Устройство для моделирования транзистора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДБШРОВ ЙЯ ТРАНЗИСТОРА, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, выпалнентлй в виде геиератора постоянного тока, блок моделирования напрякешся баэа-эмиттер, выполненньй в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому входу первого операционного усилителя , выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого является коллеКториьм выводом устройства и подаслючен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласукицего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттерньш выводом устройства, выход генератора постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, t масштабных резисторов , rtl-l ключей и,п-1 компараторов, где tn - количество отрезков кусочнолинейной аппроксимации вольта ше|1яо{1 характеристики транзистора, базовый вывод устройства соединен с входами компараторов,с первым выводом первого масштабного резистора и с информационными входами ключей, выходы которых Подключены к первым выводам соответствуюиОге масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с вторьм выводом первого масштабного резистора,выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименных ключей и к соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в него введен блок моделирования статическогокоэффициента усиления транзистора, состоявщй из дешифратора,п дополнительных ключей, п дополнительных масщтабиых резисторов и дополнительного операционного уси/штеля, выход которого подключен к первьм выводам П дополнительных масштабных резисторов, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих п дополнительных ключей, выходы п-I компараторов подключены к соответствующим входам девифратора, выходы которого соединены с управляющими входами одноименных дополнительных ключей, информационные входы которых объединены между собой и подключены к входу дополнительного операционного усили теля и к второму выводу первого масштабного резистора,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОсУ 01>

3(я) С 06 С 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У

ГОСМЙАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0THPHVl44 (21) 3555009/18-24 (22) 14, 12. 82 (46) 23,04.84. Вюа. Р 15 (72) В.В.Домбровский и З,И.Исаев

-(71) Институт технической кибернетики

АН Белорусской CCP (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 270353, кл. С 06 О 7/48, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3331017/18-24, кл. С 06 6 7/48, 1981 (прототил), (54)(57) устРойство для модклиРовлния

ТРА1ПИСТОРА, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, выполненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования иаправения база-эмиттер, выполненный в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого является коллекториым выводом устройства и подключен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласующего резистора, второй вывод которого соединен с эмит, терным выводом устройства, выход генератора постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, р> масштабных резисто" ров, ф-1 ключей и и-1 компараторов, где 6й- количество отрезков «усочиолинейной аппроксимации вольтамнерио@ характеристики транзистора, базовый вывод устройства соединен с входами компараторов,с нервви выводом первого масштабного резистора и с информационными входами ключей, выходы которых подключены к первым выводам соответствуюи их масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с вторьвч выводом первого масштабного резистора, выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименных ключей и к соответствующим разрядным входам преобразователя код-иапряжеиие,о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в него введен блок моделирования статического коэффициента усиления транзистора, состоящий из дешифратора, h дополнительных ключей, и дополнительных масштабных резисторов и дополнительного операционного усилителя, выход которого подключен к яервььс выводам h дополнительных масштабных резисторов, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих и дополнительных ключей, выходы h -1 компараторов подключены к соответствую" щим входам деапфратора, выходы которого соединены с управляющими входамн одноименных дополнительных ключей, ии4юрмационные входы которых объединены между собой н подключены к входу дополнительного операционного усилителя и к второму выводу первого масштабного резистора.

1088024

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования и расчета электронных схем, содержащих транзисторь1. 5

Известно устройство для моделирования транзисторов, содержащее транзисторы, конденсаторы и резисторы 1. 13.

Недостатком этого устройства являются его ограниченные фуикциопаль- 10 ные возможности, которые заключаются в том, что с его помощью можно моделировать только узкий класс схем, а именно схемы, работающие на малом . ,сигнале. !5

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования транзистора, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, выполненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования напряжения база-эмиттер, выполненный в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому

25 входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого является коллекторным выводом устройства и подключен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласующего резистора, второй выход которого соединен с эмиттерным выводом устройства, выход генератора 35 постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, и масштабных резисторов, п "1 ключей, и - 1 компараторов, где п количество отрезков кусочно-линейной 40 аппроксимации входной вольтамперной характеристики транзистора, базовый вывод устройства соединен с входами компараторов, с первым выводом первого масштабного резистора и с информа15 ционными входами ключей, выходы которых подключены к первьм выводам соответствующих масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с вторым вы- 50 водом первого масштабного резистора, выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименных ключей и соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение. Уст- 55 ройство позволяет моделировать транзисторы в электронных схемах как на малом сигнале, так и на большом 1.2, 2

Недостатком известного устройства является низкая то ность моделирования работы транзистора в электронной схеме при большом сигнале, что связано с отсутствием учета влияния напряжения база-эмиттер, имеющего в реальном транзисторе коэффициент усиления по току В при большом сигнале.

