Устройство для моделирования тиристора

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено длямоделирования электронных схем, содержащих тиристоры,Целью изобретения является повышениеточности.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема источникатока.Устройство содержит блок 1 воспроизведенйя нелинейности типа экспоненты, блокмоделирования р-п-перехода, выполненныйв 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 5моделирования концентрации носителей вбазе тиристора, блок моделирования р-и-перехода, выполненный в виде источника 6 тока, блок 7 воспроизведения нелинейности типа экспоненты, информационный вход 8 устройства, накопительные конденсаторы 9, 10и 11, дифференциальный усилитель 12, управляющий вход 13 устройства, блок 14 воспроизведения нелинейности типа экспоненты, выход 15 устройства, Источники 2, 4, 6тока содержат операционные усилители 16,усилительный транзистор 17, масштабныерезисторы 18. Блоки 3, 5 выполнены в видеКСС-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:е = ео(ехр- 1);1= +1 оехр щу,У где еУ- выходное и входное напряжениеблоков 1, 7, 14;Ут - тепловой потенциал;1 - выходной ток источника тока, управляемого токоми напряжением Ъ;гп = 12 в зависимости от типар-п-переходов тиристора.Дифференциальный усилитель 12 имеет коэффициент передачи, равный 1, и служит для преобразованя 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-и-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.15 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 важных случаев, когда время пролета носителей через базу много меньше характерных времен управляющих воздействий, то уравнения предлагаемой модели аналогичны уравнениям математической модели 25 Эберса-Молла для тиристора.Составляя эти уравнения, получаем следующие соотношения для расчета параметров, элементов предлагаемой модели: 30 К 1 В.//ХоК 1 Кг/Яо//Вт //КоооЗзз 4 . к.ц//Ко/Иг//Ко //В, Кз 1 -Й о ВбЗ.,. с.г 4С 1 гК 1 = С т+ - - (ехр - ф 1);С 1 К,//З.о 1 Зг Уа40тС,)К /В, В /В8+УХ (ехр- 1);Сз 4 К = Сэ+ г К 2(ВО 1354 Ут Х (ехр - 1).,где 13 сс 1,1, С,1 - токи насыцения коэффициенты переносатока и емкости р-п-пе"реходов между областямии ) тиристора;К 1 К - масштабы моделиро вания по току и времени;ео,еог еоз - параметры е, блоков1;13, 7;- сопротивления П-образного звена, включенные соответствен- но параллельно его входу, между входом и выходом и параллельно выходу, для блоков 3 и 5. бин Составитель В. Рь ехред И. Верес ираж 611арственного комизобретений и о - 35, Раушская т, г. Ужгород,ТТПИ Госудо делам иМосква, ЖП Патен едактор Н. Швыдкааказ 4190/48 КорректорПодписноетета СССРткрытийнаб., д. 4/5ул. Проектная,ескид ВНИИ п 113035,лиал ППС помощью параметров 1 о возможно ме 1 О нять долю рекомбинационной компоненты тока р-п-переходов.Указанные параметры модели ЭберсаМолла могут быть измерены по стандартной методике.15 Практически удобно выбирать К = 1, К= 10 в, При этом временные процессы в модели протекают в 10 в раз медленнее, чем в объекте. Благодаря этому становится возможным использовать для наблюдения этих процессов простой низкочастотный осцил 20 лограф. По сравнению с прототипом (базовый объект) предлагаемая модель позволяет моделировать не только функцию тиристора как ключа, но и детально воспроизводить все его характеристики, описываемые моделью Эберса-Молла.Применение аналоговой модели тиристора при проектировании электронных устройств, в частности интегральных схем, позволяет получить существенный экономический эффект. Так, аналоговый компьютер, состоящий из 20 аналоговых моделей транзисторов (или О аналоговых моделей тиристоров), стоит примерно 4000 р. Затраты на анализ электронной схемы из 20 транзисторов (или 1 О тиристоров) с помощью ЦВМ составляют 150 р. при стоимости машинного времени 50 р./ч. Таким образом, в то время как стоимость анализа на ЦВМ сохраняется постоянной, равной 150 р. на схему, стоимость аналогового компьютера полностью окупается после анализа на нем 27 схем.