Diseño y aplicaciones de un elemento activo universal

Abstract

La lista de elementos activos presentes en el comienzo de la década de los noventa es numerosa y no exenta de repeticiones o conceptos poco útiles. Por otra parte no se presenta en la literatura ningún esfuerzo a la hora de sistematizar ni ordenar todas estas posibilidades, ni tampoco de hacer uso real de ellas a la hora de implementar sistemas más complejos. Se puede citar aquí como ejemplo a seguir el caso del opamp o de la OTA, en los que una vez propuesto el elemento activo, se aplica a esquemas concretos: filtros, simulación de impedancias, etapas amplificadoras, etc, analizando en cada caso las ventajas y desventajas de su uso. En el polo opuesto no hay un análisis teórico consistente de simulación de impedancias con OFCs, ni con OMAs, ni amplificadores de corriente con salida dual, como tampoco se puede encontrar el efecto de la limitación en frecuencia de todas estas etapas básicas a la hora de implementar filtros, o cualquiera de las estructuras básicas para el procesado de señal. En este entorno se enmarca el trabajo de investigación descrito en esta memoria. Se pueden establecer varios objetivos a diferentes niveles de concreción que se verán reflejados en distintos capítulos de esta memoria: La primera parte, descrita en el capítulo 2, desarrolla el concepto teórico de elemento activo universal (UAD), y propone varias posibles implementaciones. Más en detalle los objetivos que se intentarán seguir dentro de esta sección son: en primer lugar se pretenderá llevar a cabo un estudio sobre la posibilidad de utilizar un bloque constructivo en la realización de los diferentes amplificadores básicos. A continuación se modelará dicho bloque con vistas a analizar con posterioridad el comportamiento, desde el punto de vista frecuencial fundamentalmente, de las diversas estructuras que los contengan; Se implementará en silicio ese bloque básico para la posterior comprobación experimental de los resultados teóricos. Se integrarán a su vez diversas de las estructuras propuestas con anterioridad para el UAD; Se investigará la expresión de las diferentes propuestas establecidas en la literatura para los nuevos elementos activos en función del bloque básico encontrado con anterioridad. En realidad estos dos objetivos están íntimamente ligados, por lo que en la memoria no se apreciará ningún tipo de distinción entre ambos; Se investigarán las diferentes características principales de las realizaciones propuestas para los amplificadores básicos. Al estar todas ellas basadas en el mismo bloque básico constructivo la comparación se podrá llevar a cabo de una forma más equitativa. La segunda parte de este trabajo de investigación posee un carácter marcadamente complementario respecto del anterior. Se acometerá en ella el estudio de las propiedades de las diferentes propuestas esbozadas en el capítulo 2, aplicadas a sistemas básicos de procesado. Descendiendo al detalle: El primero y más sencillo es el estudio de las etapas amplificadoras realizadas con las diferentes implementaciones encontradas anteriormente. Así se analizarán en este apartado propiedades tales como ancho de banda frente ganancia, o impedancias de entrada y salida; El segundo más inmediato es la realización de sistemas de filtrado, para lo que se puede acudir a estructuras clásicas tales como Sallen-Key o de realimentación múltiple (MFB). Se investigará el efecto de reemplazar el opamp por alguna de las nuevas posibilidades. Estos dos últimos puntos se desarrollarán en el capítulo 3; Más en profundidad se realizará un estudio de las aplicaciones de los UAD en la simulación de impedancias, que corresponde al capítulo 4 de esta memoria. Para ello se empezará el análisis por la generalización de una estructura clásica en este campo como es un Conversor Generalizado de Impedancias. Así se investigarán en detalle las diversas funciones de error que aparecen en las nuevas estructuras obtenidas al utilizar diferentes UADs. A este estudio le seguirá una propuesta de algoritmo computacional para la síntesis de funciones de admitancia genérica. Dicho algoritmo se comprobará en diversos resultados prácticos. Para finalizar se propone una mejora en la síntesis clásica propuesta por Hilberman para la obtención de admitancias polinomiales generales.