Устройство для моделирования транзистора

 

О ПИСАНИ E 1005

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскиз

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-вуфИфМ.Кп. (22) Заявлено 050881 (21) 33 31017/18-24

G G 7/48 с присоединением заявки МоГосударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Г1риоритетРЗ) УАК 681.ззз (088.8) Опубликовано 1503,83. Бюллетень Мо10.

Дата опубликования описания 150383 (72) Авторы изобретения

Г.A.Âåëèãóðñêèé, В.В.Домбровский и A.H.Âîë

Институт проблем надежности и долговечност машин AH Белорусской CCP (71) Заявитель

\ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНЗИСТОРА

2S

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть использовано для моделирования и расчета электронных схем, содержащих транзисторы, Известны устройства для моделирования транзистора, содержащие источники напряжения, операционные усилители, инверторы. резисторы, делите-. ли напряжения и элементы односторонней проводимости11)и(2).

Недостатком этих устройств является ю, что они моделируют лишь отдельно взятый изолированный от схемы транзистор и не могут быть приме- 15 иены для моделирования схем путем замены реальных транзисторов схемы их моделями.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для моделирования транзистора по эквивалентной схеме, содержащее резисторы для моделирования пассивных элементов, генераторы напряжений для моделировайия независимых источников теплового тока коллектора и напряжения эмиттер-базы, операционные усилители для моделирования зависимых источников тока и напряжения 3).

Недостатком известного устройства являются его ограниченные функциональные возможности, так как с его помощью можно моделировать только узкий класс схем, а именно, схемы, работающие при малом сигнале. Работа известного устройства только на малом сигнале, т.е. в малой окрестности рабочей точки транзистора, связана с моделированием его по линейной эквивалентной схеме. При большом же сигнале сильно сказываются нелинейные свойства транзистора.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей, т. е. возможность моделирования транзистора в электронных схемах, работающих не только на малом сигнале, но и на большом (например, оконечных усилителях мощности), при котором рабочая точка транзистора перемещается в широких пределах, путем кусочно-линейной аппроксимации входной вольт-амперной характеристики транзистора.

Поставленная цель достигается тем, что. в устройство, содержащее генератор тока для моделирования теплового тока коллектора, генера1005094 тор напряжения для моделирования напряжения база-эмиттер и два операционных усилителя для моделирования соответственно зависимых источни ков тока и напряжения, причем первый вход первого операционного усилителя 5 соединен с коллектооным выводом уст- ройства, а второй вход первого операционного усилителя подключен к первому выходу 1 енератора напряжения, вы" ход первого операционного усилителя, 10 подключен к первому. входу второго операционного усилителя и через масш табирующий резистор соединен с базовым выводом устройства, второй выход генератора напряжения соединен с . 15 эмиттерным выводом устройства, вы-ход второго операционного усилителя подключен к коллекторному выводу устройства, и через масштабирующий резистор соединен с эмиттерным выводом устройства, а второй вход второго операционного усилителя через генератор тока соединен с эмиттерным выводом устройства, введены И-1) компараторов (И-1)ключей и (,И-1) дополнительных масштабирующих резисторов, где И вЂ” количество отрезков кусочно-линейной аппроксимации входной вольт-амперной характеристики транзистора, при этом входы компараторов объединены и соединены с базовым выводом устройства, выходы компараторов соединены с управляющими входами соответствующих ключей и соответствующими управляющими входами управляемого генерато- 35 ра напряжения, информационные входы ключей объединены и соединены с базовым выводом устройства, а выходы ключей через соответствующие дополнительные масштабирующие резисторы 40 соединены с первым входом второго операционного усилителя.

На фиг,1 изображена структурная схема устройства для моделирования транзистора в электронной схеме, 45 на фиг.2 — входная вольт-амперная характеристика транзистора и.ее кусочно-линейная аппроксимация, нагрузочная прямая и рабочая точка транзистора.

Устройство содержит(h-1)ключей 1, И-1) компараторов 2, И масштабирующих резисторов 3, управляемый генератор напряжения 4, второй операционный усилитель 5, генератор тока б, первый операционный усилитель 7, масштабирующий резистор 8.

Ключи 1 предназначены для па-. раллельного подключения к резистору 3,. резисторов 3 ... 3> компараторы 2 — для управления ключами 1 60 в зависимости от уровня входного сигнала. Резисторы 3 предназначены для воспроизведения наклона отрезков прямых, аппроксимирующих входную вольтамперную характеристику 65 транзистора. Генератор 4 напряже- ния служит для установки напряжения, имитирующего часть напряжения база-эмиттер и равного абсциссе точки начала отрезка прямой входной вольт-амперной характеристики, на которой в данный момент находится. рабочая точка (фиг.2) . Первый операционный усилитель .7 (напряжения) служит для моделирования влияния напряжения коллектор-эмиттер на входную вольт-амперную характеристику„ генератор тока б — для отражения влияния теплового тока коллектора, второй операционный усилитель 5 — для моделирования коэффициента усиления транзистора по току. Резистор 8 предназначен для отражения конечного наклона выходной вольт-амперной характеристики в активной области.

