Устройство для моделирования тиристора
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТИРИСТОРА, содержащее дифференциальный усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены три блока моделирования р-п-перехода , каждый из которых выполнен в виде источника тока, три блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, три накопительных конденсатора и два блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора , каждый из которых выполнен в виде RCG-сетки, первые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, информационный вход устройства подключен к первому выводу первого накопительного конденсатора, к информационному входу источника тока первого блока моделирования р-п-перехода, а также к входу первого блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, выход которого соединенс первым управляющим входом источника тока первого блока моделирования р-п-перехода , выход которого подключен к второму выводу первого накопительного конденсатора , первому выводу второго накопительного конденсатора, шине нулевого потенциала и выходу источника тока второго блока моделирования р-п-перехода, информационный вход которого является управляющим входом устройства и соединен с вторым выводом второго накопительного конденсатора, входом второго блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, первым выводом третьего накопительного конденсатора, первым входом дифференциального усилителя и входом источника тока третьего блока моделирования р-п-перехода, выход которого является выходом устройства и подключен к второму выводу третьего накопительного конденсатора и ко второму входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом третьего блока вос произведения нелинейности тока экспонен (Л ты, выход которого соединен с первым управляющим входом источника тока третьего блока моделирования р-п-перехода, второй управляющий вход которого соединен с вторым выводом RCG-сетки первого блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, третий вывод RCG-сетки которого соединен с первым управляющим вхоО5 дом источника тока второго блока модели4 рования р-п-перехода и вторым выводом RCG-сетки второго блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, О третий вывод RCG-сетки которого подключен сд к второму управляющему входу источника тока первого блока моделирования р-п-перехода , выход второго блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты соединен с вторым управляющим входом источника тока второго блока моделирования р-п-перехода .
СО10З СОВЕТСКИХ
СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК а
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3689520/24-24 (22) 11.01.84 (46) 30.06.85. Бюл. № 24 (72) В. В. Денисенко и В. П. Попов (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В. Д. Калмыкова (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 664162, кл. G 06 G 7/62, 1977.
Авторское свидетельство СССР № 570072, кл. G 06 G 7/48, 1976 (прототип) . (54) (57) УСТР01"1СТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТИРИСТОРА, содержащее дифференциальный усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены три блока моделирования р-и-перехода, каждый из которых выполнен в виде источника тока, три блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, три накопительных конденсатора и два блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, каждый из которых выполнен в виде RCG-сетки, первые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, информационный вход устройства подключен к первому выводу первого накопительного конденсатора, к информационному входу источника тока первого блока моделирования р-п-перехода, а также к входу первого блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, выход которого соединен с первым управляющим входом источника тока первого блока моделирования р-и-перехода, выход которого подключен к второму выводу первого накопительного конденсатора, первому выводу второго накопительного
ÄÄSUÄÄ 1164765 А
4m G 08 G 7/62 конденсатора, шине нулевого потенциала и выходу источника тока второго блока моделирования р-п-перехода, информационный вход которого является управляющим входом устройства и соединен с вторым выводом второго накопительного конденсатора, входом второго блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, первым выводом третьего накопительного конденсатора, первым входом дифференциального усилителя и входом источника тока третьего блока моделирования р-п-перехода, выход которого является выходом устройства и подключен к второму выводу третьего накопительного конденсатора и ко второму входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом третьего блока вос- Q произведения нелинейности тока экспоненты, выход которого соединен с первым управляющим входом источника тока третьего блока моделирования р-п-перехода, второй управляющий вход которого соединен с вторым выводом RCG-сетки первого блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, третий вывод RCG-сетки которого соединен с первым управляющим входом источника тока второго блока модели- 4 рования р-п-перехода и вторым выводом 4 ь
RCG-сетки второго блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, третий вывод RCG-сетки которого подключен к второму управляющему входу источника тока первого блока моделирования р-и-перехода, выход второго блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты соединен с вторым управляющим входом источника тока второго блока моделирования р-и-пере- р хода.
1164765
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования электронных схем, содержащих тиристоры.
Целью изобретения является повышение точности.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема источника тока.
Устройство содержит блок 1 воспроизведенйя нелинейности типа экспоненты, блок моделирования р-п-перехода, выполненный в виде источника 2 тока, блок 3 моделирования концентрации носителей в базе тиристора, блок моделирования р-п-перехода, выполненный в виде источника 4 тока, блок 5 моделирования концентрации носителей в базе тиристора, блок моделирования р-и-перехода, выполненный в виде источника 6 тока, блок 7 воспроизведения нелинейности типа экспоненты, информационный вход 8 устройства, накопительные конденсаторы 9, 10 и 11, дифференциальный усилитель 12, управляющий вход 13 устройства, блок 14 воспроизведения нелинейности типа экспоненты, выход 15 устройства. Источники 2, 4, 6 тока содержат операционные усилители 16, усилительный транзистор 17, масштабные резисторы 18. Блоки 3, 5 выполнены в виде
RCG-сеток и содержат масштабные резисторы 19 и разделительный конденсатор 20.
