Устройство для моделирования полупроводникового элемента с односторонней проводимостью

 

О IH". È„,6 - :,А:",": И E

ИЗОБРЕТЕКИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик оц690508 (61) Дополнительное к авт. свид-еу— (22} Заявлено Ol.06.77 (213 2490408/18-24 с присоединением заявки М— (23) Приормтет—

Опубликовано 05л 0.79 бюллетень Мо 37

Дата опубликования описания 081079 (51)И. Кл.

G G 7/62

Государственный ком нтет

СССР но делам иэобретеннй н открытнй (53) УДК 68l 333 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.П. Климов и Э.A. Чварков (71) Заявитель московский ордена ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВЙНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО

ЭЛЕМЕНТА С ОДНОСТОРОННЕЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ

Изобретение относится к области вычислительной и преобразовательной техники, является необходимым элементом при исследовании и проектиро вании преобразователей на полупроводниковых диодах с использованием аналоговых вычислительных машин, Известно устройство для моделирования идеального диода, содержащее операционный усилитель, в цепи обратной связи которого включен диод (1). Такая модель не учитывает инерционных св ойств полупров одник osoro диода,. хотя и отличается простотой.

Наиболее близкое по технической сущности к изобретению известное устройство для моделирования полупроводниковых- элементов, моделирующее процесс восстановления его запирающих свойств и содержащее первый интегратор, первый сумматор, реле, два ключа управления и реле самоблокировки (2).

Известное устройство не учитывает. процесс установления прямого сопротивления реального диода и обладает недостаточной точностью. 30

Цель изобретения — повышение точности моделирования эа счет учета инерционных свойств полупроводникового элемента с одйосторонней проводимостью.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство содержит интеграторы, развязывающие диоды, источник опорного напряжения, инверторы, операционные усилители и сумматоры, причем входы первого сумматора пддключены к выходам второго и третьего сумматоров соответственно, входы которых через первый и второй инверторы соединены с выходами первого и второго операционных усилителей соответственно, входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, выходы операционных усилителей соединены с входами первого и второго интеграторов соответственно, выходы которых подключены к входам первого и второго инверторов соответственно, выходы которых соединены с входами первого и второго операционных усилителей, выходы интеграторов подключены к входам второго и третьего сумматоров соответственно, выход первого операционного усилителя соединен с анодом первого раз690508 о р -" „+С (ogp- г) где U<0

О сеР напряжение на диодеу

dt (t„ l0 ъ

osp от

4 д14

063

l поест у

os где U>0

Unp

"пР 1 вязывающего диода, катод которого подключен к входу первого операционного усилителя, выход второго операционного усилителя соединен с катодом второго разнязывающего.диода, анод которого подключен к входу операционного усилителя, выход первого сумматора является выходом устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит операционные усилители 1 и 2 с раэвязывающими диодами 3 и 4 в цепи обратной связи, интеграторы 5 и 6, инверторы 7-10, суьматоры 11 и 12, которые образуют дна канала моделирования, сумматор 13 и источник 14 опорного напряжения.

При этом один вход сумматора 11 канала, моделирующего процесс установления прямого сопротивления реального диода, подключен к выходу интегратора 5, а другой вход этого сумматора через инвертор 8 к выходу операционного усилителя 1 с развязынающим диодом 3 в цепи обратной связи, к выходу интегратора 5 подключен также иннертор 7, выход которого включен на один иэ входов операционного усилителя 1 с разнязывающим диодом 3 в цепи обратной связи.

Один вход сумматора 12 канала, моделирующего процесс восстановления обратного сопротивления реального диода, подключен к выходу интегратора б, а другой вход этого сумматора через инвертор 10 — к выходу опера- З5 ционного усилителя 2 с разнязывающим диодом 4 в цепи обратной снязи, к выходу интегратора б подключен также инвертор 9, выход которого включен на один из входов операционного усилителя 2 с раэвяэынающим диодом 4 в цепи обратной связи.

Выходы сумматоров 11 и 12 подключены на вход сумматора 13, выход которого служит выходом устройства.. 45

Первый канал устройства для моделирования используется для решения уравнений, описывающих процесс установления прямого сопротивления реаль-, ного диода (режим включения диода).

