Модель @ - @ -перехода Советский патент 1987 года по МПК G06G7/62 

1

Изобретение относится к области аналогового моделирования и предназначено для моделирования биполярных полупроводниковых приборов как компонентов электронных схем.

На чертеже изображена схема моделирования р - п-перехода.

Цель изобретения - повьппение точности моделирования,

Модель р - п-перехода включает первый ключ 1, повторитель 2 напряжения, усилительный транзистор 3, операционный усилитель 4, резистор 5, первый масштабный резистор 6, кото- рые составляют экспоненциальный преобразователь 7, Кроме того, модель включает источник 8 напряжения, содержащий дифференциальные усилители 9 и 10 и резистор 11, сумматор 12, резистор 13, второй масштабный резистор 14, второй ключ 15, первый и второй компараторы 16 и 17, RS-триггер 18, шины 19 и 20 опорного сигнала, источник 8 напряжения, сумматор 12, ключ 15, резисторы 13 и 14 составляют источник 21 тока.

Модель работает следующим образом Предположим, что к первому выводу модели приложено.напряжение V, Тогда на выходе экспоненциального преобра- зователя поянится напряжение Uaou

Ua,,R,I,(exp )4-и,„,,

где Rj(О

сопротивление резистора 5 и 6, в зависимости от положения ключа 1; Uc(«to напряжение смещения нуля операционного .усилителя; I, - ток насыщения транзистора 3 в диодном включении; m г-1 - его т-фактор. Поскольку источник 21 тока, управляемый током, имеет нулевое входное сопротивление, то напряжение на втором выводе модели также равно UBOI.

Ток выхода источника 21 тока управляемого током, равен току его входа Ig. , протекающему с выхода экспоненциального преобразователя к второму выводу модели, поскольку

т - .

вЫ« R,j,R,j

llftJulHt. iu.

R

13,14

(2)

где Uj - напряжение на выходе сумматора 12;

R,

«

R - передаточное сопротивление источника 18 напряжения, управляемого током; UC-MO - напряжение смещения нуля сумматора 12;

сопротивление резистора 13 или 14,

Поскольку выход 21 источника тока соединен с первым выводом модели, то ток, втекающий в ее первый вывод, оказывается равным току, вытекающему из ее второго вывода,

В предлагаемой модели, в отличие от традиционного моделирования на аналоговых вычислительных машинах, безразлично какой из- выводов считать входом, какой - выходом, и безразлично какое внутреннее сопротивление имеет источник внешних сигналов, т,е данная модель является обратимой.

Перечисленные свойства модели и воспроизводимьш ею зависимости (1) и (2) аналогичны соответствующим свойствам р - п-переходе. Если к ее второму выводу подсоединить резистор R. (не показано), то получим модель диода, поскольку при этом ток I первого вывода модели равен

R UsibJLv

т Т R т R -S-S

--4 , а-Цх R (exp -.- -1),

Кг Ш T-f

что типично для диода,

Егпи стоит задача моделирования транзистора, то каждый из р - п-пе- реходов следует заменить предложенной моделью, а область базы Т-образ-- ной цепочкой из резисторов. Аналогично можно моделировать более сложные полупроводниковые приборы.

Динамический диапазон (ДД) модели ограничен величинами е.по определяется как

ПП letii i/l-. ™ UCHO

(3)

ДД, jj,-4exp -,-- -1), (4) UtM(j DC. МО

Из этих выражений следует, что ДЦ можно расширить, если увеличить сопротивление a,i4 и Rj- , Однако это увеличение должно быть таким,

чтобы напряжения не выходили за верхнюю границу ДД операционных усилителей модели. Следовательно, сопротивления RIJ и RI, а также Rf и Re

J I

должны иметь разные номиналы, например, R lOORj , R,j 100R,4, большее сопротивление следует подключать в случае, когда напряжение на выходе операционного усилителя 4 (ОУ) мало, и подключать сопротивление, если выходное напряжение ОУ 4 превышает верхнюю границу его ДЦ. Описанный алгоритм реализуется RS-триггером 18 компарторами 16 и 17, ключами 15 и 1 и усилителем 4,

Опорные напряжения и , подключаемые к входам компараторов 16 и 17, выбираются: Uon равньм верхней границе ДЦ, в 10-100 раз меньше. Триггер 18 служит для запоминания диапазона, в пределах которого модель работает в данный момент времени.

Динамический диапазон благодаря применению масштабирования расширяеттеоретически в

Rf

Rj3 RM

раз, однако паразитные наводки, утечки по печатной плате и конечное сопротивление земляных шин не позволяют получить расширение ДЦ более, чем в 100 раз (на 40 дБ),

Формула изобретения

Модель р - п-перехода, содержащая операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включены последовательно соединенные первый масштабный резистор и первый ключ, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с шиной

36057.

нулевого потенциала модели, выход операционного усилителя подключен к входу первого компаратора, второй вход которого соединен с шиной опорного сигнала модели, выход первого компаратора подключен к R-входу RS-триггера, второй компаратор, второй ключ и второй масштабный резис- 10 тор, отличающаяся тем, что, с целью повьш1ения точности моделирования, в нее введены повторитель напряжения, усилительный транзистор, источник напряжения и сумма15 тор, ВЫХОД которого соединен с входом повторителя напряжения и является первым выводом модели, между выходом и первым входом сумматора включены последовательно соединенные вто20 рой масштабный резистор и второй ключ, выход операционного усилителя соединен с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого является вторым выводом модели, а вы25 ход подключен к второму входу сумматора, выход операционного усилителя соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого подключен к шине опорного сигнала мо30 дели, выход второго компаратора соеди нен с S-входом RS-триггера, выход KOTopioro подключен к управляющим входам первого и второго ключей, выход повторителя напряжения

35

подключен к эмиттеру усилительного транзистора, база и коллектор которого соединены с инвертирующим входом операционного усилителя.

Изобретение относится к области аналогового моделирования и предназначено для моделирования биполярных полупроводниковых приборов как компонентов электронных схем. Цель изобретения -.повышение точности моделирования. Модель содержит ключи, повторитель напряжения, усилительный транзистор, операционный усилитель, масштабирукяцие резисторы, RS-триг- гер, компараторы, источник тока, включающий источник напряжения, сумматор . Данная модель описывает поведение прибора относительно его внешних выводов и слзгжит для решения задач, в которых исходными данными являются такие параметры, как ток насыщения р - п-перехода, m - фактор, барьерная емкость, коэффициент передачи тока, постоянная времени коэффициента передачи. I ил, 00. со а о ел