Στόχος μου ήταν να αναφέρω τις βασικές μεθόδους βελτιστοποίησης της επιφάνειας και της καθυστέρησης ενός FIR φίλτρου σταθερών συντελεστών που έχουν προταθεί τα τελευταία χρόνια, να υλοποιήσω τις μεθόδους βελτιστοποίησης της επιφάνειας και να παραθέσω τα αποτελέσματα εξομοίωσης των παραπάνω μεθόδων. / My aim was to present the basic methods of reducing the area and delay of FIR filters of constant coefficients, to create the methods of reducing the area of FIR filters and to compare these methods.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός τροφοδοτικού με πολλαπλές εξόδους. Η εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη και η κατασκευή ενός τροφοδοτικού, το οποίο θα τροφοδοτείται από το μονοφασικό δίκτυο εναλλασσόμενη τάσης και θα έχει την δυνατότητα να τροφοδοτεί πέντε φορτία χαμηλής ισχύος με διαφορετικές συνεχείς τάσεις. Βασικό χαρακτηριστικό της κατασκευής αποτελεί η χρησιμοποίηση ολοκληρωμένου κυκλώματος που ενσωματώνει τρανζίστορ ισχύος τύπου Mosfet μαζί με ελεγκτή (FPS) σε μια συσκευασία. Αρχικά γίνεται μια σύγκριση των βασικών τοπολογιών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τροφοδοσία πολλαπλών φορτίων και εν τέλει κρίνεται ως καταλληλότερη αυτή που υλοποιείται με τον μετατροπέα τύπου Flyback. Στην συνέχεια αναλύεται η λειτουργία του μετατροπέα στη μόνιμη κατάσταση ισορροπίας με ιδανικά στοιχεία στην CCM και DCM. Ακολουθεί η μελέτη του μετατροπέα με πραγματικά ημιαγωγικά και μαγνητικά στοιχεία με σκοπό να γίνει ορατό το πρόβλημα των υπερτάσεων που αναπτύσσονται στα άκρα του διακόπτη. Προτείνονται και αναλύονται δύο παθητικά κυκλώματα προστασίας του διακόπτη από τις υπερτάσεις, ένα με απώλειες και ένα χωρίς. Στη συνέχεια εξετάζεται ο μετατροπέας ως μαγνητικό κύκλωμα και αναλύεται η μέθοδος κατασκευής του μετασχηματιστή τύπου Flyback. Μετά το πέρας της θεωρητικής ανάλυσης του μετατροπέα παρουσιάζεται η κατασκευαστική μελέτη του τροφοδοτικού. Επιπλέον αναλύεται η μέθοδος ελέγχου και αντιστάθμισης του μετατροπέα καθώς και η λειτουργία του ολοκληρωμένου ελεγκτή. Για την μελέτη των όσων έχουν προαναφερθεί πραγματοποιούνται προσομοιώσεις με χρήση του λογισμικού pspice. Τέλος παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα της κατασκευής του μετατροπέα. / --

- / -

- / -

Η ψηφιακή τεχνολογία έχει διεισδύσει πλήρως στην περιοχή της Ακουστικής και της Τεχνολογίας Ήχου, όπως επίσης και σε όλους σχεδόν τους κλάδους της σύγχρονης επιστήμης και της τεχνολογίας. Στον τομέα των ηλεκτρονικών για ηχητικές εφαρμογές, ιδιαίτερα καθοριστικό ρόλο κατέχουν οι ενι- σχυτές. Σκοπός της εργασίας αυτής, είναι να παρουσιάσει το λειτουργικό μοντέλο ενός ψηφιακού ενι- σχυτή Class-D για ηχητικά σήματα, το οποίο προσομοιώθηκε και λειτούργησε σε περιβάλλον Matlab & Simulink. Στο τέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα χρήσιμων μετρήσεων για σημαντικούς δεί- κτες της ηλεκτροακουστικής όπως η Απόκριση Συχνότητας, Total Harmonic Distortion(THD), Total Harmonic Distortion plus Noise (THD+N) ως προς τη συχνότητα και ως προς την ισχύ, από όπου βγαίνουν συμπεράσματα σχετικά με την ποιότητα και την απόδοση της συγκεκριμένης τεχνολογίας υλοποίησης. / DigitalTechnology has been fully into Acousctics and Audio Technology,as in virtually all branches of modern science and technology.In audio electronics applications, amplifiers have a significant role. The purpose of this thesis is to present the functional model of a digital Class-D amplifier for audio signals, which has been simulated and run in Matlab & Simulink environment. Finally the results of measurements relating to some important electroacoustics indexes like Frequency Response, Total Harmonic Distortion (THD), Total Harmonic Distortion plus Noise (THD+N), relative to the audio signal’s frequency and power, are presented and lead to some conclusions concerning the quality and efficiency of this implementation technology.

