Устройство для моделирования транзистора Советский патент 1984 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования и расчета ,электрцнных схем, содержащих транзисторь/. Известно устройство для моделирования транзисторов, содержащее транзисторы, конденсаторы и резисторы fl Недостатком этого устройства являются его ограниченные функциоиальные-возможности, которые заключаются делировать только узкий класс схем, а именно схемы, работающие на малом .сигнале. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования транзистора, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, вьтолненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования напряжения база-эмиттер, вьшолненный в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого является коллекторным выводом устройства и подключен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласующего резистора, второй выход которого соединен с эмиттерным вьшодом устройства, выход генератора постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, п масштабных резисторов, п-1 ключей, ,ri-l компараторов, где п количество отрезков кусочно-линейной аппроксимации входной вольтамперной характеристики транзистора, базовьй вьгаод устройства соединен с входами компараторов, с первьм выводом перво го масщтабного резистора и с информа ционными входами ключей, выходы кото рых подключены к первым вьпзодам соот ветствующих масштабных резисторов, вторые вьшоды которых объединены между собой и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора, выходы компараторов подключены к управляюо(им входам одноименных ключе и соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение. Устройство позволяет моделировать транзисторы в электронных схемах как на малом сигнале, так и на большом С2. 242 Недостатком известного устройства является низкая тогность моделирования работы транзистора в электронной схеме при большом сигнале, что связано с отсутствием учета влияния напряжения база-эмиттер, имеющего в реальном транзисторе коэффициент усиления по току В при большом сигнале. Целью изобретения является повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, вьтолненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования напряжения база-эмиттер, выполненный в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого является коллекторным выводом устройства и подключен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласующего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттерным выводом устройства, выход генератора постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, П масштабных резисторов, h-I ключей и h -1 компараторов, где- о - количество отрезков кусочно-линейной аппроксимации входной вольтамперной характеристики транзистора, базовый вывод устройства соединен с входами компараторов, с первьм выводом первого масщтабного резистора и с информационным входами ключей, викоды KOTOpbix подключены к первым выводам соответствукицих масщтабных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора, выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименных ключей и соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение, введен блок моделирования статического коэффициента усиления транзистора, состоящий из дешифратора,п дополнительных ключей, П дополнительных, масщтабных резисторов и дополнительного операционного усилителя, выход которого подключен к первым выводам дополнительных масштабных резисоров, вторые выводы которых соединеы с выходами соответствующих п до1полнительных ключей, выходы п-1 компараторов подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами одноименных дополнительных ключей, информационные входы которых объедннены между собой и подключены к входу дополнительного операционного усилителя и к второму выводу первого масштабного резистора.

На фиг.I представлена cтpykтypнaя схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - входная вольтамперная характеристика транзистора и ее кусочно-линейная аппроксимация, нагрузочг ная прямая и рабочая точка транзистора; на фиг.З - зависимость коэффициента усиления по току В транзистор от напряжения база-эмиттер U, и ее кусочно-постоянная аппроксимация.

Устройство содержит ключей 1, П- компараторов 2, п масштабных резисторов 3, преобразователь 4 код-напряжения, операционный усилитель 3, генератор б постоянного тока, операционный усилитель 7, согласующий резистор 8, дешифратор 9,п дополнительных ключей 10,м дополнительынх масштабных резисторов 11, дополнительньй операционный усилитель 12 (фиг.1).

Кшочи 1 предназначены для параллельного подключения к резистору 3 резисторов 32 3.

Компараторы 2 предназначены для управления ключами 1 в зависимости от уровня входного сигнала.

Резисторы 3 предназначены для воспроизведения наклона отрезков прякбдх, аппроксимирукящх входную вольтамперную характеристику транзистора.

Преобразователь код-напряжение 4 служит для установки напряжения, имитирующего часть напряжения базаэмиттер и равного абсциссе точки начала отрезка прямой входной вольтамперной характеристики, на котором в данный момент находится рабочая точка (4«г,2).

Операционный усилитель 5 напряжения служит для моделирования влияния напряжения коллектор-эмиттер на входную вольтамперную характеристику.

Генератор 6 постоянного тока слу жит для отражения злаяняя теплового тока коллектора.

Операционный усилитель 7 служит для моделирования токов эмиттера и коллектора транзистора (имеет высокое выходное сопротивление).

Дешифратор 9 служит для дешифрации сигналов, поступающих с выходов компаратора, и управления дополнительными ключами 10.

Дополнительные ключи 10 служат

0 для подключения соответствующих дополнительных масштабньпс резисторов J1 между инвертирующим входом и выходом дополнительного операционного усилителя 12.

5 Дополнительные масштабные резисторы Пи дополнительный операционный усилитель 12 образуют инвертирующий масштабный усилитель, коэффициент усиления которого определяется попарным oTHODjeHHeM соответствующих резисторов 11 и 3, и служат для воспроизведения зависимости статического коэффициента усиления транзистора от напряжения база-эмиттер.

Устройство работает следующим образом.

До установки модели транзистора в исследуемую электроннук) схему производятся следуют1ие предварительные операции. Устанавливается требуемый наклон выходной вольтамперной характеристики в активной области установкой соответствующего значения сопротивления согласующего резистора 8. Входная вольтамперная характеристика транзистора аппроксимируется кусочно-линейной функцией следующим образом. Наклон каждого отрезка кусочно-линейной функции устанавливается с помощью ni резисторов 3, имея ввиду при этом,что каждый последующий резистор шунтирует предыдущий Пороги срабатывания п -1 компараторов 2 устанавливаются равными абсциссам точек пересечения отрезков прямых, аппроксимирующих входную вольтамперную характеристику. Устанавливаются амплитуды ступенек напряжения в преобразователе 4 ступенчатого напряжения: амплитуда первой

0 ступеньки напряжения преобразователя 4 устанавливается равной абсциссе точки первого Ътрезка прямой кусочно-линейной функ цш, амплитуда последних ступенек 5 абсциссам точек пересечения отрезков прямых.