Устройство работает следующим образом.
Управляемые источники 2, 4, 6 тока воспроизводят соответственно следующие функциональные зависимости: е = ео(ехр — 1);
1 = 1+ 1оехр пу, Y где еЯ выходное и входное напряжение блоков 1, 7, 14;
Ут — тепловой потенциал; — выходной ток источника тока, управляемого током i и напряжением V;
m = 1...2 в зависимости от типа р-п-переходов тиристора.
Дифференциальный усилитель 12 имеет коэффициент передачи, равный 1, и служит для преобразования дифференциального сигнала между входом 13 и выходом 15 в синфазный сигнал, подаваемый на вход блока 1.
Техническая реализация элементов модели осуществляется известными методами на базе интегральных операционных усилителей.
Принцип действия устройства основан на подобии уравнений, описывающих модель, и уравнений, описывающих процессы в реальном тиристоре. Подобие уравнений реализуется благодаря аналогии между процессами, протекающими в модели, и процессами в реальном приборе. При этом напряжение на выходах блоков 1, 7 и 14 аналогично концентрации носителей заряда на границах базовых областей тиристора, а распределение концентрации в базах тиристора аналогично распределению потенциала в блоках 3 и 5. Токи, создаваемые управляемыми источниками тока модели, аналогичны токам р-и-переходов тиристора, которые создаются диффундирующими в базу неосновными носителями и рекомбинацией в р-п-переходах. Накопление заряда в конденсаторах аналогично накоплению заряда в барьерных емкостях тиристора.
15 Можно показать, что уравнения, описывающие процессы в предложенной модели, подобны уравнениям, описывающим процессы в тиристоре. В частности, если блок 3 или 5 представить одним П-образным зве20 ном, что справедливо в большинстве практически важных случаев, когда время пролета носителей через базу много меньше характерных времен управляющих воздействий, то уравнения предлагаемой модели аналогичны уравнениям математической модели
25 Эберса-Молла для тиристора.
Составляя эти уравнения, получаем следующие соотношения для расчета параметров, элементов предлагаемой модели:
30 Kq R>Ûî % гИоИ //Ко
4g)3 S34 К,Г//К, И//Йг//1 о //, Ri
3g < Rg +R
; СС 3=
35 сС Кг . К вЂ” К //Вг //К, //К
I1o o+ Ra, < z Kt = С т+ - — (ехр — ф1); CgRg//Ro 1з » (,г 40 т у С- + (Сг Cx)Ra //Ro//R // Во Ур X (exp 3 1) 45 С31 Kt = С9+ — — — Х г R.//Ro Isм Ут Х (exp V — 1), где 1з, „сс,1, С/,J — токи насыщения, коэффициенты переноса тока и емкости р-п-пе" реходов между областями i u j тиристора; К1 К вЂ” масштабы моделиро55 вания по току и времени; ео1,е г ео3 — параметры е, блоков 1, 13, 7; 11б4765 Ri>) о Rp>Rr > Ro> R — сопротивления П-образного звена, включенные соответственно параллельно его входу, между входом и выходом и параллельно выходу, для блоков 3 и 5. apus./ -Составитель В. Рыбин Редактор Н. Швыдкая Техред И. Верес Корректор Л. Бескид Заказ 4190/48 Тираж 611 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, - )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 С помощью параметров I возможно ме1О нять долю рекомбинационной компоненты тока р-п-переходов. Указанные параметры модели ЭберсаМолла могут быть измерены по стандартной методике. Практически удобно выбирать К. = 1, К = 10в. При этом временные процессы в модели протекают в 10в раз медленнее, чем в объекте. Благодаря этому становится возможным использовать для наблюдения этих процессов простой низкочастотный осцил20 лограф. По сравнению с прототипом (базовый объект) предлагаемая модель позволяет моделировать не только функцию тиристора как ключа, но и детально воспроизводить все его характеристики, описываемые моделью Эберса-Молла. Применение аналоговой модели тиристора при проектировании электронных устройств, в частности интегральных схем, позволяет получить существенный экономический эффект. Так, аналоговый компьютер, состоящий из 20 аналоговых моделей транзисторов (или 10 аналоговых моделей тиристоров), стоит примерно 4000 р. Затраты на анализ электронной схемы из 20 транзисторов (или 1О тиристоров} с помощью ЦВМ составляют 150 р. при стоимости машинного времени 50 р./ч. Таким образом, в то время как стоимость анализа на ЦВМ сохраняется постоянной, равной 150 р. на схему, стоимость аналогового компьютера полностью окупается после анализа на нем 27 схем.