Целью изобретения является повышение точности устройства, Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, выполненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования на-. пряжения база-эмиттер, выполненный в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционного усипителя, выход которого является коллек-" торным выводом устройства и подключен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласующего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттерным выводом устройства, выход генератора постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, и масштабных резисторов ь- 1 ключей

1 и и -1 компараторов, где и - количество отрезков кусочно-линейной аппроксимации входной вольтамперной характеристики транзистора, базовый вывод устройства соединен с входами компараторов, с первым выводом первого масштабного резистора и с информационцымй входами ключей, выходы которых подключены к первым выводам соответствующих масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора, выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименных ключей и соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение, введен блок моделирования статического коэффициента усиления транзистора, состоящий из дешифратора,11 дополнительных ключей, rl дополнительных, масштабных резисторов н дополнительного операционного усилителя, выход которого подключен к первым выводам дополнительных масштабных резисторов, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих и до08802

20

55

3 1 полнительных ключей, выходы n — 1 компараторов подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами одноименных дополнительных ключей,информационные входы которых объединены между собой и подключены к входу дополнительного операционного усилителя и к второму выводу первого масштабного резистора.

На фиг.1 представлена стру!стурная схема предлагаемого устройства; иа фиг.2 — входная вольтамперная характеристика транзистора и ее кусочно-линейная аппроксимация, нагрузоч". иая прямая и рабочая точка транзистора; на фиг.3 — зависимость коэффициента усиления по току В транзистора от напряжеиия база-эмиттер 06. и ее кусочно-постоянная аппроксимация.

Устройство содержит й-1 ключей 1 и-1 компараторов 2, и масштабных ре зисторов Э, преобразователь 4 код-на" пряжения, операционный усилитель 5, генератор б постоянного тока, операционный-усилитель 7, согласующий ре- зистор 8, дешифратор 9, и дополнительных ключей 10ð дополнительынх масштабных резисторов 11, дополнительный операционный усилитель 12 (фиг.1) .

Ключи предназначены для параллельного подключения к резистору Э. резисторов 32- Эп

Компараторы 2 предназначены для унравления ключами 1 в зависимости от уровня входного сигнала.

Резисторы 3 предназначены для воспроизведения наклона отрезков прямых, аппроксимирующих входную вольтампериую характеристику транзистора.

Преобразователь код-напряжение

4 служит для установки напряжения, имитирующего часть напряжения база-: эмиттер и равного абсциссе точки начала отрезка прямой входной вольтамперной характеристики, на котором в денный момент находится рабочая точка (фиг.2).

Операционный усилитель 5 напряжения служит для моделирования влияния напряжения коллектор-эмиттвр на входную вольтампериую характеристику, Генератор 6 постоянного тока служит для отражения влияния теплового тока коллектора.

4 4

Операционный усилитель 7 служит для моделирования токов эмиттера и коллектора транзистора (имеет высокое выходное сопротивление).

Дешифратор 9 служит для дешифрации сигналов, поступающих с выходов компаратора, и управления дополнительными ключами 10.

Дополнительные ключи 10 служат для подключения соответствующих дополнительных масштабных резисторов

1 1 между инвертирующим входом и выходом дополнительного операционного усилителя 12.

Дополнительные масштабные резисторы 11 и дополнительный операционный усилитель 12 образуют инвертирующий масштабный ускпитель, коэффициент усиления которого определяется попарным отношением соответствующих резисторов 11 и 3, и служат для воспроизведения зависимости статического коэффициента усиления транзистора от напряженная база-эмиттер.

Устройство работает следующим образом.

До установки модели транзистора в исследуемую электронную схему производятся следующие предварительные операции. Устанавливается требуемый наклон выходной вольтамперной характеристики в активной области установкой соответствующего значения сопротивления согласующего резистора

8, Входная вольтамперная характеристика транзистора аппроксимнруется кусочно-линейной функцией следующим образом. Наклон каждого отрезка кусочно-линейной функции устанавливается с цомощью и резисторов 3, имея ввиду при этом,что каждый последующий резистор шунтирует предыцущий

Пороги срабатывания и --1 компараторов 2 устанавливаются равными абсциссам точек пересечения отрезков нрямых, аппроксимирующих входную вольтамперную характеристику. Устанавлилаются амплитуды ступенек напряжения в преобразователе 4 тупенчатого напряжения амплитуда первой

SO ступеньки напряжения преобразователя 4 устанавливается равной абсциссе. точки начала первого отрезка прямой кусочно-линейной функ+ ции, амплитуда последних ступенекабсциссам точек пересечения отрезков прямых.

