Устройство для моделирования транзистора
УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНЗИСТОРА, содержадее дифференциальный усилитель, первый и второй накопительные конденсаторы, первые выводы которых;соединены и являются базовым выводом устройства, эмиттерный и коллекторные выводы которого соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго накопительных конденсаторов, первый блок моделирования коэффициента передачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источника тока, и блок моделирования переноса неосновных носителей в базе, выполненный в виде RCG-сетки, о т ли чающее с я тем, что, с целью повьшения точности в него введены два блока формирования экспоненты и второй блок моделирования коэффициента передачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источника тока, выход которого соединен с коллекторным вьшодом устройства и с первым входом дифференциального усилителя, выход которого через первый блок формирования экспоненты соединен с первым управляющим входом управляемого источника тока второго блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора, второй управлякиций вход которого подключен к первому выводу RCG-сетки, выход управляемого источника тока первого блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора соединен с базовым выводом устройства, с вторым входом дифференциального усилителя и через второй блок формирования экспоненты подключен к второму выводу RCG-сетки, третий вывод которой соединен с первым управляю1цим входом управляемого источника тока первого блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора, второй О управляющий вход которого подключен К1 к шине нулевого потенциала, которая соединена с эмиттерным выводом устND ройства.
(!9) (й!) СООЭ СОВЕТСКИХ
IWMC
РЕСПУБЛИН (51)4 С 06 С 7/62
I ф ф Г c> < w cr ф р
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPGHCNNV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
13, . J3 ИВЮ1(ОПжа (21) 3699442/24-24 (22) 10.02.84 (46) 30.07.85. Вюл. Ф 28 (72) В.В.Денисенко (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (53) 681 333 (088.8) (56) Патент США В 3471786, кл. G Об С 7/62, 1969.
Авторское свидетельство СССР
В 900297, кл. С 06 С 7/62, 1982.. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВА-НИЯ ТРАНЗИСТОРА, содержащее дифференциальный усилитель, первый и второй накопительные конденсаторы, первые выводы которых соединены и являются базовым выводом устройства, эмиттерный и коллекторные выводы которого соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго накопительных конденсаторов, первый блок моделирования коэффициента передачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источника тока, и блок моделирования переноса неосновных носителей в базе, выполненный в виде RCG-сетки, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два блока формирования экспоненты и второй блок моделирования коэффициента передачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источ:ника тока, выход которого соединен с коллекторным выводом устройства и с первьм входом дифференциального усилителя, выход которого через первый блок формирования экспоненты соединен с первым управляющим входом управляемого источника тока второго блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора, второй управляющий вход которого подключен к первому выводу RCG-сетки, выход управляемого источника тока первого блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора соединен с базовым выводом устройства, с вторьвч входом дифференциального усилителя и через второй блок формирования экспоненты подключен к второму выводу RCG-сетки, третий вывод которой соединен с первым управляющим входом управляемого источника тока первого блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора, второй управляющий вход которого подключен к шине нулевого потенциала, которая соединена с эмиттерным выводом устройства.
1170472
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования электронных цепей с биполярными транзисторами. 5
Цель изобретения — повышение точности моделирования транзистора в схеме с общим эмиттером.
Повышение точности модели в схеме с общим эмиттером достигается благодаря тому, что ток базы модели образуется не как разность двух примерно равных токов, a âîñïðoèçâîäèò" ся непосредственно источником тока.
На фиг. 1 изображена блок-схема 15 устройства; на фиг. 2 - блок 7, вариант; на фиг. 3 — блок 8, вариант; на фиг. 4 — вариант выполнения блоков 7 и 8.
Устройство содержит накопитель- 20 ные конденсатеры 1 и 2, базовый вывод устройства 3, эмиттерный вывод устройства 4, коллекторный вывод устройства 5, блок 6 формирования экспоненты, блок 7. моделирования пе- 25 реноса неосновных носителей в базе, блок 8 моделирования коэффициента передачи тока, выполненный в виде управляемого источника тока, дифференциальный усилитель 9, блок 10 фор3в мирования экспоненты, блок 11 моделирования коэффициента передачи тока, выполненный в виде управляемого источника тока. Блок 7 выполнен в виде
RCG-сетки и содержит масштабные резисторы 12-14 и разделительный конденсатор 15. Блок 7 (фиг.2) содержит масштабный резистор 16, раздели- . тельный конденсатор 17, масштабный резистор 18, разделительный конден- gp сатор 19 и масштабный резистор 20.
Устройство работает следующим образом.
Блок 7 моделирует перенос неоснов-. ных носителей в базе транзистора блоки 6 и 10 служат для задания граничных условий на блок 7, блок 8 задает в базовый вывод модели ток, равный току, протекающему через конденсатор 15 резистора 14 блока 7. 50
Этот ток соответствует току рекомбинации в базе моделируемого транзистора. Блок 11 задает в коллекторный вывод модели ток, равный току через резистор 13 блока 7 и соответ- 55 ствующий току неосновнык носителей на коллекторной границе базы транзистора. Конденсаторы 1 и 2 моделируют барьерные емкости транзистоуе °
Блоки 6 и 10 воспроизводят следующую зависимость
Ч
E.--Е ехр — -( где Е, V — выходное и входное напряЛ жения, ср„ - тепловой потенциал °
У
Š— некоторая константа.
