональний опис перетворення в схемах
дозволив встановити залежності нових та раніше розрізнених характеристик
підсилювальної системи, забезпечив аналіз показників точності одно- та
багатокаскадних схем, обгрунтував правила розрахунку абсолютної й
відносної похибок m–каскадного підсилювача.
- Доповнення класичної теорії функціонування схем перетворення
дозволило достовірно визначати основні параметри, здійснювати їх
розрахунок та аналіз.
- Обгрунтовано становлення наносхемотехніки, в якій запропоновано
окремі оригінальні технічні рішення.
Реалізація теоретичних положень роботи дозволила розробити низку
оригінальних технічних засобів, які, за наявності «know how», забезпечують:
нові способи та пристрої формування коефіцієнтів перетворення; способи
визначення власного коефіцієнта підсилення операційного підсилювача;
схеми перетворення електричних сигналів; сумарно-різницеві схеми та
підсилювачі різниці напруг й інші. Теоретичне обгрунтування цих технічних
рішень наведені у відповідних описах на патенти України.
Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес
Харківського національного університету радіоелектроніки (акт
впровадження від 5.09.2012 р.) та в ході виконанні науково-дослідних робіт
ДР № 0109U000021 № 241 та №313-2012 за договором з Держагенством
України з питань науки, інновацій та інформатизації (акт впровадження від
06.12.2012 р.).

СПИСОК ПОСИЛАНЬ
1. Закон України «Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки».
Відомості Верховної Ради України (ВВР), 2001, N 48, ст.253; із змінами згідно із
Законом N 3421-IV (3421-15) від 09.02.2006, ВВР, 2006, N 22, ст.199; в редакції
Закону N 2519-VI (2519-17) від 09.09.2010, ВВР, 2011, N 4, ст.23.
2. Постанова Кабінету Міністрів України «Про затвердження переліку
пріоритетних тематичних напрямів наукових досліджень і накуково-технічних
розробок на період до 2015 року» N 942 від 07.09.2011 (з додатком). Київ.
Офіційний Вісник України, № 34, С. 2252.
3. Наказ Міністерства освіти і науки Ураїни, молоді та спорту,
Національної академії наук України «Основні наукові напрями та найважливіші
проблеми фундаментальних досліджень у галузі природничих, технічних і
гуманітарних наук на 2009 - 2013 роки» №1066/609 від 26.11.2009.
4. Brindley K. Starting eltrctronics / Keith Brindley // 2010,- 282 Р. ISBN
07506-6386-3.
5. Kester W. ADC Architectures I: The Flash Converter , ADC Architectures
II: Successive Approximation ADC, ADC Architectures III: Sigma-Delta ADC
Basics, / W. Kester // Analog Devices,- www.analog.com.
6. Хаханов В.І. Інфраструктура могзгоподібних обчислювальних
процесів [Текст] / В.І. Хаханов, М.Ф. Бондаренко, Ю.П. Шабанов-
Кушнаренко, О.О. Гузь // – Харків, 2010.– 160 С.
7. Бондаренко М.Ф. , Мозгоподобные структуры / М.Ф. Бондаренко,
Ю.П. Шабанов-Кушнаренко: Справочное пособие. Том первый - Под
редакцией акад. НАН Украины И.В. Сергиенко. [Текст] / – К.: Наукова думка,
2011.– 460 С.
8. Сліпченко М.І. Проблемно-орієнтовані і спеціалізовані обчислюваль-
ні засоби високої продуктивності: творення та застосування / М.І.Сліпченко,
О.Г. Руденко, О.М. Сотников [Текст] // за заг. ред. М.Ф. Бондаренка. –
Харків: ХНУРЕ, 2011.– 492 с.
146
9. Єлаков СГ. Теорія та методи створення проблемно-орієнтованих
обчислювальних засобів високої продуктивності [Текст] / С.Г. Єлаков , О.О.
Зінченко , М.І. Сліпченко. За заг. ред. чл.-кор. НАНУ М.Ф. Бондаренка // –
Харків: ХНУРЕ, 2010.– 400 с.
