Устройство для моделирования тиристорно-диодной группы

 

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной тех-. НИКИ и может быть использовано при моделировании и исследовании на аналоговых или аналог о-дифрозых вычислительных машинах различных электронных объектов, содержащих тиристорно-диодные группы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения различных типов кусочно-линейных моделей тиристорно-диодной группы. Для достижения цели в устройство введены инверторы, мультиплексоры, одновибраторы, элементы И, ИЛИ, регистр. Рассматриваемое устройство для моделирования тиристорно-диодной группы позволяет путем программной настройки логической схемы (совокупность элементов И, ИЛИ, инвертора и одновибраторов) реализовать кусочно-линейные модели всех возможных комбинаций параллельного включения полупроводниковмх тиристоров и диодов. 2 ил., 1 табл. g оо а оо ю s| о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„ЯО„„1363270 А1 (51) 4 С 06 С 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 и Ру,«3,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4095598/24-24 (22) 24.07.86 (46) 30.12.87. Бюл. Н- 48 (71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) Б,А.Сабко, 10.В.Лобанов, А.В.Налобин и Э.P.Ãàòàóëëèíà (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N"- 1120370, кл. Г 06 Г 7/62, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1185357, кл. G 06 G 7/62, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ТИРИСТОРНО-ДИОДНОЙ ГРУППЫ (57) Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной техники и может быть использовано при моделировании и исследовании на аналоговых или аналого-цифровых вычислительных машинах различных электронных объектов, содержащих тиристорно-диодные группы. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения различных типов кусочно-линейных моделей тиристорно-диодной группы. Для достижения цели в устройство введены инверторы, мультиплексоры, одновибраторы, элементы И, HJR, регистр. Рассматриваемое устройство для моделирования тиристорно-диодной групгы позволяет путем программной настройки логической схемы (совокупность элементов И, ИЛИ, инвертора и одновибраторов) реализовать кусочно-линейные

Ф модели всех возможных комбинации параллельного включения полупроводниковых тиристоров и диодов. 2 ил., 1 табл. С:

1363270—

Разряд регистра 10

Режим работы устройства

1 — U

1 0

1 0

1 1

0 тд

ТТ

Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть использовано при моделированееи и исс«еедовании на аналоговых или аналого-цифровых вычислительных машинах различных электронных обьектов. содержащих тиристорно-диодные гпуппье.

Целью изобретения является расши- l0 рение функциональных возможностей за счет воспроизведения различных типов кусочно-.линейных моделей тиристорнодиодной гругпы.

Ба фиг. 1 изооражена фучкциональная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы для различных комбинаций тиристорно-диодных групп.

Устройство содержит операционный усилитель 1, масштабный резистор 2 20 ооратной связи, первый ключ 3, IIcp вый 4 и второй 5 масштабные резисто-ры, pторой ключ 6, третий масптабный резистор 7, компаратор 8,, второй инвертор 9, регистр 10, первый мультиплсксор 11, первый 12 и второй 13 одновибраторы., третий инвертор 14, второй 15, четвертый 16, пятый 17, третий 18 и шестой 19 элементы И, источник 20 уе-рав«ея«ацего напряжения, пер- 30 вый 21, второй 22 и третий 23 элементы ИЛИ, первый элемент И. 24, RS-триггер 25, второй мультиплексор 26, первый инвертор 27.

Устройство работает следующим образом.

Для модели тирист Орно диодных

« рупп существует 16 Барис! нтов В Ви де различных типов функциональных преобразований: четыре возможные комбинации соединения вентилей: диод (Д) ! тиристор (Т), встречно-параллельное включение диода и тиристора (ТД), встречно-параллельное включение ти„исторов (ТТ).

1<аждая комбинация соединений вентилей может реализовываться в виде прямого или Обратного вклеочения на.ПР«ИМЕР ДЛЯ ЛОДЕЛ««ДЕ«ода С «ЕЦЕ СТВУЕТ два вариан.а вклю еения Относитегьно выбранного наееравления тока: встреч-ное и согласное, То же может отноСИТЬСЯ И ЕЕ ДРУГИМ ТИРИСТОРНО-ДИОДНЫМ е рупнам.

Поскольееу аналоговая модель осуществляет вычисление математических уравнений записанных в какой-либо фоpi te > и рее i I«I3««ev их пу тем преобра " зования входных наг«ряжение в выхсд ные в соответствии с решаемьее еее уравнениями, для электрических элементов, какими являются и тиристорно-диодные группы, существует два вида функциональных преобразований: напряжения в ток (U — Х) и тока в напряжение (Х вЂ” U).

Таким образом, для каждой из четырех комбинаций соединений вентилей существует четыре типа функциональных преобразований: U -1; -U 1; 1 †> — -U -1 U а для всех четырех групп существует, следовательно, 16 типов функциональных преобразований.

