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

I Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании электрических депей с полупроводниковыми элементами. По основному авт. св. № 1003114 известно устройство для моделирования электрических цепей, содержащее матрицу П-И1 моделирующих резисторов, каждая строка которой подключена через уравновешивающий усилитель к одноименному столбцу матрицы и через резистор - к соответствующему источнику напряжения, модели вентилей, казкдая модель вентиля подключена прямым и инверсным входа ми соответственно к г-му и j -му столбцам матрицы, г-я и g я стро ки которой соединены с инверсным и прямым входами модели вентиля соответственно. Кроме того, каждая модель вентиля содержит резисторы, ди . од, операционный усилитель и два инвертора, прямой вход модели подключен через первый резистор к входу операционного усилителя, выход которого соединен через второй резистор с прямым выходом модели, через последовательно соединенные первьш инвертор и третий резистор с инверсным выходом модели и с анодом диода, катод которого подключен к входу операционного усилителя и через последовательно соединенные четвертый резистор и второй и 1вертор - с инверсным входом модели til Однако известное .устройство, пред назначено для моделирования электрических цепей с неуправляемыми вен тилями и не может быть использован для моделирования электрических цепей с управляемыми вентилями, на пример с однооперационными и двух;операционными тиристорами. - Цель изобретения .- расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения процесса управления . Поставленная цель достигается тем, что в устройстве в каждую модель вентиля устройства введены согласующий резистор, компаратор и управляемьй генератор импульсов, выход которого соединен с первым вх дом компаратора, выход которого через согласунйций резистор подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с вторым / входом компаратора, третий вход которого является входом настройки устройства На фиг. 1 приведена схема устройства на фиг. 2 - возможная реализация управляемого генератора импульсов. Устройство содержит матрицу моделирующих резисторов 1, источники 2 напряжения, блок 3 уравновешивающих усилителей и блок 4 моделей, вентилей. Каждая модель вентиля содержит операционный усилитель 5, второй 6 и первый 7 инверторы, резисторы 8-11 и диод 12, управляемьй генератор 13 импульсов, компаратор 14 с отрицательным уровнем единичного сигнала на выходе и согласующий резистор 15. Генератор 13 включает генератор 16 пилообразного напряжения, аналоговый компаратор 17, конденсатор 18, резистор 19 и диод 20. Каждая строка матрицы 1 через уравновешивающий усилитель блока 3 подключена к одноименному столбцу матрицы и через резистор - к соответствующему источнику 2 напряжения. Каждая модель вентиля подключена прямым и инверсным входами соответственно к и -му столбцам матрищз 1, г -я и -я строки , которой соединены с инверсным и прямым выходами модели вентиля соответственно. Выход и вход операционного усилителя 5 модели вентиля подклю чены соответственно к второму входу и через согласующий резистор 15 к выходу компаратора 14 (аналогового) на третий вход которого подключено положительное напряжение, соответствукидее току удержания вентиля, а первый вход соединен с выходом управляемого генератора 13 импульсов, который является моделью системы управления вентиля. Устройство работает следующим образом.. Матрицы 1 моделирующих резисторов совместно с источником 2 напряжений, уравновешивающими усилителями 3 и моделями вентилей 4 моделирует электрическую цепь с вентилями в соответствии с уравнениями:АФ АоЕ ..,

де fr - матрица, собственных и взаимных проводимостей ветвей, Ф - матрица-столбец узловых

потенциалов цепи; .Ло - диагональная матрица проводимостей ветвей, содержащих источники напряжения - матрица-столбец источников

напряжения цепи

fj,л - аналоговые модели потенциалов -го и п -го узлов цепи5

г - аналоговая модель тока через вентиль

,.i5 входные резисторы соответственно 8, 11 и 15 операционного усилителя 5

fo при

- сопротив « сс при ление диода в цепи обратной связи усилителя 5,

- выходное напряжение аналогового компаратора 14 (единичному сигналу на его выходе соответствует отрицательньй уровень напряжения) .

При отсутствии управляющего импульса с выхода генератора 13 на выходе аналогового компаратора. 14 устанавливается отрицательное напряжение, которое, поступая через резистор 15 на вход операционного усилителя 5, в силу соотношения между его входными резисторами вида

и R.5 обеспечивает нулевое значение выходного напряжения усилителя 5 при любых значениях потенциалов . При появлении на выходе генератора

13 импульса отрицательной полярности, соответствующего сигналу на открывание вентиля, выходное напряжение 0 аналогового компаратора 1Д становится равным нулю и в соответствии с зависимостью (2) на выходе операционного усилителя 5 при fti( О вьщеляется напряжение , соответствующее инверсному значению Toka через вентиль. Это напряжение, поступая на третий вход компаратора 14, удерживает нулевое значение напряжения UK после исчезновения управляющего импульса на открывание вентиля. После снижения тока ij до

уровня тока удержания ii напряжение Uic на выходе компаратора 14 вновь ,становится отрицательным и модель вентиля переходит в закрытое состояние .

При моделировании полностью управляемых вентилей, например двухоперационных тиристоров, сигналу на запирание вентиля соответствует

0 импульс на выходе генератора 13 положительной полярности.

В этом случае независимо от величины тока ig на втором входе компаратора 14 импульс положительной

s полярности на его первом входе вызывает появление отрицательного напряжения U. и приводит к запиранию модели -вентиля.

0

Возможная реализация управляемого генератора 13 импульсов для случая моделирования однооперационного тиристора приведена на фиг. 2. Генератор 13 содержит генератор 16 пи5лообразного напряжения, аналоговый компаратор 17с отрицательным уровнем выходного напряжения, конденсатор 18, резистор 19 и диод 20. На первый вход компаратора 17 подключен выход генератора 16, на вто0рой вход подается отрицательное напряжение, соответствующее углу сС управления вентилем, а выход компаратора 17 через конденсатор 18 и параллельно соединенные резистор

5 19 и диод 20 соединен с шиной нулевого потенциала. Выходным сигналом генератора является падение напрякжения, снимаемое с резистора 19.

При достижении напряжением генератора 16 величины, равной напряжению управления Ui , на выходе компаратора 17 появится отрицательное напряжение, под действием которого происходит заряд конденсатора 18 через резистор 19. Падение напряжения на резисторе 19 вследствие протекающего через него зарядного тока имеет форму импульса отрицательной полярности с крутым передним и пологим задним фронтом. Оно используется в качестве импульса управления моделью вентиля. Разряд конденсатора 18 при нулевом вькодном напряжении компаратора 17 происходит через диод 20.

Таким образом, введение в основное устройство управляемых генераторов импульсов, аналоговых компараторов и согласующих резисторов распиряет класс решаемых устройством задач за счет моделирова тя электрических цепей с управляемьтми вентилями.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ по авт. св. № 1003114, отличающееся тем,-что, с целью расширения функциональных возможностей за счет воспроизведения процесса, управления вентилями, в каждую модель вентиля введены согласующий резистор, компаратор и управляемый генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого через согласующий резистор подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с вторым входом компаратора, третий вход которого является входом настройки устройства. C3-Q г чгэ ЭО 4 -4 lai

,0. Ot

0ut2.