Устройство для моделирования барьерной емкости @ - @ -перехода Советский патент 1984 года по МПК G06G7/48 

11 Изобретение относится к аналогово вычислительной технике и предназначено для моделирования нелинейных электрических и электронных цепей, в частности интегральных схем, которые содержат нелинейные емкости р-п-пере ходов. Известно устройство для моделирования емкости, состоящее из конденса тора постоян}1ой емкости, ключа и вто рого конденсатора постоянной емкости которьй периодически подключается ключом параллельно первому конденсатору, при этом суммарная емкость системы оказывается нелинейной, если скважность подключения нелинейно связана с напряжением на первом конденсаторе, а период следования подключающих импульсов много меньше характерных времен цепи, в которой используется данное устройство 11. Недостатком этого устройства является его ниэкое быстродействие. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования переменной емкости, состоящее из N параллельно соединенных цепочек, каждая из .которых состоит из конденсатора, первая обкладка которого соединена с первым выводом устройства, вторая - с эмиттером транзистора и диодом, второй вывод которого соединен с вторым выводом устройства, коллектором транзистора и резистором, второй вывод которого соединен с базой транзистор и стабилитроном второй вывод которо го подключен к первому выводу устрой ства 23. В известном устройстве параллель но его зажимам подключен делитель напряжения из резистора и стабилитро на, которые обладают активным сопротивлением, особенно малым при включенном стабилитроне. Это существенно снижает добротность модели и обуслав ливает ее утечки на постоянном токе. Кроме того, принцип действия устройства основан на аппроксимации плавной вольт-фарадной характеристики емкости ступенчатой кривой. Это обус лавливает наличие погрешности дискре тизации. В результате этого точность моделирования оказывается низкой. Цель изобретения - повышение точности устройства. 45 Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее пять масштабных резисторов, накопительный конденсатор и блок моделирования квадратичной зависимости изменения барьерной емкости, выполненный в виде полевого транзистора, введены операционный усилитель и блок моделирования тока утечки барьерной емкости, выполненньй в виде дифференциального усилителя, выход которого подключен к первым выводам первого, второго и третьего масштабных резисторов, первый вывод устройства соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и с первым выводом накопительного конденсатора, второй вывод которого подключен к выходу операционного усилителя и к истоку полевого транзистора, затвор и сток которого объединены и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора и с инвертируюш 1м входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к второму выводу второго масштабного резистора и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к первому выводу пятого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом третьего масштабного резистора и с инвертирующим входом дифференциального усилителя, второй вывод устройства соединен с шиной нулевого потенциала. На чертеже представлено устройство.„ Устройство содержит масштабные резисторы 1-5, блок моделирования тока утечки барьерной емкости, выполненный в виде дифференциального усилителя 6, операционный усилитель 7, накопительньй конденсатор 8, блок моделирования квадратичной зависимости изменения барьерной емкости, выполненный в виде полевого транзистора 9. Устройство работает следующим образом. Если выполняется соотношение где. индекс сопротивления соответствует номеру масштабного резистора, то, используя методы теории электрических цепей, можно записать елением U2 на выходе операционного усилителя 7 и входе устройства где UQ пороговое напряжение полево го транзистора 9; b - удельная крутизна; R - сопротивление первого резис Нелинейность в этом выражении обусловлена квадратичной нелинейност характеристики полевого транзистора указанном включении. Знак - под корнем соответствует отрицательному пороговому напряжению, т.е. транзистору со встроенным каналом. Использу полученное выражение, можно записать следующую зависимость входного тока устройства от напрязкёния , L - 2 аи i t. 11откуда следует, что эквивалентная нелинейная емкость устройства равна Си„ RibUo С .. ..рде и а-н ЭК6 лП-11 111 о 2 Tf-uju Такую же нелинейность имеет барье ная емкость р-п-перехода. Утечки предлагаемой модели емкост составляют единицы наноампер и опред ляются входным током дифференциально го усилителя 6 (например, типа 140УД В известном устройстве соответствую- щие утечки в лучшем случае равны деком базы биполярного транзистора и стабилитрона. Таким образом, вьшгрыш в токах утечки составляет не менее 60 дБ. Добротность предлагаемого устройства определяется потерями в накопительном конденсаторе 8 и выходньм сопротивлением операционного усилителя 7 с обратной связью, которое составляет десятые и сотые доли ома. Добротность известного устройства определяется сопротивлением открытого биполярного транзистора и резистора со стабилитроном, которые в сумме, в пересчете в эквивалентное сопротивление, включенное последовательно с конденсатором, дают около 1000 м. При этом отношение добротностей равно отношению сопротивлений, т.е. выигрыш в добротности составляет также около 60 дБ. По сравнению с базовым объектом, за которьй можно принять выпускаемьй промьшшенностью варикап с такой же вольт-фарадной характеристикой, как и предлагаемая модель, рассматриваемое устройство позволяет регулировать параметры нелинейной характеристики, что невозможно осуществить у варикапа. Экономический эффект от использования предлагаемой модели в сильной степени зависит от того, в каком именно устройстве и с какой целью она используется и поэтому такую оценку получить практически невозможно.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИ БАРЬЕРНОЙ ЕМКОСТИ P-N-ПЕРЕХОДА, содержащее пять масштабных резисторов накопительный конденсатор и блок моделирования квадратичной зависимости изменения барьерной емкости, выполненный Б виде полевого транзистора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены операционный усилитель и бло моделирования тока утечки барьерной емкости, выполненный в виде дифферен циального усилителя, выход которого подключен к первым выводам первого, второго и третьего масштабных резисторов, первый вывод устройства соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя и с первым вьгеодом накопительного конденсатора, второй вывод которого подключен к выходу операционного усилителя и к истоку полевого транзистора, затвор и сток которого объединены и соединены с вторым выводом первого масштабного резистора и с инвертирующим входом Операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к второму выводу второго масштабного резистора и к первому выводу четвертого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, которая подключена к первому выводу пятого масштабного резистора, второй вывод которого соединен с вторьм выводом третьего масштабного резистора и с инвертирующим входом дифференциального усилителя, второй вывод устройства соединен с шиной нулевого потенциала.