10. Зінченко О.О. Методи та спеціалізовані обчислювальні засоби
швидкої обробки великих обсягів інформації. [Текст] / О.О. Зінченко, М.І.
Сліпченко , С.Г. Єлаков, І.І. Капран , О.П. Лісовенко , М.В. Новиков , О.Г.
Руденко, О.М. Сотніков. / За заг. ред. чл.-кор. НАНУ М.Ф. Бондаренка.
[Текст] // Харків, "ННВПЦ ХНУРЕ", 2010.- 336 с.
11. Алексеенко А.Г. Применение прецизионных аналоговых ИС [Текст]
/ А.Г. Алексеенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб // М.: Сов. радио, 1980.-
224 с.
12. Соклоф С. Аналоговие интегральние схеми [Текст] / С. Соклоф //
пер. с англ. – М.: «Мир»,1988.– 583 с.
13. Бюлетень Вищої атестаційної комісії України №9 (107) /
Затверджено Постановою президії ВАК України від 14.06.2007 р. №47-08/6.
Киів, 2008.- 48 с.
14. Федотов Д.О. Дослідження сустрактора та схем на його основі,
побудованих на операційних підсилювачах / Д.О. Федотов, П.Д. Федотов,
В.О. Алексеєв // «Технология приборостроения» №1. 2007.- С.21-25.
15. Федотов Д.О. Точність перетворень в схемах на операційних
підсилювачах/ Д.О. Федотов, П.Д. Федотов, О.Я. Крук // Системи управління,
навігації та зв´язку. Випуск 1(21). Том 1, Київ, 2012.- С. 81-84,
16. Слипченко Н.И. Исследование точности процесса преобразования
при многокаскадном усилении / Н.И. Слипченко, П.Д. Федотов, Д.А.
Федотов, О.Я. Крук // Системи обробки інформації: Зб. наукових праць.
Випуск 3(101). Том 1, Харків, 2012.- С. 50-55.
147
17. Федотов Д.А. Система преобразования электрических сигналов /
Д.А. Федотов, П.Д. Федотов, О.Я. Крук // Зб. наукових праць Харківського
університету Повітряних Сил. Випуск 1(30). Харків, 2012.- С.157-160.
18. Федотов П.Д. Аналіз функціонування схем на операційних
підсилювачах. П.Д. Федотов. // Системи обробки інформації: Зб. наукових
праць. Випуск 3 (101). Том 2, Харків, 2012.- С. 102-103.
19. Патент України на корисну модель №66700. МПК Н03F3/45, H03G
3/00, H03H 11/00. Сумарно-різницева схема./ М.І. Сліпченко, П.Д. Федотов,
Д.О. Федотов // Заявл. 11.07.2011, опубл. 10.01.2012, бюл. №1.
20. Патент України №81087. МПК Н03F3/45, H03G 3/00. Спосіб
формування коефіцієнта підсилення та пристрій для його здійснення / М.І.
33. Домнышев С.П. Способ описания усилительных схем. / С.П.
Домнышев, П.Д. Федотов. // Материалы ХІ Международного молодежного
форума «Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке».- Харьков, ХНУРЕ. -
2007.- С. 267.
34. Слипченко Н.И. Особенности наносхемотехники для обеспечения
нужд наноэлектроники. / Н.И. Слипченко, П.Д. Федотов, Д.А. Федотов // 2-я
МНК «Современные информационные системы. Проблемы и тенденции
развития». Сб. материалов конференции. Туапсе, 2007.- С. 26-27.
35. Слипченко Н.И. Условия достижения нано-схематехнического
уровня преобразования устройствам и на ОУ / Н.И. Слипченко, П.Д. Федотов
//. сб. научных трудов 1- й МНК «Электронная компонентная база», 3 МРФ
«Прикладная радиоэлектроника», т.3, Харьков-Судак, 2008.- С. 59 - 62.
36. Слипченко Н.И. Схемотехническое обеспечение микроэлектронных
компонент для аппаратных средств / Н.И. Слипченко, П.Д. Федотов, Д.А.
