мам, или предъявляются повышенные требования к стабильности пассивных компонентов (например, сверхширокополосные ИС).

- Гибридные схемы лучше всего подходят для мелкосерийного производства при условии, что допустимо увеличение их размеров по сравнению с монолитными схемами. В ряде случаев возможность отбора компонентов вполне оправдывает высокую стоимость таких схем при изготовлении их небольшой партией (например, прецизионных схем).

1.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И МАКРОМОДЕЛИРОВАНИЕ ШИУ

Этап моделирования является важнейшим при проектировании ШИУ, так как от его результатов существенно зависит как точность всего процесса проектирования, так и точность воспроизведения проектируемого усилителя. Положительное решение задач моделирования осложняется существованием значительных зависимостей и взаимодействий между параметрами отдельных элементов высокочастотных ШИУ. По своей природе взаимодействия между элементами, как правило, являются распределенными. Кроме того, задача осложняется нелинейными и высокочастотными эффектами, свойственными таким схемам.

Разработка методики моделирования, учитывающей все эти факторы, возможна только при использовании ЭВМ. Эффективность применения ЭВМ в значительной степени зависит от компромисса между универсальностью метода, определяемой возможностью анализа широкого класса усилителей, и экономичностью, определяемой точностью представления физических процессов и упрощениями, достигаемыми введением различных аппроксимаций, в которых четко разграничиваются эффекты первого и более высоких порядков.

Традиционное моделирование многокаскадных ШИУ, содержащих большое число элементов, становится невозможным из-за огромных вычислительных затрат. Поэтому подход, предусматривающий построение моделей электронной схемы па основе моделей отдельных элементов (транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и т. д.), заменяется подходом, основанным на макромоделях. Макромодель - это упрощенная модель нескольких усилительных звеньев или ИС в целом, связывающая их входные и выходные характеристики.

Рис. 1.6

Макромодель четырехполюсника в терминах У-па-раметров

Анализ основных схем реализации ШИУ показывает, что несмотря на разнообразие возможных решений, эти схемы разбиваются на общие, присущие всем усилителям, стандартные схемы (типовые схемные блоки):

- интегральные активные элементы (ИАЭ), состоящие из одного или нескольких усилительных звеньев,

- корректирующие ВЧ и НЧ двухполюсники, включающие как активные, так и пассивные структуры

{R, С),

- R, с - элементы и структуры (в том числе распределенные) в цепях прямой передачи сигнала и обратной связи.

Для каждой такой схемы можно построить макромодель и на ее основе проводить машинное моделирование усилителя.

Параметры макромоделей определяются экснернменталь-но или аналитически с предварительным моделированием усилителя на элемент-• ном уровне. Макромодели носят формальный характер и строятся относительно электрических параметров, переменными которых являются напряжения и токи на входах и выходах схемы. Простейшая эквивалентная схема четырехполюсника, реализующая эти характеристики (рис. 1.6), является простейшей формальной макромоделью, отражающей только основные характеристики ИАЭ или ИС [42]. Для повышения точности можно использовать более сложные модели. Отсюда следует, что любую схему ШИУ можно представить в виде комбинации эквивалентных четырехполюсников и двухполюсников, в свою очередь интерпретируемую макромоделью в виде четырехполюсника.

Применение метода четырехполюсника позволяет получить макромодель в форме, удобной для использования в программах анализа ШИУ с автоматическим формированием уравнений модели. Метод может быть использован для формирования макромоделей как ИАЭ, так и ИС широкополосных усилителей высокой степени сложности. При моделировании ШИУ важно определить хМатематический аппарат анализа. Макромоделирование гармонично сочетается с матричной ал-

геброй, отличающейся строгостью и компактностью записи уравнений. Матричный метод формулирования и описания задач анализа является удобным и экономичным для программирования ЭВМ [7, 8] и позволяет учитывать влияние каждого активного и пассивного элемента и каждой связи на характеристики усилителя без существенных упрощений.

В дальнейшем анализ ШИУ производится нахожде-ниСхМ макромоделей и матриц, составляющих его ИАЭ-и ИС в целом, их последующего синтеза в общие макромодели и матрицы [10].

Макромодели ШИУ, так же как и модели элементов. ИС, могут соответствовать разному уровню их сложности и быть построены относительно различных параметров. Определение системы параметров моделей и-макромоделей важно, ибо на практике от этого зависит точность моделирования внешних характеристик ШИУ..

1.2.1. Выбор системы параметров моделей и макромоделей

Целью проводимого ниже обобщенного анализа ИАЭ и ШИУ служит вывод выражений, непосредственно пригодных для вьшолнения инженерного расчета АЧХ, усиления, устойчивости и других показателей. Поэтому в этих формулах должна быть в достаточно простой форме отражена зависимость между основными показателями каскадов (либо ШИУ в целом) п допустимыми для прямых измерений и контроля физическими параметрами используемых элементов. Аналитически задача сводится к нахождению расчетных соотношений, агрументами в которых должны служить известные физические параметры активных элехментов, а функциями - выходные параметры схемы.

При обычно используемых частных методах анализа конкретных приборов, как правило, не возникает затруднений в определении исходных физических параметров. Однако наличие большого числа параметров для описания исходных качественных показателей активных элементов создает определенные трудности на пути применения обобщенных методов и единых расчетных соотношений. К тому же количество типов и разновидностей схем и режимов активных элементов, используемых в ШИУ, велико. 2-322