Устройство для моделирования транзистора

 

Изобретение относится к области аналогового моделирования и предназначено для моделированияэлектронных цепей с биполярными транзисторами , например интегральных схем..Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования транзисторов с незаземленным выводом эмиттера. Цель достигается введением в устройство дифференциального усилителя и двух управляемых источников тока. Устройство позволяет моделировать транзисторы в любой схеме включения, в том числе при незаземленном выводе эмиттера. 2 ил.

1388911

Изобретение относится к аналоговому моделированию и предназначено для моделирования электронных цепей с би-. полярными транзисторами, например интегральных схем.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства за счет моделирования транзисторов с не-. заземленным выводом эмиттера. 10

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства, на фиг. 2 — схема RCG-сетки.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 блоки моделирования барьер. ных емкостей транзистора, выполнен.-. ные в виде накопительного конденсатора, базовый 3, эмиттерный 4 и коллекторный 5 выводы устройства, блок 6 моделирования переноса неосновных носителей в базе транзистора, выполненный в виде RCG-сетки, четвертый управляемый источник 7 тока, первый экспоненциальный усилитель З,первый управляемый источник 9 тока, второй 25 экспоненциальный усилитель 10, первый дифференциальный усипитель 11, второй управляемый источник 12 тока,второй дифференциальный усилитель 13 и третий управляемый источник 14 тока.

RCG-сетка включает резисторы 15-17 и конденсаторы 18 и 19.

Устройство работает следующим образом.

Блок 6 моделирует перенос неосновных носителей в базе транзистора,уси- 35 лители 8 и 10 служат для задания граничных условий на блок 6, источник 12 задает в базовый вывод модели ток, равный току, вытекающему через третий вывод RCG-сетки. Последний аналогичен току рекомбинации неосновных носителей в базе транзисто. ра и току накопления неосновных носителей. Источник 9 задает в коллекторный вывод модели ток, равный току неосновных носителей, протекающему через коллекторный р-и-переход. Источники 14 и 7 задают в эмиттерный вывод модели ток, .равный сумме токов, протекающих через коллекторный переход и базовый вывод модели.Конденсаторы 1 и 2 моделируют барьерные емкости транзистора. Дифференциальные усилители 11 и 13 служат для преобразования дифференциальных напряжений на барьерных емкостях конденсаторов

1 и 2, которые пропорциональны напряжениям на р — п-переходах транзистора, в синфаэные напряжения, подаваемые на входы экспоненциальных усилителей 10 и 8.

Блоки 8 и 10 воспроизводят следующую зависимость:

E=E (ехр — -1) V

o < т где Е, Ч вЂ” выходное и входное напряжения экспоненциальных усилителей с, - тепловой потенциал, Е, - некоторая константа.

Управляемые источники 9, 12, 14 и

7 тока являются повторителями тока, дифференциальные усилители 11 и 13 имеют единичный коэффициент передачи напряжения.

Соотношения для расчета параметров модели можно получить на основании теории подобия, сопоставляя уравнения, описывающие процессы в транзисторе и его модели. Рассматривают сначала квазистатический режим, когда

RCG-сетка может быть представлена

П-образным звеном (фиг. 2). Методами теории электрических цепей можно составить следующую систему уравнений, описывающих процессы в модели:

Ч ) м ЙЧЭ

Чт э dt

iý Iâú (exp 1) a,IIь„(exp ,м м . Чэ м

E e E ohio " R» R« э где лм м м»R« f «. C C + к ехр

If Я м м С и 1%э Чэ э 1 Чт (2) . N kl м м <»1 Ig» V» JA пм я

С С + — exp — cxи C "all R„ .

»» ц Чт

- ес I (ехр — - 1)+I (ехр - 1)+C» р м м Чэ .м Ч» м dv».