Федотов // Сб. научных трудов 1-й МНК «Электронная компонентная база»,
3 МРФ «Прикладная радиоэлектроника», т.3, Харьков-Судак, 2008.- С. 222 -
225.
148
37. Домнышев С.П. Анализ входных каскадов усилителей
биопотенциалов / С.П. Домнышев, П.Д. Федотов // Сб. научных трудов IV-
МРФ «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» т.
ІІІ конференция «Актуальные проблемы биоинженерии», Харьков, 2011.- С.
75 – 78.
38. Слипченко Н.И. Схемотехнический принцип преобразования в
устройствах на современных электронных компонентах / Н.И. Слипченко,
П.Д. Федотов, Д.А. Федотов // Сб. научных трудов 2-й МНК «Электронная
компонентная база», Харьков-Кацивели, 2009.- С. 229-231.
39. Слипченко Н.И. Повышение точности процесса автоматизации
контроля параметров электронных компонент / Н.И. Слипченко, П.Д.
Федотов, Д.А. Федотов // Сб. научных трудов 3-й МНК «Электронная
компонентная база», 4 МРФ «Прикладная радиоэлектроника», т.3 Харьков-
Кацивели, 2010.- С. 109- 111.
40. Слипченко Н.И. Метрологическое обеспечение исследований нано-
структур со сниженным уровнем погрешности преобразования / Н.И.
Слипченко, П.Д. Федотов, Д.А. Федотов // Сб. научных трудов IV-й МНК
«Функциональная база наноэлектроники», Кацивели, 2011.- С. 234–237.
41. Слипченко Н.И. Перспективы схемотехнического обеспечения
наноэлектронной элементной базы / Н.И. Слипченко, П.Д. Федотов, Д.А.
Федотов, О.Я. Крук //Сб. научных трудов V-й МНК «Функциональная база
наноэлектроники», Харьков-Кацивели. 2012.- С. 310–313.
42. Brindley K. Starting electronics [Text] / Keith Brindley // 2009.- 282 Р.
ISBN 07506 63863.
43. Коваль Ю.О. Основи теорії кіл, сигналів та процесів в системах
технічного захисту інформації. Ч.1 [Текст]. / Ю.О. Коваль, І.О. Милютченко,
А.М. Олейніков, В.М. Шокало та ін., за заг. ред. В.М. Шокала. - Харків:
НТМТ, 2011.- 544 С. ІSBN 978-617-578-078-7.
149
44. Бессонов Л.А. Теоретические основы электрических цепей [Teкст] /
Л.А. Бессонов // учебник для вузов, изд. 10-е. М.: Гардарики, 2002.- 638 С.
45. Радіотехніка: Енциклопедичний навчальний довідник [Teкст].
Навчальний посібник за заг. ред. Ю.Л. Мазора, Є.А Мачульського, В.І.
Правди. К.: Вища школа, 1999.- 838 С.
46. Giorgio Rizzoni. Principles and applications of electrical engineering.
Third edition [Text] / USA. McGraw Companies, 2000.- 976 Р.
47. Агаханян Т.Г. Проектирование электронных устройств на
операционных усилителях [Текст]. Учебное пособие / Т.Г. Агаханян // М.: -
МИФИ.- 2008. - 856 С.
48. Лачин В.И. Электроника [Текст] / В.И. Лачин, Н.С. Савелов //
Учебное пособие для студ. втузов. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2002. - 437 с.
49. Мамий А.Р. Операционные усилители [Текст] / А.Р. Мамий В.Б.
Тлячев // Учебное пособие.- М.- 2005.- 192 С.
50. Полонников Д.Е. Операционные усилители. Принципы построения,
теория, схемотехника [Текст] / Д.Е. Полонников // М.: - Советское радио.-
1983.- 215 С.