- / -

Το αντικείμενο της παρούσης διπλωματικής επικεντρώνεται στη σχεδίαση ανάπτυξη και μέτρηση κυκλώματος κάτω μεταλλάκτη (down converter) συχνότητας στην περιοχή 1 έως 6 GHz. Η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA) κατανεμημένης τοπολογίας (distributed amplifier), μίκτη καθώς και ενισχυτές και φίλτρα στην ενδιάμεση συχνότητα. Ο σχεδιασμός συνοδεύεται από μετρήσεις όπου και διαπιστώνεται η σύγκλιση με τα αποτελέσματα εντατικών εξομοιώσεων. Κύρια εργαλεία του σχεδιασμού απετέλεσαν κυκλωματικοί και ηλεκτρομαγνητικοί εξομοιωτές. / The object of this thesis focuses on design development and measurement down converter circuit in the frequency range 1 to 6 GHz. The architecture includes low noise amplifier (LNA) Distributed topology (distributed amplifier), mixer and amplifiers and filters in intermediate frequency. The design is accompanied by measurements and found where the convergence of the results of intensive simulations. Main tools of design were kyklomatikoi and electromagnetic simulators.

Τα φίλτρα λογαριθμικού πεδίου (log-domain filters) είναι μια οικογένεια φίλτρων συνεχούς χρόνου στην οποία γίνεται χρήση της μη-γραμμικής I/V χαρακτηριστικής των ενεργών στοιχείων (BJT τρανζίστορ, MOSFET τρανζίστορ σε ασθενή αναστροφή) για να επιτευχθεί γραμμική συμπεριφορά από είσοδο σε έξοδο. Επιπρόσθετα τα log-domain φίλτρα, προσφέρουν και άλλα πλεονεκτήματα, όπως την ηλεκτρονική ρύθμιση της συχνότητας αποκοπής, την λειτουργία σε υψηλές συχνότητες και την δυνατότητα λειτουργίας με χαμηλή τάση τροφοδοσίας. Στην παρούσα διατριβή προτείνεται μια καινούρια τεχνική σχεδιασμού log-domain φίλτρων, η οποία στηρίζεται στη κυματική μέθοδο (log-domain wave filters). Με αυτή την τεχνική, log-domain φίλτρα μπορούν να σχεδιαστούν είτε με την χρήση των κυματικών παραμέτρων σκέδασης (wave scattering parameters), είτε με την χρήση κυματικών τερματιστών θύρας (wave port terminator). Έτσι αρχικά, προτείνονται δομές log-domain κυματικών φίλτρων με χρήση των κυματικών παραμέτρων σκέδασης. Σε αυτήν την προσέγγιση, το log-domain κυματικό ισοδύναμο ενός επαγωγού σε σειρά κλάδο μετασχηματίζεται από το γραμμικό στο λογαριθμικό πεδίο. Τα log-domain κυματικά ισοδύναμα των υπολοίπων βασικών στοιχείων του παθητικού πρωτοτύπου φίλτρου προκύπτουν από το κυματικό ισοδύναμο του επαγωγού σε σειρά κλάδο με την εναλλαγή των εξόδων του ή/και την προσθήκη αντιστροφέων τάσης. Χρησιμοποιώντας μια διαφορετική προσέγγιση, προτείνονται δομές log-domain κυματικών φίλτρων με χρήση του log-domain κυματικού τερμαστιστή θύρας. Με την χρήση του σχεδιάζεται το κυματικό ισοδύναμο στο log-domain ενός πυκνωτή σε παράλληλο κλάδο, το οποίο χρησιμοποιείται ως το βασικό κυματικό ισοδύναμο δομικό στοιχείο. Τα κυματικά ισοδύναμα των υπολοίπων στοιχείων του παθητικού κυκλώματος προκύπτουν με χρήση των παραπάνω κυματικών ισοδυνάμων. Τέλος γίνεται μελέτη της επίδρασης των μη-ιδανικών χαρακτηριστικών του BJT τρανζίστορ και της επίδρασης των θερμοκρασιακών μεταβολών στην συμπεριφορά των προτεινόμενων φίλτρων, ενώ προτείνονται μέθοδοι τόσο για την επιμέρους όσο και την συνολική αντιστάθμισή τους. / Log-domain filters are a family of continuous time filters that instead of being designed using locally linearized components, directly exploit the non-linear nature of a BJT, or a MOSFET transistor operating in weak inversion, in order to obtain a system with overall linear performance. This way they exhibit high linearity even for large signal to bias ratios. In addition they have some other interesting features like tunability and the ability to work at high frequencies even with low voltage supplies. In the present dissertation a new method for the design of log-domain filters is proposed, based on the well-known wave method. According to this method log-domain filters can be designed using the wave scattering parameters or using the wave port terminator block. Structures of log-domain wave filters using wave scattering parameters are initially proposed. In this approach the log-domain wave equivalent of a series inductor is transformed from linear to log-domain. Log-domain wave equivalents of the other basic elements of a passive prototype are then derived by the interchange of its outputs or/and the addition of voltage inverters. These equivalents are then connected together forming the actual filter. Log-domain differential wave filters can be designed by the introduction of the log-domain differential wave equivalent of the series inductor. Using a different approach, log-domain wave filters have been designed, introducing the block of a log-domain wave port terminator. Using this block, the log-domain wave equivalent of a shunt capacitor is derived as the based structure element. The wave equivalents of other basic elements of the passive prototype are derived as before interchanging its outputs or/and adding voltage inverters. Finally the influence of the non-ideal characteristics of the BJT transistor on the frequency response of the derived filters is analyzed and efficient methods are proposed for their compensation.