Для реализации любого из вариантов моделей тиристорно-диодных групп необходимо задать соответствующий закон работы логического устройства, управляющего ключами 3 и 6. В предлагаемом устройстве настройка логической схемы на выполнение какого-либо из 16 вариантов функционального преобразования

Осуществляется записью соответствующего пятиразрядного .двоичного кода в регистр 10, выходные уровни разрядов которого управляют прохождением логической информации через мультиплексоры 11, 26 и элементы И 15-19. !

В таблице показаны состояния выходов разрядов регистра 10 при различных режимах работы устройства для моделирования тиристорно-диодных групп.

1 5 2 3 4

1363270

Как видно из таблицы, первый разряд регистра 10 управляет полярностью входного сигнала устройства, точнее его знаковым эквивалентом. Например, если необхопимо осуществить преобразование +Х - -Y, выходной уровень компаратора 8 проходит без инвертирования через второй вход мультиплексора 11, открытый сигналом управления

"Логическая 1", При необходимости реализации функционального преобразования -X +Y выходной уровень компаратора 8 проходит на выход мультиплексора 11 через инвертор 9. При этом сигнал управления мультиплексором 11 имеет значение логического О.

Логическая схема (совокупность элементов И 15-19, 24, ИЛИ 21-23, инвертор 14, одновибраторы 12 и 13), подключенная к выходу мультиплексора

11, настроена на преобразование +Х-У. Условимся, что компаратор 8 переключается в единичное состояние при Х ) О, следовательно, нарастание 26 сигнала компаратора 8 возникает при переходе входной величины Х от Х =

= c О к Х ю О. Спад сигнала компараЪ тора возникает при обратном переходе входного сигнала Х. Поскольку при д0 преобразовании -Х - +Y сигнал компаратора инвертируется, условия работы логической схемы устройства, подключенной к выходу мультиплексора

11, не изменяются, следовательно, воз35 можна реализация обоих перечисленных преобразований без перестройки алгоритма работы этой логической схемы.

Аналогичным образом работает узел, 40 выполняющий настройку логики на режим преобразования U — 1 или 1 - U, состоящий из мультиплексора 26, ком мутирующего на выход один из входных сигналов прямого или инверсного плечей триггера 25. Управление коммутацией осуществляется пятым разрядом регистра 10.

Логика работы преобразователей типа Н вЂ” 1 для.кусочно-линейных схем отличается от логики работы преобразователей 1 — U тем,,что если для преобразования 1 — U в какой-то интервал времени коэффициент передачи

Y/Õ = К, то для этого же интеРвала времени для преобразования U — - 1 коэффициент передачи всегда равен 1/К.

Это вытекает из представления тиристорно-диодной группы в виде дискретно изменяющегося активного сопротивления Г. Для преобразования U — 1

1 = 1/Г.U, для преобразования 1

U = 1 R ° Выходной сигнал преобразования 1 — U соответствует току, протекающему через тиристорно-диодную группу: Y(jU) =- 1, аналогично: Y(UI)=

Н, Х(ПЦ= U, X(Ur) 1, К= R.

Применительно к. Устройству для моделирования тиристорно-диодных групп изменение коэффициента передачи К на

1 /К означает изменение фазы переключения аналоговых ключей 3 и 6. Например, для диода при преобразовании

U — - 1 при Х ) О К = 1000 и при Х = — 0 К = 0,001; при преобразовании

1 — U при Х ) О К = 0,001 и при Х = — c0 К = 1000, В соответствии с этим для диода при U — 1, Х ) О, ключ 6 замкнут, ключ 3 разомкнут, при U — 1, Х (= О, ключ 6 разомкнут, ключ 3 замкнут; при

1 — U Х ) О, ключ 6 разомкнут, ключ

3 замкнут, при 1 — U Х c-- О, ключ 6 замкнут, ключ 3 разомкнут, Ключи 6 и 3 при преобразованиях

U — 1, 1 — U всегда работают в противофазе.

Аналогичные рассуждения справедливы и для других комбинаций элементов тиристорно-диодной группы.

Настройка устройства для моделирования тиристорно-диодной группы на реализацию функций Д, Т, ТД, ТТ осуществляется 2, 3, 4-ми разрядами регистра 10. Логическая реализация этих функций осуществляется элементами 1225, аналогично описанному, преобразования +Х - -Y и -Х - +Y реализуются мультиплексором 11, а преобразования

U — 1 или 1 — U реализуются мультиплексором 26 (достаточно рассмотреть один вид преобразования, например

U — i для функций Д, Т, ТД, ТТ).

Начальными условиями является выключенное состояние вентиля (K=0,001).

