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

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования электронных схем, содержащих тиристоры.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема источника тока.

Устройство содержит блок 1 воспроизведения нелинейности типа экспоненты, блок моделирования р-п-перехода, выполненный в виде источника 2 тока, блок 3 моделирования концентрации носителей в базе тиристора, блок моделирования р-п-перехода, вы, полненный в виде источника 4 тока, блок 5 моделирования концентрации носителей в базе тиристора, блок моделирования р-п-перехода, выполненный в виде источника 6 тока, блок 7 воспроизведения нелинейности типа экспоненты, информационный вход 8 устройства, накопительные конденсаторы 9, 10 и И, дифференциальный усилитель 12, управляющий вход 13 устройства, блок 14 воспроизведения нелинейности типа экспоненты, выход 15 устройства. Источники 2, 4, 6 тока содержат операционные усилители 16, усилительный транзистор 17, масштабные резисторы 18. Блоки 3, 5 выполнены в виде RCG-сеток и содержат масштабные резисторы 19 и разделительный конденсатор 20.

Устройство работает следующим образом.

Управляемые источники 2, 4, 6 тока воспроизводят соответственно следующие функциональные зависимости:

ё ёо(ехр - 1);

I i + loexp ,

где e,V--выходное и входное напряжение

блоков 1, 7, 14; Ут - тепловой потенциал; 1 - выходной ток источника тока, управляемого током i и напряжением V;

m 1...2 в зависимости от типа р-п-переходов тиристора. Дифференциальный усилитель 12 имеет коэффициент передачи, равный 1, и служит для преобразования дифференциального сигнала между входом 13 и выходом 15 в синфазный сигнал, подаваемый на вход блока 1.

Техническая реализация элементов модели осуществляется известными методами на базе интегральных операционных усилителей.

Принцип действия устройства основан на подобии уравнений, описывающих модель, и уравнений, описывающих процессы в реальном тиристоре. Подобие уравнений реализуется благодаря аналогии между процессами, протекающими в модели, и процессами в реальном приборе. При этом напряжение на выходах блоков 1, 7 и 14 аналогично концентрации носителей заряда на границах базовых областей тиристора, а распределение концентрации в базах тиристора аналогично распределению потенциала в блоках 3 и 5. Токи, создаваемые управляемыми источниками тока модели, аналогичны токам р-п-переходов тиристора, которые создаются диффундирующими в базу неосновными носителями и рекомбинацией в р-п-переходах. Накопление заряда в конденсаторах аналогично накоплению заряда в барьерных емкостях тиристора.

5 Можно показать, что уравнения, описывающие процессы в предложенной модели, подобны уравнениям, описывающим процессы в тиристоре. В частности, если блок 3 или 5 представить одним П-образным звеном, что справедливо в большинстве практически важны-х случаев, когда время пролета носителей через базу много меньще характерных врем-ен управляющих воздействий, то уравнения предлагаемой модели аналогичны уравнениям математической модели

5 Эберса-Молла для тиристора.

Составляя эти уравнения, получаем следующие соотношения для расчета параметров, элементов предлагаемой модели:

I . тf-Oi

KiRi//Ro K,-R2//Ro//R///Ro

т .

,

.. ., ,„. RV;

Й7.

RdtRi

oUi- . fY,, Ro//RE//Ro/fR

-i-T D

Ло -г Kgfto

f V CiRi/Ro /Vi, ч

Ci2Kt Cr-f --V,-- (exp- 1);

Kt Се -ь

T

X (). Г К Г C2Ri//RUsi4 ,.

34 t 9 H-s-X

J-P

X (exp- i-l),,

Jsij/,oti,j, Cj,j -токи насыщения, коэффициенты переноса

тока и емкости р-п-переходов между областями i и j тиристора; KpKt -масштабы моделирования по току и времени;

ео,еог&оз -параметры ео блоков i: 13, 7;

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТИРИСТОРА, содержащее дифференциальный усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены три блока моделирования р-п-перехода, каждый из которых выполнен в виде источника тока, три блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, три накопительных конденсатора и два блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, каждый из которых выполнен в виде RCG-сетки, первые выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, информационный вход устройства подключен к первому выводу первого накопительного конденсатора, к информационному входу источника тока первого блока моделирования р-п-перехода, а также к входу первого блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, выход которого соединенс первым управляющим входом источника тока первого блока моделирования р-п-перехода, выход которого подключен к второму выводу первого накопительного конденсатора, первому выводу второго накопительного конденсатора, шине нулевого потенциала и выходу источника тока второго блока моделирования р-п-перехода, информационный вход которого является управляющим входом устройства и соединен с вторым выводом второго накопительного конденсатора, входом второго блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты, первым выводом третьего накопительного конденсатора, первым входом дифференциального усилителя и входом источника тока третьего блока моделирования р-п-перехода, выход которого является выходом устройства и подключен к второму выводу третьего накопительного конденсатора и ко второму входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом третьего блока вос произведения нелинейности тока экспонен(Л ты, выход которого соединен с первым управляющим входом источника тока третьего блока моделирования р-п-перехода, второй управляющий вход которого соединен с вторым выводом RCG-сетки первого блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, третий вывод RCG-сетки которого соединен с первым управляющим вхоО5 дом источника тока второго блока модели4 рования р-п-перехода и вторым выводом RCG-сетки второго блока моделирования концентрации носителей в базе тиристора, О третий вывод RCG-сетки которого подключен сд к второму управляющему входу источника тока первого блока моделирования р-п-перехода, выход второго блока воспроизведения нелинейности типа экспоненты соединен с вторым управляющим входом источника тока второго блока моделирования р-п-перехода.