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και κατασκευή ενός συστήματος ελέγχου για έναν κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης (Reluctance). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών της πολυτεχνικής σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας αυτής, είναι η μελέτη και η κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα πηγής τάσης, ο οποίος θα επιτρέπει την υλοποίηση βαθμωτού και διανυσματικού ελέγχου για έναν σύγχρονο κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη. Ο σύγχρονος κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη, όπως και οποιοσδήποτε άλλος κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης, βασίζει τη λειτουργία του στη ροπή αντίδρασης, γεγονός από το οποίο προέρχεται και η ονομασία των κινητήρων αυτού του είδους (ReluctanceMotors). Το κύριο χαρακτηριστικό των κινητήρων μαγνητικής αντίδρασης είναι η έλλειψη οποιασδήποτε πηγής διέγερσης στο δρομέα. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον σχετικά με τη βελτιστοποίηση της κατασκευής των σύγχρονων κινητήρων μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη, καθώς και των μεθόδων ελέγχου, που μπορούν να εφαρμοστούν για βελτιστοποίηση της λειτουργίας τους. Αρχικά μελετήθηκαν οι βασικές αρχές λειτουργίας των μηχανών εναλλασσόμενου ρεύματος και η ανάλυση επικεντρώθηκε στο σύγχρονο κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Μελετήθηκαν τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του σύγχρονου κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη, το μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τη λειτουργία του, συγκρίθηκε με άλλους τύπους κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος και παρουσιάστηκαν οι μέθοδοι ελέγχου που μπορούν να εφαρμοστούν σε έναν σύγχρονο κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη. Επιπλέον μελετήθηκε ο τριφασικός αντιστροφέας πηγής τάσης, ο οποίος είναι απαραίτητος για την οδήγηση ενός σύγχρονου κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης, καθώς και διάφορες τεχνικές για την παλμοδότησή του. Τέλος προσομοιώθηκε ο σύγχρονος κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης με το πρόγραμμα προσομοίωσης Matlab/Simulink για διάφορες καταστάσεις λειτουργίας του, και ακολούθησε η κατασκευή του τριφασικού αντιστροφέα για την πειραματική διερεύνηση και επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. / The present diploma thesis deals with the design and manufacture of a control system for a Reluctance Motor. This work was developed in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion at the Department of Electrical Engineering and Computer Technology of the School of Engineering in the University of Patras, Greece. The purpose of this thesis is the design and manufacture of a three-phase voltage source inverter for the control of the performance of a Synchronous Reluctance Motor by the implementation of Scalar and Vector control. The operation of Synchronous Reluctance Motor, like any other type of Reluctance Motors, is based on reluctance torque. The main characteristic of Reluctance Motors is that the rotor does not have any field winding. During the last years, a great interest has emerged around the Synchronous Reluctance Motor, which mainly focuses on the optimization of its construction and control. At first, an introduction to the operation principles of the AC motor is done, while the main interest is focused on Synchronous Reluctance Motor. The analysis of Synchronous Reluctance Motor covers many aspects, such as its construction characteristics, its dynamic model, its control strategies, as well as a comparison with other AC motors. Furthermore the three phase inverter is studied and its modulation techniques, since it is used for the driving of the motor. Finally the Synchronous Reluctance Motor is simulated in Matlab/Simulink for some operating conditions, and a three phase voltage source inverter is constructed for the experimental investigation and to see the relationship between the results of the simulation and the experiment.

Αντικείμενο της παρούσας Ειδικής Επιστημονικής Εργασίας είναι η ανάπτυξη φίλτρων στο πεδίο της τετραγωνικής ρίζας με τη μέθοδο του γραμμικού μετασχηματισμού (Linear Transformation). Ως παράδειγμα, δίνεται η σχεδίαση, η εξομοίωση και τέλος η φυσική σχεδίαση ενός ελλειπτικού βαθυπερατού φίλτρου 3ης τάξης στο πεδίο της τετραγωνικής ρίζας (Square-Root Domain). Για λόγους σύγκρισης, η σχεδίαση του φίλτρου γίνεται με τέσσερις διαφορετικές μεθόδους εξομοίωσης παθητικών φίλτρων (Leapfrog, Topologic, Wave και Linear Trasformation method) και η ανάλυση κάθε μεθόδου παρουσιάζεται σε αντίστοιχο κεφάλαιο. / The subject of this master thesis is the design of analog filters in square root domain utilizing the method of Linear Transformation. As a design example a third order elliptic lowpass filter transfer function will be realized. For comparison results we are using four different design methods (Leapfrog, Topologic, Wave and Linear Trasformation)in order to realize such filter. Each synthesis method is demonstrated in different chapter.