Производится набор кусочно-постоянной функции, аппроксимирующей эави1088024 симость коэффициента усиления транзистора В от напряжения база-эмнттер (фнг.З). На фиг.З абсциссы точек 1, 2,3... -1 соответствуют порогам

1 срабатывания соответствующих "1 5 компараторов. Для напряжения базаэмиттер меньшего, чем порог сраба1 тывания l компаратора, устанавливается значение каждого дополнительного масштабного резистора 11 иэ следующего выражения 1 В ° 1 3 И 1-1 3

1=(1... 1, где i — номер Резистора1

 — заданное значение ста†f5

1-1

/. тического коэффициента усиления транзистора для каждого из отрезков кусочно-постоянной функции аппроксимации зависимости коэффициента усиления по току от напряжения база-эмиттер. 20

Далее производится установка моде" ли транзистора в исследуемую электрон ную схему путем замены реального транзистора его моделью.

Подается напряжение питания иа ис- 5 следуемую схему. При этом происходит автоматическая .установка статичес-. кой рабочей точки модели транзистора, соответствующей рабочей точке радиального транзистора. Осуществляется 36 это следующим образом. В первоначаль.— ный момент рабочая точка имеет ко= ординаты точки пересечения первого начального отрезка входной вольтамперной характеристики с нагрузочкой прямой. Если напряжение между вы водами базы и эмиттера при этом меньше порога срабатывания первого компаратора (а следовательно, и остальных), то сигналы с выходов компара- 4р торов 2 на дешифратор 9 не подаются, и в соответствии с логикой работы дешифратора сигнал с его первого выхода поступает на управляющий вход первого дополнительного ключа 10. 45

При этом между инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя 12 и его выходом подключае я резистор ll, Выходной ток операционного усилителя 12, усиленный в

Щ р;э, потечет к первому токовому

Р

31 ,входу операцйонного усилителя.7, имею-

° щего коэффициент усиления по току 1, но обладающего высоким выходным сопротивлением — много большим, чем значение сопротивления согласующего резистора 8, определяющего выходное сопРотивление всего устройства. При этом чеРез коллекторный вывод потечет ток, величина которого определяется из соотношения а.10„ — =6

3 0

31

Если при этом напряжение, приложенное между заводами эмиттера и базы, по прежнему не превышает порог срабатывания первого компаратора (a следовательно, н остальных), то процесс установки рабочей точки 3 окон" чится. Если же это нанряжение больше порога срабатывания одного (первого ) или более компараторов, то после срабатывания соответствующих компараторов подключаются резисторы, соответствующие отрезками прямых входной вольтамперной характеристики, генерируют соответствующие ступеньки напряжения управляемого генератора напря! жения, и в соответствии с логикой работы деияфратора 9 подключаются в цепь обратной связи инвертирующего дополнительного операционного усилителя 12 соответствующие дополнитель» .ные масштабные резисторы. 11 до - тех нор, пока рабочая точка не установится. Графически это соответетвует точке .пересечения кусочно-линейной функции с нагрузочной прямой.

После подачи входного сигнала рабочая точка начинает перемещатьая ! по соответствунцеиу отрезку прямой входной вольтампериой характеристики. При этом коэффициент усипения транзистора по току зависит от номе« ра этого отрезка, оставаясь постоянным в пределах этого отрезка. Если амплитуда входного сигнала достаточно велика, то при достижении ее некоторой определенной величины срабатывают соответствующие компараторы и меняется соответственно наклон входной вольтамперной характеристики и величина коэффициента усиления по току.

Предлагаемое изобретение позволяет увеличить точность моделирования транзистора при большом сигнале по сравнению с базовьм обьектом, так как учитывает зависимость коэффициента усиления по току от напряжения баэаэмиттер,имеющего место в реальном транзисторе.

) 088024

l 088024

ВНИИПИ Захаэ 2675/47 Тиэаи 669 Подиисиое фвцциал ППП "Патент", г.Уагород, уаЛроехтиал, 4