Устройство для моделирования электрических цепей
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, содержащее модели вентилей и матрицу г. п моделирующих резисторов, одни выводы моделирующих резисторов, образующих строки матрицы, подключвнны через соответствующие уравновёщивающие усилители к другим выводам моделирующих резисторов, образующих столбцы матрицы , и через соответствующие токозадающие резисторы к соответствующим источникам напряжения, каждая модель вентилясостоит из масштабирующих резисторов , инверторов и операционного усилителя и подключена прямым и инверсным входами соответственно к . ii-му и -ому. столбцам матрицы, -я .и j -я строки которой соединены с. инверсным и прямым выходами /2 модели вентиля, в каждой модели вентиля прямой вход модели подключен через первый масштабирукдций резистор к входу операционного усилителя модели вентиля, выход которого соединен через второй масштабирующий резистор с прямым выходом модели вентиля и через последовательно соединенные первый инвертор и третий масштабирующий резистор с инверсным выходом модели вентиля, инверсный вход каждой модели вентиля подключен через последовательно соединенные второй инвертор и четвертый масштабирующий резистор к входу операционного усилителя модели вентиля, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введен распределитель управляннцих (Л импульсов, а в каждую модель вентиjm введены два компаратора, знакосогласующие диоды, рлементы И, И-НЕ и НЕ и ключ, информационный вход которого подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с выходом ключа и через последовательно соединенные первый компаОд ратор и элемент НЕ с первым.выходом со со элемента И, выход которого подключен к управляющему входу ключа, прямой и 4 инверсный входы каждой модели вентиля соединены соответствующие знакосогласукщие диоды с входами второго компаратора , выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, второй вход элемента И-НЕ подключен к соответствующему выходу .распределителя управляющих импульсов.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
w(ss> С Об G 7/62
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
l10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3691247/24-24 (22) 16 .Ol . 84 (46) 23.06.85. Бюл. Р 23 (72) В . С. Блинцов (71) Николаевский ордена Трудового
Красного Знамени кораблестроительный институт им. адм. С. О. Макарова (53) 681. 333 (088. 8) (56) Колчев Е. В. и др, Моделирование тирис торных электроприводов. Киев, "Техника", 1980, с. 6, рис. 1.
Авторское свидетельство СССР
У.1003114, кл. G 06 G 7/62,,1983. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, содержащее модели вентилей и матрицу ll д моделирующих резисторов, одни выводы моделирующих резисторов, образующих. строки матрицы, подключенны через соответствующие уравновешивающие усилители к другим выводам моделирующих резисторов, образующих столбцы матрицы, и через соответствующие токозадающие резисторы к соответствующим источникам напряжения, каждая модель вентиля состоит из масштабирующих резисторов, инверторов и операционного усилителя и подключена прямым и инверсным входами соответственно к . !
1 -му и -ому столбцам матривь1, q --я и 1 -я строки которой соединены с инверсным и прямым выходами 1/2 модели вентиля, в каждой модели вентиля прямой вход модели подключен через первый масштабирующий резистор
„„Я0„„1163341 А к входу операционного усилителя модели вентиля, выход которого соединен через второй масштабирующий резистор с прямым выходом модели вентиля и через последовательно соединенные первый инвертор и третий масштабирующий резистор с инверсным выходом модели вентиля, инверсный вход каждой модели вентиля подключен через последовательно соединенные второй инвертор и четвертый масштабирующий резистор к входу операционного усилителя модели вентиля, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в Heão Я введен распределитель управляющих импульсов, а в каждую модель вентию введены два компаратора, знакосогласующие диоды, элементы И, И-НЕ С и НЕ и ключ, информационный вход которого подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с выходом ключа и через после- «® довательно соединенные первый компа- « ® ратор и элемент НЕ с первым. выходом фЪ элемента И., выход которого подключен фф к управляющему входу ключа, прямой и фф инверсный входы каждой модели вентиля «ф» соединены через соответствующие знако- «еы согласующие диоды с входамивторого компаратора,выход которого подключен кпервому входу элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, второй вход элемента И-НЕ подключен к соответствующему выходу распределителя управляющих импульсов.
1163341
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании электрических цепей с полупроводниковыми элементами. 5
Цель изобретения " повышение точности моделирования и расширение класса решаемых задач путем обеспечения возможности моделирования цепей с управляемыми вентилями. $0
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 — схема логического блока модели вентиля; на фиг. 3 — возможная реализация распределителя управляю- 15 щих импульсов..
Устройство содержит матрицу 1, источники 2 напряжения, блок 3 уравновешивающих усилителей, блок 4 моделей вентилей, распределитель 5 управляю- >0 щих импупьсов. Каждая модель вентиля имеет операционный усилитель 6, второй
7 и первый 8 инверторы, масштабирующие резисторы 9 — 12, ключ 13, логический блок 14,прямой 15 и инверсный
16 входы, инверсный 17 и прямой 18 выходы. В логический блок 14 (фиг. 2) объединены второй компаратор 19, знакосогласующие диоды 20 и 21, элемент И-НЕ 22, первый компаратор 23, 30 элемент НЕ 24 и элемент И 25 .
Распределитель 5 (фиг. 3) содержит генератор 26 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 27, конденса,тор 28, резистор 29 и диод 30, Матри ца 1 включает моделирующие резисторы
31 и токозадающие резисторы 32.
