Устройство для моделирования электрических цепей Советский патент 1985 года по МПК G06G7/62 

111 Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании электрических цепей с полупроводниковыми элементами. Цель изобретения - повышение точности моделирования и расширение класса решаемых задач путем обеспечения возможности моделирования цепей с управляемыми вентилями. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 - схема логического блока модели вентиля; на фиг. 3 - возможная реализация распределителя управляю- t щих импульсов.. Устройство содержит матрицу 1, источники 2 напряжения, блок 3 уравновешивающих усилителей, блок 4 моделей вентилей, распределитель 5 управляю- 2 щих импульсов. Каждая модель вентиля имеет операционный усилитель 6, второй 7 и первый 8 инверторы, масштабирующие резисторы 9 - 12, ключ 13 логический блок 14,прямой 15 и инверсный 16 входы, инверсный 17 и прямой 18 выходы. В логический блок 14 (фиг. 2) объединены второй компаратор 19, знакосогласующие диоды 20 и 21, элемент И-НЕ 22, первый компаратор 23, 30 элемент НЕ 24 и элемент И 25. Распределитель 5 (фиг. 3) содержит генератор 26 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 2, конденса.тор 28, резистор 29 и диод 30. Матри-35 ца 1 включает моделирующие резисторы 31 и токозадающие резисторы 32. . Матрица 1 моделирующих резисторов совместно с источником 2 напряжения, уравновешивающими усилителями 3 моде-40 лирует электрическую цепь без вентилей в соответствии с уравнением,составленным по методу узловых потенциалов AV аоЕ, 1 где А - матрица собственных и взаимных проводимостей .ветвей; У - матрица-столбец.узловых потенциалов цепи; ад - диагональная матрица прово дикостей ветвей, содержащих источники 2; Е - матрица-столбец источников 2. Операционный усилитель 6 служит для вычисления аналоговой модели тока ig через вентиль в прямом направентля ном по отн пол го ча опе лю его ван Раз ств (о гич ло гд 41 лений по методу неявных функций в соответствии с уравнением ( (2) где fU - коэффициент усиления операционного усилителя в режиме работы без местной обратной связи; tp, I - аналоговые модели потенциалов в i-M и j-M узлах цепи, к которым подключен вентиль. Резисторы 9 и 10 являются согласующими и служат для подачи соответственно прямого и обратного значений аналоговой модели тока вентиля i на потенциально нулевые (входные) точки соответствующих усилителей блока 3. Резисторы 11 и 12 являются масштабирующими и в соответствии с уравнением (2) определяют коэффициы передачи операционного усилите6 по потенциалам Q, и Ср; . В частслучае, при равенстве масштабов этим потенциалам выполняется соошение ,. Ключ 13 служит для моделирования упроводящих свойств моделируемовентиля. Замкнутое состояние клюпри котором выходной сигнал У рационного усилителя 6 равен нупри любых значениях напряжений на входе, соответствует моделироию запертого состояния вентиля. омкнутое состояние ключа соответет моделированию проводящего крытого) состояния вентиля. Лоеский блок 14 реализует следующую ическую зависимость: .Г, (з) у - сигнал управления ключом 13, истинное значение означает замыкание ключа 13, что соответствует моделированию запертого состояния вентиля, значение соответствует моделированию проводящего (открытого) состояния вентиля;У - логическая переменная, истинное значение которой соответствует наличию управ-. ляющего импульса с соответствующего выхода распределителя 5; г - одноместный предикат, истинное значение которого соответствует наличию открывающей разности напряжений между 3 анодом и катодом моделируемого вентиля; I - одноместный предикат, истинное значение которого соответствует наличию тока чере вентиль в прямом направлении Компаратор 19 служит для формирования предиката Ф, компаратор 23 для формирования предиката 1, логические элементы 22, 24 и 25 реализуют зависимость типа (3) для каждой модели вентиля с учетом импульсов управления У, поступающих из распределителя 5, в котором на первый вход компаратора 27 подключены выходы генератора 26, а на второй вход подается отрицательное напряжение, соответствующее углу о( управления вентилем.

