Устройство для моделирования тиристорно-диодной группы Советский патент 1987 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к аналого- цифровой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании и исследовании на аналоговых или аналого-цифровых вычислительных машинах различных электронных объектов, содержащих тиристорно-диодные группы„

Целью изобретения является расши- рение функциональных возможностей за счет воспроизведения различных типов кусочно-линейных моделей тиристорно- диодной группы.

На фиг с 1 изображена функциональ- ная схема устройства; на фиг„ 2 - временные диаграммы для различных комбинаций тирнсторно-диодных групп. Устройство содержит операционный усилитель 1S масштабный резистор 2 обратной связи3 первьш ключ 3, первый 4 и второй 5 масштабные резисто-- рЫ;, второй ключ 6j третий масштабный резистор 7, компаратор 8,, второй инвертор 9, регистр 10s первый мульти- плексор 11S первый 12 и второй 13 од новибраторы,, третий инвертор 14, второй IS, четвертый 16, пятый 17, тре- т:ий 18 и шестой 19 элементы И., источник 20 управляюп его напряжения, пер- вый 21э второй 22 и третий 23 элементы ИЛИ„ первый элемент И 24, RS-триг г ер 25, второй мультиплексор 265 первый инвертор 27.

Устройство работает следующим об- разом.

Для модели тиристорно-диодных групп существует 16 вариантов в виде различных типов функциональных преобразований; четыре возможные ком бйнации соединения вентилей: диод (Д тиристор (т), встречно-параллельное включение диода и тиристора (ТД), встречно-параллельное включение тиристоров (ТТ) . .

Каждая комбинация соединений вентилей может реахп-1зовываться в виде прямо1 о или обратного вклЕочения5 например для модели диода существует два варианта включения относительно Быбранвого направления тока; нстреч-- rioe и соглз.сное. То же мо}кет относиться и к другим тиристорно-диодным 1 руппам .

Поскольку аналоговая моде.аь осу- ществляет вычисление математических уравненийS записанных в какой-либо форме, и реапкзует их путем преобра-- зования входных напряжений в выходные в соответствии с решаемыми уравнениями, для электрических элементов, какими являются и тиристорно-диодные группы, существует два вида функцио- нальных преобразований: напряжения в ток (и - I) и тока в напряжение (I - U)

Таким образом, для каждой из четырех комбинаций соединений вентилей существует четыре типа функциональных преобразований: U- -1; -И- 1; Г- , а для всех четырех групп существует, следовательно, 16 ттшов функциональных преобразований.

Для реализации любого из вариантов моделей тиристорно-диодных групп необходимо задать соответствующий закон работы логического устройства, управляющего ключами 3 и 6. В предлагаемом устройстве настройка логической схемы на выполнение какого-либо из 16 вариантов функционального преобразования осуществляется загшсью соответствующего пятиразрядного двоичного кода в регистр 10, выходные уровни разрядов которого управляют прохождением логической информации через мультиплексоры 11, 26 и элементы И 15-19. I

В таблР1це показаны состояния вы- . ходов ра-зрядов регистра 10 при различных режимах работы устройства для моделирования тиристорно-диодных групп.

3

Как видно из таблии;ы, первый разряд рег истра 10 управляет полярност входного сигнала устройства, точнее его знаковым эквивалентом. Например если необходимо осуществить преобразование + -Y, выходной уровень компаратора 8 проходит без инвертирвания через второй вход мультиплексра 11, открытый сигналом управления Логическая 1. При необходимости реализации функционального преобразвания -X -I +Y выходной уровень компаратора 8 проходит на выход мультиплексора 11 через инвертор 9. При этом сигнал управления мультиплексором 11 имеет значение логического 0 Логическая схема (совокупность элементов И 15-19, 24, ШШ 21-23, инвертор 14, одновибраторы 12 и 13), подключенная к выходу мультиплексор 11, настроена на преобразование +Х-1- -у. Условимся, что компаратор 8 переключается в единичное состояние при X О, следовательно, нарастани сигнала компаратора 8 возникает при переходе входной величины X от X 0 к X 0. Спад си1 нала компаратора возникает при обратном пе реход входного сигнала X. Поскольку при преобразовании -X - +Y сигнал компаратора инвертируется, условия работы логической схемы устройства, подключенной к выходу мультиплексор 11, не изменяются,следовательно, возможна реализация обоих перечисленных преобразований без перестройки алгоритма работы этой логической схемы.

Аналогичным образом работает узел выполняющий настройку логики на режим преобразования U - 1 или 1 - U, состоящий из мультиплексора 26, коммутирующего на выход один из входных сигналов прямого или инверсного пле- чей триггера 25. Управление коммутацией осуществляется пятым разрядом регистра 10.

