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

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования элек ронных цепей с биполярными транзисторами, Цель изобретения - повышение точности моделирования транзистора в схеме с общим эмиттером. Повьппение точности модели в схеме с общим эмиттером достигается благодаря тому, что ток базы модели образуется не как разность двух при мерно равных токов, а -воспроизводится непосредственно источником тока. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг, 2 - блок 7, вариант; на фиг. 3 - блок 8, вариант; на фиг. А - вариант выполнения блоков 7 и 8. Устройство содержит накопительные конденсатеры 1 и 2, базовый вывод устройства 3, эмиттерный вьгоод устройства 4, коллекторньй вывод устройства 5, блок 6 формирования экспоненты, блок 7, моделирования пе реноса неосновных носителей в базе, блок 8 моделирования коэффициента передачи тока, выполненньш в виде управляемого источника тока, Дифференциальньш усилитель 9, блок 10 фо

мирования экспоненты, блок 11 моделирования коэффициента передачи тока вьтолненный в виде управляемого источника тока. Блок 7 выполнен в виде RCG-сетки и содержит масштабные резисторы 12-14 и разделительный конденсатор 15. Блок 7 (фиг.2) содержит масштабный резистор 16, разделительный конденсатор 17, масштабный резистор 18, разделительный конденсатор 19 и масштабный резистор 20.

Устройство работает следующим образом.

Блок 7 моделирует перенос неоснов ных носителей в базе транзистора} . блоки 6 и 10 служат для задания граничных условий на блок 7, блок 8 задает в базовый вывод модели ток, равный току, протекающему через конденсатор 15 резистора 14 блока 7. Этот ток соответствует току рекомбинации в базе моделируемого транзистора. Блок 11 задает в коллекторный вывод модели ток, равный току через резистор 13 блока 7 и соответствующий току неосновньк носителей на коллекторной границе базы транзистора. Конденсаторы 1 и 2 модели.rt .« 1 Ь Л . , л «м .

э.эНсгг . l Vi av

.«.

hi-l--.l-p7,-)

.W «I .М

. обозначено

резисторов 16, 18 и 20 соответствен« « « «° ()i j ,C(,C,g - емкости конденсаторов 1, 2 и 17 и 19 соответственно;

.М К

- ток эмиттера и коллектора мoдeJш{ 722 руют барьерные емкости транзисторе, БЛОКИ 6 и 10 воспроизводят следующую зависимость Ь-ЕД„р м), где Е, V - выходное и входное напряжения } - тепловой потенциал-, EQ - некоторая константа. Управляемые источники 8 и 11 тока являются повторителями тока, дга1|ференциальньй усилитель 9 имеет единичный коэффициент передачи и служит для преобразования дифференциального напряжения на конденсаторе 2 в синфазное напряжение, подаваемое на вход блока 10. Соотношения для расчета параметров элементов модели можно получить на основании теории подобия, сопоставляя уравнения, описьгоающие процессы в транзисторе, и его модели. Рассматривают сначала квазистатический режим транзистора, когда блок 7 может быть представлен П-образным звеном (фиг.2). Методами теории электрических цепей можно составить следующую систему уравнений, описывающих процессы в модели: Ua, и - напряжения между эмиттером и базой и коллектором и базой модели .oi ч - нормальный и ийверсный коэффициен ты передачи тока модели. Математически записанная система уравнений (1) подобна системе уравнений Эберса-Молла. Сопоставляя урав нения (1), описывающие модели транзистора, с уравнениями Эберса-Молла описывающими объект моделирования, получаем следующие соотношения между параметрами модели и объекта: i,.i-c Vi-ic C), (3) где под i я 1 подразумеваются все пар1аметры модели и объекта, имеющие размерность тока, под С и С, о и - все. параметры модели и объекта, имеющие размерность емкости и времени соответственно;К., к, - масштабы по току и времени. Таким образом, зная параметры модели Эберса-Молла: токи насьш ения 1ду 1, коэффициенты передачи тока ,ctj , барьерные емкости р-п-переходов С, Cj в постоянные времени ЫМ -eci помощью масштабных соот ношений (3) можно перейти к параметрам (2), входящим в уравнение (1), и на основании (2) определить параметры элементов предлагаемой мЬдели Предлагаемая модель транзистора имеет замедленные в К раз по сравне нию с моделируемым транзистором дина мические характеристики. Величина Kf выбирается, исходя из удобства исследования модели в мшшисекундНОМ диапазоне и обычно равна 10-10 В более общем случае цри моделиро вании неквазистатического режима транзистора необходимо использовать не менее 6, 12 блоков 7. При этом параметры элементов этих блоков опре-50 деляются методами оптимизации, подбором величин ее элементов до совпадения характеристик модели и объекта с заданной точностью. Уравнения (1) записаны для случая, когда источники 8 и 11 тока являются повторителями тока. В более общем случае их передаточная характеристика может быть нелинейной. Это позволяет учесть токовую зависимость коэффициентов передачи тока транзистора. Экспоненциальные усилители и управляемые источники, используемые в модели, могут быть реализованы известными методами на базе интегральных операционных усилителей. Один из вариантов реализации источников 8 и 11 тока, Управляемых током, представлен на фиг. 3. Динамический диапазон модели можно расширить, если источник 8 тока выполнить состоящим из двух источников (8( и 8 на фиг.4), один из которых (например, на фиг.З) управляется током, протекающим по проводимостям блока 7, а второй выполнен с использованием емкостных связей и управляется током, протекаюпцш через емкости блока 7 (фиг.4). Расширение динамического диапазона достигается за счет того, что источники 8 и 8 тока имеют разные шкалы токов (разные верхние границы динамического диапазона по току), соответствую разным максимальным токам, протеканицим через емкости и через проводимости блока 7. . В предлагаемой модели ток базы воспроизводится источником В тока. а не образуется в виде малой разности двух больших токов, как у прототипа (базовый объект). Поэтому погрешность моделирования тока базы равна погрешности источника 8 тока, управляемого током, и сравнима с погрешностью воспроизведения тока коллектора (или эмиттера) у прототипа. Таким образом, при включении транзистора в схему с общим эмиттером точность повьнвается в 2 раза.

(Pui.3

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНЗИСТОРА, содержадее дифференциальный усилитель, первый и второй накопительные конденсаторы, первые выводы которых;соединены и являются базовым выводом устройства, эмиттерный и коллекторные выводы которого соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго накопительных конденсаторов, первый блок моделирования коэффициента передачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источника тока, и блок моделирования переноса неосновных носителей в базе, выполненный в виде RCG-сетки, о т ли чающее с я тем, что, с целью повьшения точности в него введены два блока формирования экспоненты и второй блок моделирования коэффициента передачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источника тока, выход которого соединен с коллекторным вьшодом устройства и с первым входом дифференциального усилителя, выход которого через первый блок формирования экспоненты соединен с первым управляющим входом управляемого источника тока второго блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора, второй управлякиций вход которого подключен к первому выводу RCG-сетки, выход управляемого источника тока первого блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора соединен с базовым выводом устройства, с вторым входом дифференциального усилителя и через второй блок формирования экспоненты подключен к второму выводу RCG-сетки, третий вывод которой соединен с первым управляю1цим входом управляемого источника тока первого блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора, второй О управляющий вход которого подключен К1 к шине нулевого потенциала, которая соединена с эмиттерным выводом устND ройства.