Управляемые источники 8 и 11 тока являются повторителями тока, дифференциальный усилитель 9 имеет единичный коэффициент передачи и служит для преобразования дифференциального напряжения на конденсаторе 2 в синфазное напряжение, подаваемое на вход блока 10.
Соотношения для расчета параметров элементов модели можно получить на основании теории подобия, сопоставляя уравнения, описывающие процессы в транзисторе, и его модели.
Рассматривают сначала квазистатический режим транзистора, когда блок ? может быть представлен П-образным звеном (фиг.2). Методами теории электрических цепей можно составить следующую систему уравнений, описывающих процессы в модели: .м м Чэ1 . 4 .ма%, <" ° 1 (ехр--1 -в 1 „(ехр —.„- -, е э э яэ (,, " чт ) . в и ° ("э ю ("к 1 .м" Ч
- с 1 (ехр — -«1 t! (ехо — 4+ О„° „1 где обозначено м оь м о о, м "(e " 18, lie l1 щ " В о08 ia " щ лМ М м в 1 " о м м < есм зэ хэ
;с,=с, + ехр —,„, и 8 cf> ч лм тм м м "мг к "к „м
C„= G . i ехр —; =С,,йщИй ь р, ж Км 1 э де Е, Ео„о — параметры Ео блоков 6и10; — сопротивление резисторов 16, 18 и 20 соответственм м но (фиг.2);
С,,С,С,,С, — емкости конденсаторов 1, 2 и 17 и 19 соответствен1 но, .м
- ток эмиттера и коллектора модели
1170472
"э "к — напряжения между эмиттером и базой, и коллектором и базой модели, м
М, r — нормальный и ин- $ версный коэффициенты передачи тока модели.
Математически записанная система уравнений (1) подобна системе урав- ® нений Эберса-Молла. Сопоставляя уравнения (1), описывающие модели транзистора, с уравнениями Эберса-Молла, описывающими объект моделирования, I получаем следующие соотношения между 15 параметрами модели и объекта:
См=Кд К С ™ " у (3) м где под I и 1 подразумеваются все 20 параметры модели и объекта, имеющие размерность тока; под С и С, и и — все. параня метры модели и объекта, имеющие pasмерность емкости и времени соответ- 25 ственно;
К> К - масштабы по току и времени.
Таким образом, зная параметры модели Эберса-Молла: токи насыщения Зб
I Т„, коэффициенты передачи тока сс<,сс, барьерные емкости р-и-переходов 01, С в постоянные времени ,л с помощью масштабных соотношений (3) можно перейти к парамет- З5 рам (2), входящим в уравнение (1) ° и на основании (2) определить параметры элементов предлагаемой мЬдели.
Предлагаемая модель транзистора имеет замедленные в К раз по сравне-4р нию с моделируемым транзистором динамические характеристики. Величина
К выбирается, исходя из удобства исследования модели в миллисекундном диапазоне и обычно равна 10 -1О
5 9
В более общем случае цри моделировании неквазистатического режима транзистора необходимо использовать . не менее 6, 12 блоков 7. При этом параметры элементов этих блоков опре«
4 деляются методами оптимизации, под.бором величин ее элементов до совпадения характеристик модели и объекта с заданной точностью.
Уравнения (1) записаны для случая, когда источники 8 и 11 тока являются повторителями тока. В более общем случае их передаточная характеристика
-может быть нелинейной. Это позволяет учесть токовую зависимость коэффициентов передачи тока транзистора.
Экспоненциальные усилители и управляемые источники, используемые в модели, могут быть реализованы известными методами на базе интегральных операционных усилителей. Один из вариантов реализации источников 8 и 11 тока, Управляемых током, представлен на фиг. 3.
Динамический диапазон модели можно расширить, если источник 8 тока
Выполнить состоящим из двух источни» ков (81 и 8 на фиг.4), один из которых (например, на фиг.3) управляется током, протекающим по проводимостям блока 7 а второй выполнен с использованием емкостных связей и управляется током, протекающим через емкости блока 7 (фиг.4). Расширение динамического диапазона.достигается эа счет того, что источники
8 и 8 тока имеют разные шкалы токов (разные верхние границы динамического диапазона по току), соответствующие разным максимальным токам, протекающим через емкости и через проводимости блока 7.
В предлагаемой моделй ток базы воспроизводится источником 8 тока, а не образуется в виде малой разности двух больших токов, как у прототипа (базовый объект). Поэтому погрешность моделирования тока базы равна погрешности источника 8 тока, управляемого током, и сравнима с погрешностью воспроизведения тока коллектора (или эмиттера) у прототипа. Таким образом, при включении транзистора в схему с общим эмиттером точность повьппается в 2 раза.
1170472
1176472
Составитель В.Рыбин
Техред Л.Иикещ Корректор С.йекмар
Редактор Е.Копча
Филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул. Проектная, 4
Зазсаз 4796/47 Тирам 710 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5