В этом состоянии прямой выход триггера 25 имеет значение логического

"О", т.е. появление импульса на Rвходе триггера 25 эквивалентно выключению модели тиристорно-диодной группы, а появление импульса на Sвходе триггера 25 эквивалентно включению тиристорно-диодной группы.

Логическая группа элементов 1225 должна реализовать функциональную зависимость Y = Ф(Х o() где

Х „ — состояние компаратора; 1 — сиг1363270

1 налы источника управляющего напряжения; Y — - логическое состояние триггера 25.

Состояние компаратора преобразуется одновибраторами 12 и 13 в им5 пульсы в моменты переключения его уровней. От нарастания сигнала компаратора (переход Π— 1) формируется импульс на выходе одновибратора 13, а от спада сигнала компаратора (переход 1 — О) формируется импульс на выходе одновибратора 12. Крома того, от состояния компаратора зависит прохождение импульсов управления моделями тиристоров, вырабатываемых ис-. точником 20 управляющих напряжений.

Таким образом, состояние триггера

25 — Y Ф(ЫЛХ„, Н, С), где Н вЂ” импульс, формируемый одновибратором 13

С вЂ” импульс, формируемый одновибратором 12.

Для различных включений можно конкретизировать уравнение, описывающее логическую функцию, 25

Для диода Y„(Д) = Н(S) v С(R), = О, где H(S) — импульс по нарастанию переключания сигнала компаратора, поступающий на S-вход триггера 25;

C(R) — импульс по спаду переключения сигнала компаратора, поступающий на

К-вход триггера 25.

Диаграмма, соответствующая работе логического устройства при воспроизведении характеристики диода, приведена на фиг. 2а, уровни логических сигналов регистра 10 приведены в таблице.

Для тиристора У (Т) = (а аХ, ) (S ) ч С(К), диаграмма показана на фиг.2б, а уровни логических сигналов регистра

10 — в таблице.

Для комбинации тиристор — диод

Y (тд) (ылХ )(S) ч C(S) ч H(R) д а 45 грамма показана на фиг. 2в, а уровни .логических сигналов — в таблице.

Для комбинации тиристор — тиристор

Y „ (TT) = С(Я) v C(R) Ч Н(К), диаграмма показана на фиг. 2г, а уровни логических сигналов регистра 10 — в таблице.

Условие c((S) в режиме тиристор— тиристор всегда будет выполняться, так как Х„ всегда равно единице вследствие наличия на выходе элемента И 19 логической "1", формируемой вторым и третьим разрядами регистра 10, следовательно, уровень логического сигнала компаратора не будет влиять на прохождение сигналов управления с .

Формула и з обретения

Устройство для моделирования тиристорно-диодной группы, содержащее источник управляющего напряжения,RSтриггер, операционный усилитель, выход которого является выходом устройства, масштабный резистор обратной связи, включенный между выходом и входом операционного усилителя, первый ключ и первый масштабный резистор, соединенные последовательно и включенные параллельно масштабному резистору обратной связи, второй ключ и второй масштабный резистор, соединенные последовательно и включенные параллельно третьему масштабному резистору между входом операционного усилителя и входом устройства, к которому подсоединен вход компаратора, первый элемент ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RSтриггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет воспроизведения различных типов кусочнолинейных моделей тиристорно-диодной группы, в него введены инверторы, мультиплексоры,одновибраторы, элементы И, ИЛИ, регистр, первый разрядный выход которого подключен к управляющему входу первого мультиплексора, выход которого соединен с входами первого и второго одновибраторов и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого элемента И,выход которого соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к S-входу RS-триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго мультиплексора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа непосредственно и через первый инвертор — к управляющему входу второго ключа, выход компаратора подключен к первому информационному входу первого мультиплексора непосредственно и через второй инвертор к второму информационному входу первого мультиплексора, выход первого одновибратора подключен к первым входам второго и третьего элементов И, 1363270 выход второго одновибратора соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, второй разрядный выход регистра подключен к второму входу второго элемента И, к входу треть-

его инвертора и к первому входу шес— того элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход третьего инвертора подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, третий разрядный выход регистпа подключен к вторым входам 15 четвертого и шестого элементов И, четвертый разрядный выход регистра соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ, пятый разрядный выход регистра соединен с управляющим входом второго мультиплексора, выход источника управляющего напряжения подключен к второму входу первого элемента И, выходы второго и четвертого элементов И соединены с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ соответственно.

X=LIT

)f Ud

У Ig хл н(ю)

Ул

Х=Ьт

У=1т

//(z) п(г)

"n

Составитель И.Дубинина

Редактор Е.Копча Техред Л.Олийньпс Корректор И.Муска

Заказ 6366/44 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4