Производится набор кусочно-постоянной функции,аппроксимирующей зависимость коэффициента усиления транзистора В от напряжения база-эмиттер (фиг.З), На фиг.З абсциссы точек 1, 2,3... -I соответствуют порогам срабатьгаания соответствуннцих -1 компараторов. Для напряжения базаэмиттер меньшего,- чем порог срабатывания 1 компаратора, устанавливается значение каждого дополнительног масштабного резистора 1 1 из следующего 1-в.-,«з выражения ...п1 , , где i - номер резистора} В, - заданное значение ста- тического коэффициента усиления тран зистора для каждого из отрезков кусочно-постоянной функции аппроксимации завиаимости коэффициента усилени по току от напряжения база-эмиттер. Далее производится установка моде ли транзистора в исследуемую электро ную схему путем замены реального транзистора его моделью. Подается напряжение питания Яа ис следуемую схему. При этом происходит автоматическая .установка статической рабочей точки модели траизнстора соответствующей рабочей точке радагального транзистора. Осуществляется это следующим образом. В первоначаль ный момент рабочая точка имеет ко-;ординаты точки пересечения первого начального отрезка входной вольтш4перной характеристики с нагрузочной прямой. Если напряжение между вы водами базы и эмиттера при этом мень ше порога срабатывания первого компаратора а следовательно, и остальных I, то сигналы с выходов компараторов 2 на дешифратор 9 не подаются, и в соответствии с логикой работы деШ1фратора сигнал с его первого выхода поступает на управляющий вход первого дополнительного ключа 10. При этом между инвертирующим входом дополнительного операционного усилителя 12 и его выходом подключает):я резистор 1 Ц, Выходной ток операционного усилителя 2, усиленный в ргз, потечет к первому токовому 31 .входу операционного усилителя., имею щего коэффициент усиления по току 1, но обладающего высоким выходным сопротивлением - много большим, чем значение сопротивления согласующего резистора 8, определяющего выходное сопротивление всего устройства. При этом через коллекторный вывод потечет ток, величина которого определяется из соотношения / Если при этом напряжение, приложенное между 2| гаодами эмиттера и базы, по прежнему не превышает порог срабатывания первого компаратора (а следователь1(1О, и остальных), то процесс установки рабочей точкн 3 окончится. Если же это напряжение больше порога срабатывания одного (первого) или более компараторов, то после срабатывания соответствующих компараторов подключаются резисторы, соответствующие отрезками прямых входной вольтамперной характеристики, генерируют сортветствунмцие ступеиьки напряжения управляемого генератора напряжения, и в соответствии с логикой работы деш1фратора 9 подключаются в цепь обратной связи инвертирующего дополсштельного операционного усипите ля 12 соответствующие дополнител .иые мгасштабшде резисторы, t дотех нсф, пока рабочая точка ие1 установится. Графически это соответствует точке пересечения кусочно-линейной фзтккнк с нагрузочной прямой. I ,:/ После подачи входного сигнала рабочая точка начинает перемещаться по соответствующему отрезку прямой входной вольтамперной характеристики. При этом коэффициент усиления транзистора по току зависит от нокера зтого отрезка, оставаясь постоянным в пределах этого отрезка. Если амплитуда входного сигнала достаточно велика, то при достижении ее некоторой определенной величины срабатывают соответствующие компараторы и меняется соответственно наклон входной вольтамперной характеристики и величина ко:;ффициента усиления по току. Предлагаемое изобретение позволяет увеличить точность моделирования транзистора при большом сигнале по сравнешво с базовые объектом, так как учитывает зависимость коэффициента усиления по току от напряжения базаэмиттер, имеющего место в реальном ранзисторе.

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДБШРОВ ЙЯ ТРАНЗИСТОРА, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, выпалнентлй в виде геиератора постоянного тока, блок моделирования напрякешся баэа-эмиттер, выполненньй в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого является коллеКториьм выводом устройства и подаслючен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласукицего резистора, второй вывод которого соединен с эмиттерньш выводом устройства, выход генератора постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, t масштабных резисторов, rtl-l ключей и,п-1 компараторов, где tn - количество отрезков кусочнолинейной аппроксимации вольта ше|1яо{1 характеристики транзистора, базовый вывод устройства соединен с входами компараторов,с первым выводом первого масштабного резистора и с информационными входами ключей, выходы которых Подключены к первым выводам соответствуюиОге масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с вторьм выводом первого масштабного резистора,выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименных ключей и к соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в него введен блок моделирования статического- коэффициента усиления транзистора, состоявщй из дешифратора,п дополнительных ключей, п дополнительных масщтабиых резисторов и дополнительного операционного уси/штеля, выход которого подключен к первьм выводам П дополнительных масштабных резисторов, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих п дополнительных ключей, выходы п-I компараторов подключены к соответствующим входам девифратора, выходы которого соединены с управляющими входами одноименных дополнительных ключей, информационные входы которых объединены между собой и подключены к входу дополнительного операционного усили теля и к второму выводу первого масштабного резистора,

в.

В,