51. Картер Б. Операционные усилители для всех [Текст] / Б. Картер,
Р. Манчини // пер. с англ. – М.: Додека, 2011.–544 С., ISBN 978-5-94120-243-3
52. Horowitz P. The Art of Electronicks - 2nd Edition [Text] / Paul
Horowitz, Winfield Hill // Cambridge University press.- First publiched 1980.
Reprinted 1991, 1993, 1994.- 1064 Р.
53. Джонсон М.Х. Электроника - практический курс [Текст] / М.Х.
Джонсон // М.: Техносфера. 2006.- 512 С. ISBN 5-94836-086-5.
54. Ленк Дж. Руководство для пользователей операционных
усилителей. Пер. с англ. [Текст] / под ред.И.Н. Теплюка. // М. : Связь, 1987.-
328 С.
150
55. Фолкенберри Л. Применения операционных усилителей и
линейных ИС. [Текст] / Л.Фолкенберри // Перевод с англ. Л.М. Наймарка:
под ред. М.В. Гальперина. М.- Мир.-1985.- 572 С.
56. Gustavsson A. Praktisk analogteknik [Тext] /A. Gustavsson // In 4 Part.
Part 4: Lösnindar.- Swedish.-1995.- 96 P. ISBN: 91-44-49451-3.
57. Зеленин А.Н. Схемотехника радиоэлектронных устройств на
аналоговых ИС. [Teкст]. / Харьков: Телетех, 2003.- 251 С.
58. Уитсон Д. 500 практических схем на ИС - пер. с англ. [Текст]: М.:
Мир, 1992.- 376 С. ІSBN 5-03-002135-3.
59. Журавин Л.Г. Методы электрических измерений [Текст] / Л.Г.
Журавин, Э.И. Цветков // Энергоатомиздат ленинградское отд. 1990.- 287 С.
ISBN 5-283-04462-9.
60. Евтихиев Н.И. Измерение электрических и неэлектрических
величин [Текст] / Н.И. Евтихиев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н.
Скугоров // Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат. 1990.- 349 С.
ISBN 5-283-0064-7.
61. Белокурський Ю.П. Методи та засоби вимірювань неелектричних
величин [Текст] / Ю.П. Белокурський, Ю.В. Козлов, І.В. Руженцев //
Конспект лекцій напряму «Метрологія та інформатика, вимірювальні
технології». - МОНмолодьспорту України. -Харків, ХНУРЕ, 2011.- 80 С.
62. Фриск В.В. Основы теории цепей [Teкст] /учеб. пособие для студ.
внз.- М.: ИП РадиоСофт, 2002.- 288 С.
63. Соболев Ю.В. Теорія електричних та магнітних кіл [Teкст] / Ю.В.
Соболев, М.М. Бабаєв, М.Г. Давиденко // Харків, ХФВ «Транспорт України»,
2002.- 264 С.
64. Левашов Ю.А. Расчет электронных устройств: Практикум [Текст] /
Ю.А. Левашов // – Владивосток: Издательство ВГУЭС.- 2003.- 247 С.
151
65. Евсюков Ю.А. Прикладные методы анализа в радиотехнике: учеб.
пособие для радиотехнических специальностей вузов [Текст] / Ю.А.
Евсюков, Г.В. Обрезков, В.Д. Разевиг и др. под ред Г.В. Обрезкова // М. :
Высшая школа, 1985.- 343 С.
66. Изъюрова Г.И. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: учеб.
пособие для вузов по спец. Электронной техники [Текст] /Г.И. Изъюрова,
Г.В. Королев, В.А. Терехов и др. // М. : Высшая школа, 1985.- 347 С.
67. Сигорский В.П. Матрицы и графы в электронике. [Текст] / М. :
Энергия, 1988.- 176 С.
68. Хоровиц П. Искусство схемотехники: в 2-х томах. [Текст] П.
Хоровиц, У. Хилл // Пер. с англ. - 5-е изд. перераб.– М.: Мир, 1998. – 704 С.
69. Кустов О.В. Операционные усилители в линейных цепях [Текст] /
О.В Кустов, В.З. Лундин // М. : Связь, 1987.- 144 С.
70. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника /полный
курс: Учебник для вузов [Текст] /под ред. О.П. Глудкина. - М.: Горячая
линия-Телеком, 2002.- 768 с.
71. Gustavsson A. Praktisk analogteknik [Тext] /A. Gustavsson // In 4 Part.
Part 2: Förrstarke, filter och oscillftorer.- Swedish.-1994.- 218 Р. ISBN:
91-438741-5.
72. Тимошенко Л.П. Аналогові електронні пристрої. Навчальний
посібник для студ.внз. [Teкст]. / Л.П. Тимошенко, А.Н. Зеленін, за ред. Проф.
В.М. Шокала. // Х. : Колегіум, 2007.- 298 С.
73. Ефимов В.В. Проектирование усилительных устройств: Учеб.
пособие [Текст] / В.В. Ефимов, В.Н. Павлов, Ю.П. Соколов и др. Под ред.
Н.В. Терпугова // М. : Высшая школа, 1987.- 335 С.
74. . Kester W. Architectures ІV: Sigma-Delta ADC Advanced Concepts and
Applications. / W. Kester //Analog Devices,- www.analog.com.
152
75. Агаханян Т. М. Проектирование электронных устройств на
интегральных операционных усилителях. Учебное пособие [Текст] / Т. М.
Агаханян // М.: Энергия, 2008. - 856 С.
76. Маклюков М.И. Применение аналоговых интегральных микросхем
в вычислительных устройствах [Текст] / М.И. Маклюков, В.А. Протопопов //
М.: Энергия, 1980.- 160 С.
77. Войвшило Г.В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. - 2-е
изд. переработанное и дополненное [Текст] / Г.В. Войвшило // М. : Радио и
связь, 1983.- 264 С.
78. Benda S. Störningsfri elektronik. Konstruktion och anavänding [Тext] /
S. Benda // Swedish.- 2006.- 572 P. ISBN: 91-44-28812-3.
79. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных
устройствах. 2-е изд. перераб. и доп. [Текст] / В.С. Гутников // Л. : Энерго-
атомиздат. Ленинградское отделение, 1988.- 304 Сс.
80. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элементы теории оптималь-
ного управления. [Текст] / Л.Г. Раскин // М.: Сов. радио, 1976.- 344 С.
81. Тимошенко Л.П. Схемотехніка пристроїв технічного захисту
інформації. Частина 1. Навчальний посібник за заг. ред. проф. В.М.
Карташова [Текст] / Харків: «Кампанія СМІТ», 2012.- 340 С. ІSBN
978-966-2028-92-8.
82. Зеленин А.Н. Применение линейных интегральных схем в
радиоэлектронных устройствах. [Текст] / А.Н. Зеленин // Харьков : ХПИ,
1982.-88 С.
83. Лемкин В.Ф. Широкополосные интегральные схемы [Текст] / под
ред. С.Я. Шаца // М. : Сов. радио, 1989.- 216 С.
84. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC: Программа
Electronics Workbench и ее применение. [Текст] / В.И. Карлащук // – М.:
СОЛОН-Р, 2000.- 246 С.
153
85. Практикум на Electronics Workbench: В 2 т./ Под общей ред. Д. И.
Панфилова – Т. 2: Электроника. – М. : ДОДЕКА, 1999.– 304 С.
86. Генератор SIGLENT SDG1025. Паспорт та інструкція користувача. ;
фірма SIGLENT.-2011.- 37 С.
87. Лабораторний блок живлення HY3003M-3 Паспорт та інструкція
користувача. Фірма SIGLENT.-2011.- 18 С.
88. Цифровий осцилограф RIGOL DS1052E. Технічні характеристики
та інструкція користувача, фірма RIGOL.- 2012.- 35 С.
89. LM158/LM258/LM358/LM2904 Low Power Dual Operational
Amplifiers [Электронный ресурс] /www.national.com // National Semiconductor,
- 2005.- 25 Р.
90. Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства. Справочник. [Текст] /
Б.И. Горшков // М. : Радио и связь, 1984.- 400 С.