Логика работы преобразователей типа U - 1 для кусочно-линейных схем отличается от логики работы преобразователей 1 - и тем, что если для преобразования 1 - U в какой-то интервал времени коэффициент передачи Y/X К, то для этого же интервала времени для преобразования U - 1 коэффициент передачи всегда равен 1/К. Это вытекает из представления тирис- торно-диодной группы в виде дискрет

но изменяющегося активного сопротивления R. Для преобразования U - 1 1 1/R-U, для преобразования 1 - U и 1-R, Выходной сиг нал преобразования 1 - и соответствует току, протекающему через тйристорно-диодную группу: Y(IU) г 1, аналогично: Y(UI) U , X(IU)H и, X(UI) 1 , КЕ R.

Применительно к. устройству для моделирования тиристорно-диодных групп изменение коэффициента передачи К на Т/К означает изменение фазы переключения аналоговых ключей 3 и 6. На- приме р, для диода при преобразовании

0

5

0

5

0 5

g

и

1

-1 при X О К 1000 и при X К 0,001; при преобразовании

-и при X О К 0,001 и при X

К 1000.

соответствии с этим для диода ключ 6 замкнут, при и - 1, X г О, ключ 3 замкнут; при 6 разомкнут, ключ ключ 6

0

В

при и - 1, X О, ключ 3 разомкнутj ключ 6 разомкнут, 1 - и, X О, ключ 3 замкнут, при 1 - U, X О, замкнут, ключ 3 разомкнут.

Ключи 6 и 3 при преобразованиях и - 1, 1 - и всегда работают в проти- вофазе.

Аналогичные рассуждения справедливы и для других комбинаций элементов тиристорно-диодной группы.

Настройка устройства для моделирования тиристорно-диодной группы на реализацию функций Д, Т, ТД, ТТ осуществляется 2, 3, 4-ми разрядами регистра 10. Логическая реализация этих функций осуществляется элементами 12- 25, аналогично описанному, преобразования +Х -У и -X +У реализуются мультиплексором 11, а преобразования и - 1 или 1 - и реализуются мультиплексором 26 (достаточно рассмотреть один вид преобразования, например и 1 для функций д., Т, ТД, ТТ).

Начальными условиями является выключенное состояние вентиля (,001). В этом состоянии прямой выход триггера 25 имеет значение логического О, т.е. появление импульса на R- входе триггера 25 эквивалентно выключению модели тиристорно-диодной группы, а появление импульса на S- входе триггера 25 эквивалентно включению тиристорно-диодной группы.

Логическая группа элементов 12- 25 до лжна реализовать функциональную зависимость У Ф(Хд, а ), где X . - состояние компаратора; at - сигналы источника управляющего напряжения; Y - логическое состояние триггера 25.

Состояние компаратора преобразуется одновибраторами 12 и 13 в импульсы в моменты переключения его уровней. От нарастания сигнала компаратора (переход 0-1) формируется импульс на выходе одновибратора 13, а от спада сигнала компаратора (переход 1-0) формируется импульс на выходе одновибратора 12. Кроме того, от состояния компаратора зависит прохождение импульсов управления моделями тиристоров, вырабатываемых источником 20 управляющих напряжений. Таким образом, состояние триггера 25 - У Ф(о;их, Н, С), где Н - имкомпаратора не будет влиять на про- хождение сигналов управления .

Формула изобретения

Устройство для моделирования ти- ристорно-диодной группы, содержащее источник управляющего напряжения,RS10 триггер, операционный усилитель, выход которого является выходом устрой ства, масштабный резистор обратной связи, включенный между выходом и входом операционного усилителя, пер15 вый ключ и первый масштабный резистор, соединенные последовательно и включенные параллельно масштабному резистору обратной связи, второй ключ и второй масштабный резистор.

пульс, формируемьй одновибратором 13;jg соединенные последовательно и вклюС - импульс, формируемый одновибратором 12.

Для различных включений можно конкретизировать уравнение, описывающее логическую функцию.

Для диода Y/Д) H(S) VC(R), d Oj где H(S) - импульс по .нарастанию переключания сигнала компаратора, поступающий на S-вход триггера 25; C(R - импульс по спаду переключения сигнала компаратора, поступающий на R-вход триггера 25i

Диаграмма, соответствующая работе логического устройства при воспроизведении характеристики диода, приведена на фиг. 2а, уровни логических сигналов регистра 10 приведены в

таблице.

I

Для тиристора У(Т) (о(ЛХ) (S ) VC(R), диаграмма показана на фиг.26, а уровни логических сигналов регистра 10 - в таблице.