Активно емкостная цепочка элементов 28 и 29 служит для формирования импульсов отрицательной полярности с открытым передним фронтом в моменты времени, соответствующие появление отрицательного напряжения на выходе компаратора 27. Ток заряда конденсатора при этом создае отрицательное относительно общей точки схемы падение напряжения на резисторе 29, которое и является выходом схемы. Диод 30 срезает положительные импульсы тока разряда конденсатора 28. Устройство работает следующим образом. При отсутствии сигналов управления на выходах распределителя 5, т.е. при ( Ug, матрица I совместно с источниками 2 и уравновешиваю- KJ щими усилителями 3 моделирует элек-г трическую цепь в соответствии с уравнением (1) для случая, когда все вентили не проводят ток. При этом на выходах уравновешиваницих усилите- 5 лей 3, а следовательно, и на входах операционных усилителей 6 отрабатываются потенциалы соответствующих узлов Ч , однако в силу зависимости (3) при и при переменные на выходах логических блоков 14 ,

ному значению предиката 1) вызывает появление нулевого уровня на.пряжения на выходе элемента И-НЕ 22. Независимо от значения сигнала компаратора 23 переменная у на выходе элемента И 25 принимает нулевое значение, что приводит к размыканию ключа 13 в обратной связи операционного усилителя &. На его выходе появляется инверсное значение тока через вентиль ig, которое поступает в модель электрической цепи через согласующие резисторы 9 и 10 и на вход компаратора 23 модели вентиля. Ток ig при этом вычисляется операционным усилителем 6 строго в соответствии с зависимостью ( 2), так как сопротивление ключа 13 в разом5041 следовательно, ключи 13 в цепях обратных связе операционных усилителей замкнуты и токи вентилей ig строго равны нулю, так как сопротивление ключа в замкнутом состоянии равно нулю. При задании в распределители 5 некоторого значения угла управления оС для какого-либо вентиля на вход элемента И-НЕ 22 приходит импульс управления Y отрицательной полярности, который при наличии уело ВИЙ открывания данного вентиля по напряжению ( наличие отрицательного уровня напряжения на выходе компаратора 19, соответствущего истинкнутом состоянии равно бесконечно.сти. Наличие тока ig в модели электрической цепи приводит к .изменению ее узловых потенциалов f связанному с переходом вентиля в приводящее состояние. Наличие инверсного значения тока ig на входе компаратора 23 приводит к появлению на его выходе отрицательного уровня напряжения, соответствующего, предикату . На выходе элемента НЕ 24 появляется нулевой сигнал, обеспечивающий разомкнутое состояние ключа 13 даже при нулевых значениях Y и Ф до тех пор, пока ток через вентиль ig не спадает до нуля. После исчезновения тока i логический блок готов к следующему циклу моделирования вентиля.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, содержащее модели вентилей и матрицу г. п моделирующих резисторов, одни выводы моделирующих резисторов, образующих строки матрицы, подключвнны через соответствующие уравновёщивающие усилители к другим выводам моделирующих резисторов, образующих столбцы матрицы, и через соответствующие токозадающие резисторы к соответствующим источникам напряжения, каждая модель вентиля- состоит из масштабирующих резисторов, инверторов и операционного усилителя и подключена прямым и инверсным входами соответственно к . ii-му и -ому. столбцам матрицы, -я .и j -я строки которой соединены с. инверсным и прямым выходами /2 модели вентиля, в каждой модели вентиля прямой вход модели подключен через первый масштабирукдций резистор к входу операционного усилителя модели вентиля, выход которого соединен через второй масштабирующий резистор с прямым выходом модели вентиля и через последовательно соединенные первый инвертор и третий масштабирующий резистор с инверсным выходом модели вентиля, инверсный вход каждой модели вентиля подключен через последовательно соединенные второй инвертор и четвертый масштабирующий резистор к входу операционного усилителя модели вентиля, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введен распределитель управляннцих (Л импульсов, а в каждую модель вентиjm введены два компаратора, знакосогласующие диоды, рлементы И, И-НЕ и НЕ и ключ, информационный вход которого подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с выходом ключа и через последовательно соединенные первый компаОд ратор и элемент НЕ с первым.выходом со со элемента И, выход которого подключен к управляющему входу ключа, прямой и 4 инверсный входы каждой модели вентиля соединены соответствующие знакосогласукщие диоды с входами второго компаратора, выход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, второй вход элемента И-НЕ подключен к соответствующему выходу .распределителя управляющих импульсов.