Устройство для моделирования барьерной емкости @ - @ - перехода

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИ БАРЬЕРНОЙ ЕМКОСТИ P-N-ПЕРЕХОДА, содержащее пять масштабных резисторов накопительный конденсатор и блок моделирования квадратичной зависимости изменения барьерной емкости, выполненный Б виде полевого транзистора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены операционный усилитель и бло моделирования тока утечки барьерной емкости, выполненный в виде дифферен циального усилителя, выход которого подключен к первым выводам первого, второго и третьего масштабных резисторов , первый вывод устройства соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и с первым вьгеодом накопительного конденсатора, второй вывод которого подключен к выходу операционного усилителя и к истоку полевого транзистора, затвор и сток которого объединены и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора и с инвертирующим входом Операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к второму выводу второго масштабного резистора и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к первому выводу пятого масштабного резистора , второй вывод которого соединен с вторьм выводом третьего масштабного резистора и с инвертирующим входом дифференциального усилителя, второй вывод устройства соединен с шиной нулевого потенциала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зш С 06 С 7/48

ЖЖ,",gRzyp

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3583432/ i 8-24 (22) 22.04.83 (46) 23.07.84. Бюл, N - 27 (72) В.В. Денисенко (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д. Калмыкова (53) 681.333(088.8) (56) 1. Арчаков А.В., Гутенмахер Л.И.

Сб. статей "Аналоговая и аналогоIl цифровая вычислительная техника. М., "Энергия", 1977, вып. 7, с. 21-25.

2. Авторское свидетельство СССР

И 580562, кл. С 06 G 7/48, 1977 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

БАРЬЕРНОЙ ЕМКОСТИ P-N-ПЕРЕХОДА, содержащее пять масштабных резисторов, накопительный конденсатор и блок моделирования квадратичной зависимости изменения барьерной емкости, выполненный в виде полевого транзистора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены операционный усилитель и блок моделирования тока утечки барьерной емкости, выполненный в виде дифферен„Я0„„1104545 A циального усилителя, выход которого подключен к первым выводам первого, второго и третьего масштабных резисторов, первый вывод устройства соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого подключен к выходу операционного усилителя и к истоку полевого транзистора, затвор и сток которого объединены и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора и с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к второму. выводу второго масштабного резистора и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к первому выводу пятого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом третьего масштабного резистора и с инвертирующим входом М®4 дифференциального усилителя, второй вывод устройства соединен с шиной нулевого потенциала.

1104545

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования нелинейных электрических и электронных цепей, в частности интегральных схем, которые содержат нелинейные емкости р-и-переходов.

Известно устройство для моделирования емкости, состоящее из конденсатора постоянной емкости, ключа и вто- 10 рого конденсатора постоянной емкости, который периодически подключается ключом параллельно первому конденсатору, при этом суммарная емкость системы оказывается нелинейной, если скважность подключения нелинейно связана с напряжением на первом конденсаторе, а период следования подключающих импульсов много меньше характерных времен цепи, в которой ис- 20 пользуется данное устройство (11.

Недостатком этого устройства является его низкое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст- 25 ройство для моделирования переменной емкости, состоящее из И параллельно соединенных цепочек, каждая из которых состоит из конденсатора, первая обкладка которого соединена с первым З0 выводом устройства, вторая — с эмиттером транзистора и диодом, второй вывод которого соединен с вторым выводом устройства, коллектором транзистора и резистором, второй вывод которого соединен с базой транзистора и стабилитроном, второй вывод которого подключен к первому выводу устройства P2), 40

B известном устройстве параллельно его зажимам подключен делитель напряжения из резистора и стабилитрона, которые обладают активным сопротивлением, особенно малым при вклю- 45 ченном стабилитроне. Это существенно снижает добротность модели и обуславливает ее утечки на постоянном токе.

Кроме того, принцип действия устройства основан на аппроксимации плав- 50 ной вольт-фарадной характеристики емкости ступенчатой кривой. Это обуславливает наличие погрешности дискре" тизации.

В результате этого точность моде- 55 лирования оказывается низкой.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее пять масштабных резисторов, накопительный конденсатор и блок моделирования квадратичной зависимости изменения барьерной емкости, выполненный в виде полевого транзистора, введены операционный усилитель и блок моделирования тока утечки барьерной емкости, выполненный в виде дифференциального усилителя, выход которого подключен к первым выводам первого, второго и третьего масштабных резисторов, первый вывод устройства соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого подключен к выходу операционного усилителя и к

I истоку полевого транзистора, затвор и сток которого объединены и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора и с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к второму выводу второго масштабного резистора и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к первому выводу пятого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом третьего масштабного резистора и с инвертирующим входом дифференциального усилителя, второй вывод устройства соединен с шиной нулевого потенциала.

На чертеже представлено устройстВо °

Устройство содержит масштабные резисторы 1-5, блок моделирования тока утечки барьерной емкости, выполненный в виде дифференциального усилителя 6, операционный усилитель 7, накопительный конденсатор 8, блок моделирования квадратичной зависимости изменения барьерной емкости, выполненный в виде полевого транзистора 9.

Устройство работает следующим образом.

Если выполняется соотношение

К5

2 4 3 где.индекс сопротивления соответствует номеру масштабного резистора, то, используя методы теории электрических цепей, можно записать сле1104545

Составитель В. Рыбин

Редактор В. Иванова Техред Л,Коцюбняк Корректор В. Синицкая

Заказ 5264/37

Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 дующую зависимость между напряжением U на выходе операционного усилителя 7 и входе устройства

2Ui

U-=U+U+1

2!ОRbU! о где U — пороговое напряжение полевого транзистора 9;

Ь вЂ” удельная крутизна;

R — сопротивление первого резис- 10

1 тора.

Нелинейность в этом выражении обусловлена квадратичной нелинейностью характеристики полевого транзистора в указанном включении. Знак "- под корнем соответствует отрицательному пороговому напряжению, т.е. транзистору со встроенным каналом. Используя полученное выражение, можно записать следующую зависимость входного тока д устройства от напряжения откуда следует, что эквивалентная нелинейная емкость устройства равна

Св Ri bUО

С где По экю — - Р Ц 0 о 2

Такую же нелинейность имеет барьер о ная емкость р-п-перехода.

Утечки предлагаемой модели емкости составляют единицы наноампер и определяются входным током дифференциального усилителя 6 (например, типа 140УД8) .

В известном устройстве соответствующие утечки н лучшем случае равны десяткам микроампер и определяются током базы биполярного транзистора и стабилитрона. Таким образом, выигрыш в токах утечки составляет не менее

60 дБ. Добротность предлагаемого устройства определяется потерями в накопительном конденсаторе 8 и выходным сопротивлением операционного усилителя 7 с обратной связью, которое составляет десятые и сотые доли ома. Добротность известного устройства определяется сопротивлением открытого биполярного транзистора и резистора со стабилитроном, которые в сумме, в пересчете в эквивалентное сопротивление, включенное последовательно с конденсатором, дают около

1000 м. При этом отношение добротностей равно отношению сопротивлений, т.е. выигрыш в добротности составляет также около 60 дБ.

По сравнению с базовым объектом, за который можно принять выпускаемый промышленностью варикап с такой же вольт-фарадной характеристикой, как и предлагаемая модель, рассматриваемое устройство позволяет регулировать параметры нелинейной характеристики, что невозможно осуществить у варикапа.

Зкономический эффект от использования предлагаемой модели в сильной степени зависит от того, в каком именно устройстве и с какой целью она используется и поэтому такую оценку получить практически невозможно.