Для комбинации тиристор - диод Y (ТД) ()(S)VC(S)VH(R),. диаграмма показана на фиг. 2в, а уровни .логических сигналов - в таблице.

Для комбинации тиристор - тиристор Y (ТТ) o((S) V C(R) V H(R), диаграмма показана на фиг. 2г, а уровни логических сигналов регистра 10 - в таблице.

Условие 0(8) в режиме тиристор - тиристор всегда будет выполняться, так как Хд всегда равно единице вслед ствие наличия на выходе элемента И 19 логической 1, формируемой вторым и третьим разрядами регистра 10, следо35

40

50

ченные параллельно третьему масштабному резистору между входом операционного усилителя и входом устройства, к которому подсоединен вход

25 компаратора, первый элемент ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RS- триггера, отличающееся тем, что, с целью расширения функцио нальных возможностей за счет воспро3Q изведения различных типов кусочно- линейных моделей тиристорно-диодной группы, в него введены инверторы, мультиплексоры,одновибраторы, элементы И, ИЛИ, регистр, первый разрядный выход которого подключен к управляющему входу первого мультиплексора, выход которого соединен с входами первого и второго одновибра- торов и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен первому входу первого элемента И,выход которого соединен с первым входом третьего элемента РШИ, выход которого подключен к S-входу RS-триг- гера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с пер вым и вторым информационными входами второго мультиплексора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа непосредственно и чере первый инвертор - к управляющему вхо ду второго ключа, выход компаратора подключен к первому информационному входу первого мультиплексора непосредственно и через второй инвертор к второму информационному входу первого мультиплексора, выход первого одновибратора подключен к первым вхо дам второго и третьего элементов И,

вательно, уровень логического сигнала

компаратора не будет влиять на про- хождение сигналов управления .

Формула изобретения

Устройство для моделирования ти- ристорно-диодной группы, содержащее источник управляющего напряжения,RSтриггер, операционный усилитель, выход которого является выходом устройства, масштабный резистор обратной связи, включенный между выходом и входом операционного усилителя, первый ключ и первый масштабный резистор, соединенные последовательно и включенные параллельно масштабному резистору обратной связи, второй ключ и второй масштабный резистор.

5

0

0

ченные параллельно третьему масштабному резистору между входом операционного усилителя и входом устройства, к которому подсоединен вход

5 компаратора, первый элемент ИЛИ, выход которого подключен к R-входу RS- триггера, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет воспроQ изведения различных типов кусочно- линейных моделей тиристорно-диодной группы, в него введены инверторы, мультиплексоры,одновибраторы, элементы И, ИЛИ, регистр, первый разрядный выход которого подключен к управляющему входу первого мультиплексора, выход которого соединен с входами первого и второго одновибра- торов и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого элемента И,выход которого соединен с первым входом третьего элемента РШИ, выход которого подключен к S-входу RS-триг- гера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами второго мультиплексора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа непосредственно и через первый инвертор - к управляющему входу второго ключа, выход компаратора подключен к первому информационному входу первого мультиплексора непосредственно и через второй инвертор - к второму информационному входу первого мультиплексора, выход первого одновибратора подключен к первым входам второго и третьего элементов И,

выход второго одновибратора соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, второй разрядный выход регистра подключен к второму входу второго элемента И, к входу третьего инвертора и к первому входу шестого элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход третьего инвертора подключен к второму входу третьего элемента И,.выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, третий разрядный выход ре- гистоа подключен к вторым входам

63270

четвертого и шестого элементов И, четвертый разрядный выход регистра соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ, пятый разрядный выход регистра соединен с управляющим входом второго мультиплексора, выход источника управляющего напряжения подключен к второму ВХОДУ-первого элемента И, выходы второго и четвертого элементов И соединены с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ соответственно.

ь

10

15

Изобретение относится к области аналого-цифровой вычислительной тех-. НИКИ и может быть использовано при моделировании и исследовании на аналоговых или аналог о-дифрозых вычислительных машинах различных электронных объектов, содержащих тирис- торно-диодные группы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет воспроизведения различных типов кусочно-линейных моделей тиристорно-диодной группы. Для достижения цели в устройство введены инверторы, мультиплексоры, одновибра- торы, элементы И, ИЛИ, регистр. Рассматриваемое устройство для моделирования тиристорно-диодной группы позволяет путем программной настройки логической схемы (совокупность элементов И, ИЛИ, инвертора и одновибра- торов) реализовать кусочно-линейные модели всех возможных комбинаций параллельного включения полупроводни- ковмх тиристоров и диодов. 2 ил., 1 табл. g оо а оо ю s| о

«

. /