Устройство работает следующим образом.

До установки модели транзистора в исследуемую электронную схему производятся следующие предварительные операции. Устанавливается требуемый наклон выходной вольт-амперной характеристики, транзистора в активной области установкой соответствующего значения сопротивления резистора 8.

Входная вольт-амперная характеристика транзистора аппроксимируется кусочно-линейной функцией следующим образом. Наклон каждого отрезка кусочно-линейной функции устанавливается с помощью резистора 3, имея ввиду при этом, что каждый последующий резистор шунтируется предыдущей. Пороги срабатывания (И-1 ) компараторав 2 устанавливаются равными абсциссам точек пересечения отрезков прямых, аппроксимирующих входную вольт-амперную характеристику. Устанавливаются амплитуды ступенек напряжения в генераторе 4 ступенчатого напряжения: амплитуда первой ступеньки напряжения генератора 4 устанавливается равной абсциссе точки начала первого отрезка прямой кусочно-линейной функции, амплитуда последующих ступенек абсциссам точек пересечения отрезцов прямых.

В усилителе 5 (тока ) устанавливается коэффициент усиления, равньИ статическому коэффициенту усиления по току моделируемого транзистора.

Далее производится установка мо-. дели транзистора в исследуемую схему, электронную схему, путем замены реального транзистора его моделью.

Подается напряжение питания на ис- ° следуемую схему. При этом произойдет автоматическая установка статической рабочей точки модели транзистора, соответствующей рабочей точке реального транзистора. Произойдет это следующим образом. В первона1005094

Формула изобретения

Устройство для моделирования транзистора, содержащее генератор тока, управляемый генератор напряжения и два операционных усилителя, причем первый вход первого операционного усилителя соединен с коллектор45 чальный момент рабочая точка будет иметь координаты точки пересечения первого начального отрезка входной вольт-амперной характеристики с нагрузочной прямой. Если напряжение между выводами базы и эмиттера при этом меньше порога срабатывания первого компаратора (а следовательно и остальных), то процесс .установки рабочей точки окончится. Если же это напряжение больше порога срабатывания одного (первого ) или более компараторов, то после срабатывания соответствующих компараторов будут подключаться резисторы, соответствующие отрезкам прямых входной вольт-ампер- 15 ной характеристики, и генерироваться соответствующие ступеньки напряжения генератора ступенчатого напряжения до .тех пор, пока рабочая точка не ус»» тановится. Графически это будет сост- о ветствовать точке пересечения кусоч- но-линейной функции с линейной функцией (нагрузочной прямой ).

После подачи входного сигнала рабочая точка начнет перемещаться по со- 5 ответствующему отрезку. прямой входной вольт-амперной характеристики.

Если амплитуда входного сигнала достаточно велика, то при достижении ею определенной величины будут срабатывать соответствующие компараторы и будет меняться соответственно наклон входной вольт-,амперной характеристики.

Данное устройство позволяет осуществлять моделирование транзисто- З5 ров, работающих в реальных схемах как на малом, так и на большом сигнале, что значительно расширяет класс моделируемых схем. ным выводом устройства, а второй вход первого операционного усилителя подключен к первому выходу генератора напряжения, выход первого операционного усилителя подключен к первому входу второго операционного усилителя и через масштабирующий резистор соединен с базовым выводом устройства, второй выход генератора напряжения соединен с эмиттерным выводом устройства, выход второго операционного усилителя подключен к коллекторному выводу устройства, и через масштабирующий резистор соединен с эмиттерным выводом устройства, а второй вход второго операционного усилителя через генератор тока соединен с эмиттерным выводом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет моделирования транзистора в электронных схемах, работающих при больших сигналах, в него дополнительно вве-. дены(И -1) компараторов, (И-1)ключей и (и -1) дополнительных масштабирующих резисторов, где И вЂ .количество отрезков кусочно-линейной аппроксимации входной вольтамперной характеристики транзистора, при этом входы компараторов объединены и соединены с базовым выводом устройства, выходы компараторов соединены с управляющими входами соответствующих ключей и соответствующими управляющими входами управляемого генератора напряжения, информационные входы ключей объединены и соединены с базовым выводом устройства, а выходы ключей через соответствующие дополнительные масштабирующие резисторы соединены с первым входом второго операционного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 485470, кл. G 06 6 7/48, 1974.

2. Авторское свидетельство -СССР

9 770088336666, кл. 0 06 0 7/48, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

9 270353, кл. 506 G . 7/48, 1970 (прототип).

1005094

1005094

Составитель Е.Фролов

Техред А.Бабинец Корректор Ю.Макаренко

Редактор К.Волощук

Заказ 1903/66

Тираж 704 Подписное

ВЫИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4