ЬЭ CP » Чт <

1388911 где Еов ь!о — параметры Е,. усилителей 8 и 10

R, R,ю, Rfg — сопротивления резисторов 17, 15 и

16 соответственно (фиг. 2)

С,, С,С,,С, — емкости конденсаторов 1, 2, 19 и 18 соответственно

° м х„ — ток эмиттера и коллектора модели, V» ׄ— напряжения между эмиттером и базой и коллектором и базой модели

М М е „,М, — нормальный и инверсный коэффициенты передачи тока модели.

Математически записанная система 20 уравнений подобйа системе уравнений

Эберса-Молла. Сопоставляя уравнения (1), описывающие предлагаемое устройство, с уравнениями Эберса-Молла, .описывающими объект моделирования, 25 получают следующие соотношения между параметрами модели и объекта:

I Ê,I, С"=К,К,С, " = KF (3) м где под I u I подразумевают все параметры модели и объекта, имеющие размерМ ность тока

Э под С и С, c" и .Г подразумевают все параметры, имеющие размерность емкости и времени соответственно, К,, К вЂ” масштабы цо току и времени.

Таким образом, зная параметры модели Эберса-Молла, токи насыщения

I, I „, коэффициенты передачи тока c g 04,, барьерные eMKocTH p n-ae 45 реходов С,, С и постоянные .времени

<;,„° с6„, с помощью масштабных соотношений (3) можно перейти к параметрам (2), входящим в уравнение (1) и на основании (2) определить параметры элементов данной модели.

Предлагаемое устройство для моделирования транзистора имеет замедленные в К+ раз по сравнению с моделируемым транзистором динамические характеристики. Величину К выбирают исходя из удобства исследования модели в миллисекундном диапазоне,обычно она равна 10 -10

В более общем случае при моделировании неквазистатического режима транзистора необходимо использовать не менее 6-12 секций блока 6, пока занных на фиг.2. При этом параметры элементов этих блоков -определяют методами оптимизации, подбором величин параметров до совпадения характеристик модели и объекта с заданной точностью.

Уравнения .(1) записаны для случая, когда источники тока, управляемые током, являются повторителями тока. В более общем случае их передаточная характеристика может быть нелинейной.

Это позволяет учесть токовую зависимость коэффициентов передачи тока транзистора.

Формула изобретения

Устройство для моделирования транзистора, содержащее первый и второй блоки моделирования барьерных емкостей транзистора, каждый из которых выполнен в виде накопительного конденсатора, .первые выводы конденсаторов первого и второго блоков моделирования барьерных емкостей транзисторов соединены и являются базовым выводом устройства, эмиттерный и кол -. лекторный выводы которого соединены с вторыми выводами конденсаторов соответственно первого и второго блоков моделирования барьерных .емкостей транзистора, блок моделирования переноса неосновных носителей в базе транзистора, выполненный в виде П-об разной RCG-сетки, к первому выводу которой подключен выход первого экспоненциального усилителя, выход первого управляемого источника тока и первый вход первого дифференциального усилителя соединены с коллекторным выводом устройства, базовый вывод которого подключен к выходу второго управляемого источника тока и к второму входу первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с.входом второго экспоненциального усилителя, выход которого подключен к управляющему входу первого управляемо-. го источника тока, вход второго управляемого источника тока соединен с шиной нулевого потенциала, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования транзисто1388911

ВНИИПИ Заказ 1583/52 Тираж 704

Подписное.

Произв.,-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ров с незаземленным выводом эмиттера, в него введены второй дифференциальный усилитель, третий,и четвертый управляемые источники тока, причем выход второго дифференциального уси5 лителя соединен с входом первого экспоненциального усилителя, первый вход второго дифференциального усилителя соединен с базовым выводом устройства, второй вход второго дифференциального усилителя подключен к эмиттерному выводу устройства и к выхо6 дам третьего и четвертого управляемых источников тока, первый вход третьего и управляющий вход второго управляемого источника тока соединены, управляющий вход третьего управляемого источника тока подключен к второму выходу RCG-сетки, третий вывод которой соединен с управляющим входом четвертого управляемого источника тока, вход которого подключен к входу первого управляемого источника тока.