ПР (() (, — " -+ Ь (Ъ)

60 — напряжение на диоде;— установившееся зна.чение соПротивления диода в прямом направлении; 6S

Опрвок " р т=

I — расчетное сопротивление, учитывающее время установления прямого сопротивления диода; (. < C г — расчетная индуктивъст ность, учитывающая время. установ ления прямого сопротивления диода) С„ — постоянная времени установления прямого сопротивления диода;

0„р „„о„и U максимальное и установившееся значения прямого напряжения на диоде при скачкообразном изменении прямого тока.

При этом операционный усилитель 1 с диодом 3 в цепи обратной связи, интегратор 5 и инвертор 7 используются для решения уравнения (1).

Операционный усилитель 1 с диодом 3 в цепи обратной связи и инвертор 8 обеспечивают решение уравнения (2).

Сумматор 11 используется для решения уравнения (3).

Второй канал устройства для моделирования используется для решения уравнений, описывающих процесс восстановления обратного сопротивления реального диода (режим выключения диода) установ ившееся зна.— чение сопротивления диода в обратном на-, пра влен ии ; т расчетное сопротивление, учитывающее время восстановления обратного сопротивления диода; расчетная емкость, учитывающая время восстановления обратного сопротивления диода.

690508

I р „й Т - максимальное и установившееся значения обратного тока диода при скачкообразном изменении обратного напряжения.

При этом операционный усилитель 2, с диодом 4 s цепи обратной связи, интегратор 6 и инвертор 9 используются для решения уравнения (4) ° Операционный усилитель 2 с диодом в цепи обратной связи 4 и интегратор б обеспечивают решение уравнения (5).

Сумматор 12 используется для решения уравнения (6).

Сумматор 13, включенный на выходе устройства для моделирования, формирует ток реального диода

i np при () ъ 0

1 при U (0 с учетом процессов установления прямого сопротивления и восстановления обратного сопротивления.

Использование предлагаемого устройства повыщает точность и надежность моделирования сложных электрических цепей преобразовательной техники с вентильными элементами, так как в предлагаемом устройстве учиты-. ваются процессы установления прямого

Ъ сбпротивления и восстановления об .ратного сопротивления реального полупроводникового диода.

Формула изобретения — постоянная времени восстановления обратного сопротивления диОда1

Устройство для моделирования по:лупроводникового элемента с односторонней проводимостью, содержащее riepвый интегратор и первый сумматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования за счет учета инерционных свойств полупроводникового элемента с односторонней проводимостью, оно содержит интеграторы, развяэывающие диоды, источник опорного напряжения, инверторы, операционные усилители и сумматоры, причем входы первого сумматора подключены к выходам второ-» го и третьего сумматоров соответственно, входы которых через первый и второй инверторы соединенц с выходами первого и второго операционных усилителей соответственно, входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, выходы операционных усилителей соединены с входами первого и второго интеграторов соответственно, выходы которых подключены к входам первого и второго инверторов соответственно, выходы которых соединены с входами первого и второго операционных усилителей, выходы интеграторов подключены к входам второго и третьего сумматоров соответственно, выход первого операционного усилителя соединен с анодом первого развязывающего диода, катод

25 которого подключен к входу первого операционного усилителя, выход второго операционного усилителя соединен с катодом второго развязывающего диода, анод которого подключен к вы30 ходу второго операционного усилителя, выход первого сумматора является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

35 1. Богрый В.С. и Русских A.A.

Математическое моделирование тиристорных преобразователей. М., Энергия, 1972, с. 147.

2. Попов Э.И., Смирнов Л.Н.,, 40 Стариков Е..Д. и Хейфец М.A. Аналог тиристора при моделировании импульсных схем на аналоговых вычислительных машинах. Электротехническая промышленность, серия Преобразо вательная техника, вып. 7/66, 1975

45,(прототип).

690508

Заказ 5968/47

Тираж 78 0 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Составитель И. Дубинина

Редактор Б. Герцен Техред Н.Ковалева Корректор В. Синицкая