Матрица 1 моделирующих резисторов совместно с источником 2 напряжения, уравновешивающими усилителями 3 моде-д0 лирует электрическуюцепь безвентилей в соответствии с уравнением, составленным по методу узловых потенциалов
AV=- аоЕ 1 где А — матрица собственных и 4$ взаимных проводимостей ,ветвей; — матрица-столбец узловых потенциалов цепи; ао — диагональная матрица прово- 0 димостей ветвей, содержащих источники 2;
Š— матрица-столбец источников
Операционный усилитель 6 служит для вычисления аналоговой модели тока i0 через вентиль в прямом направленин по методу неявных функций в соответствии с уравнением
1 1
i = — ai(— — — q — — — - ), (2)
8 !Ф Ri1 К„1 где. J0 — коэффициент усиления операционного усилителя в режиме работы без местной обратной связи;
Ч вЂ” аналоговые модели потенциа1() лов в i -м и j -м узлах цепи, к которым подключен вентиль .
Резисторы 9 и 1 0 являются со гласующими и служат для подачи соотв етс тв енно прямого и обратного значений аналоговой модели тока вентиля на потенциально нулевые (входные ) точки соответствующих усилител ей блока 3 . Резисторы 1 1 и 1 2 являются масшт абирующими и в соответствии с уравнением (2 ) определяют коэффициен ты передачи операционного усилителя 6 по потенциалам (p и Ц . В част1 ном случае, при равенстве масштабов по этим потенциалам выполняется соотношение R R
Ключ 13 служит для моделирования полупроводящих свойств моделируемого вентиля. Замкнутое состояние ключа, при котором выходной сигнал У операционного усилителя 6 равен ну,йю при любых значениях напряжений на его входе, соответствует моделированию запертого состояния вентиля.
Разомкнутое состояниеключа соответствет моделированию проводящего (открытого) состояния вентиля. Логический блок 14 реализует следующую логическую зависимость:
У=У- P 1, (3 где у — сигнал управления ключом 13, истинное значение у=1 означает замыкание ключа 13, что соответствует моделированию запертого состояния вентиля, значение У=О соответствует моделированию проводящего (открытого) состояния вентиля 1
У вЂ” логическая переменная, истинное значение которой соответствует наличию управ=-. ляющего импульса с соответствующего выхода распределителя 5;
У вЂ” одноместный предикат, истинное значение которого соответствует наличию открывающей разности напряжений между
1163341 анодом и катодом моделируемого вентиля;
I — одноместный предикат, истинное значение которого соответствует наличию тока через вентиль в прямом направлении.
Компаратор 19 служит для формирования предиката Ф, компаратор 23 для формирования предиката 1, логические элементы 22, 24 и 25 реали- 10 зуют зависимость типа (3 1 для каждой модели вентиля с учетом импульсов управления У, поступающих из распределителя 5, в котором на первый вход компаратора 27 подключены выха- 15. ды генератора 26, а на второй вход подается отрицательное напряжение, соответствующее углу о(управления вентилем.
Активно емкостная цепочка эле- 2О ментов 28 и 29 служит для формирования импульсов отрицательной полярности с открытым передним фронтом в моменты времени, соответствующие появление отрицательного напряжения 25 на выходе компаратора 27. Ток заряда конденсатора 1 О при этом создает отрицательное относительно общей точки схемы падение иапряжения на резисторе 29, которое и является ЗО выходом схемы. Диод 30 срезает положительные импульсы тока разряда конденсатора 28.
Устройство работает следующим образом.
При отсутствии сигналов управления на выходах распределителя 5, т.е. при (U ) o U<, матрица 1 совместно с источниками 2 и уравновешиваю- щ щими усилителями 3 моделирует элек-, трическую цепь в соответствии с уравнением (1) для случая, когда все вентили не проводят ток. При этом на выходах уравновешивающих усилите- 5 лей 3, а следовательно, и на входах операционных усилителей 6 отрабатываются потенциалы соответствующих узлов Щ, однако в силу зависимости (3) при Y=O и при 1=0 переменные 5О на выходах логических блоков 14 у=1, следовательно, ключи 13 в цепях об" ратных связей операционных усилителей замкнуты и токи вентилей строго равны нулю, так как сопротивление ключа в замкнутом состоянии равно нулю. При задании в распределители 5 некоторого значения угла управления о(для какого-либо вентиля на вход элемента И-НЕ 22 приходит импульс управления Y отрицательной полярности, который при наличии усло вий открывания данного вентиля по напряжению (наличие отрицательного уровня напряжения на выходе компаратора 19, соответствущего истинному значению предиката т =1) вызывает появление нулевого уровня напряжения на выходе элемента И-HE 22, Независимо от значения сигнала компаратора 23 переменная у на выходе элемента И 25 принимает нулевое значение, что приводит к размыканию ключа 13 в обратной связи операционного усилителя 6. На его выходе появляется инверсное значение тока через вентиль is которое поступает в модель электрической цепи через согласующие резисторы 9 и 10 и на вход компаратора 23 модели вентиля.
Ток ie при этом вычисляется операци-онным усилителем 6 строго в соответствии с зависимостью (2), так как сопротивление ключа 13 в разомкнутом состоянии равно бесконечно.сти. Наличие тока i в модели электрической цепи приводит к,изменению ее узловых потенциалов 1, связанному с переходом вентиля в приводящее состояние. Наличие инверсного значения тока х на входе компаратора 23 приводит к появлению на его выходе отрицательного уровня напряжения, соответствующего предикату Т=l. На выходе элемента НЕ 24 появляется нулевой сигнал, обеспечивающий разомкнутое состояние ключа 13 даже при нулевых значениях Y и т до тех пор, пока ток через вентиль i не спадает до нуля. После исчезновения тока i логический блок готов к следующему циклу моделирования вентиля.
1163341
Фмз.2 Фи@Я
Составитель А.. Яицков
Редактор С. Саенко Техред Т.Маточка Корректор,М, демчик
g8
Elj
Заказ 4105/49 Тирак 710 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий
113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с
