Устройство для моделирования электрических цепей

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4(51) С 06 С 7/62 Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ ИСА ТОРСНОМ ходом лючен ямой и к уп инве итиля соед согл к о ком е выхододомнта И т Е подклюраспр н к соответствую лителя управляющи выхо пуль ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Николаевский ордена Трудового Красного Знамени кораблестроительный институт им, адм. С. О, Макарова (53) 681.333(088.8)(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ, содержащее модели вентилей и матрицу О и моделирующих резисторов, одни выводы моде лирующих резисторов, образующих. строки матрицы, подключенны через соответствующие уравновешивающие усилители к другим выводам моделирующих резисторов, образующих столбцы матрицы, и через соответствующие токо- задающие резисторы к соответствующим источникам напряжения, каждая модель вентиля состоит из масштабирующих резисторов, инверторов и операционного усилителя и подключена прямым и инверсным входами соответственно к .1 -му и-ому столбцам матрицы,-я и 1 -я строки которой соединены с инверсным и прямым выходами 1/2 модели вентиля, в каждой модели вентиля прямой вход модели подключен через первый масштабирующий резистор ЯО 1163341 А к входу операционного усилителя модели вентиля, выход которого соединен через второй масштабирующий резистор с прямым выходом модели вентиля и через последовательно соединенные первый инвертор и третий масштабирующий резистор с инверсным выходом модели вентиля, инверсный вход каждой модели вентиля подключен через последовательно соединенные второй инвертор и четвертый масштабирующий резистор к входу операционного усилителя модели вентиля, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введен распределитель управляющих импульсов, а в каждую модель вентиевведены два компаратора, знакосогласующие диоды, элементы И, И-НЕ и НЕ и ключ, информационный вход которого подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с выходом ключа и через последовательно соединенные первый компаи элемент НЕ с первым.в нта И., выход которого по авляющему входу ключа, п сный входы каждой модели инены через соответствующ сующие диоды с входамивто ора, выход которого подклю му входу элемента И-НЕ,ого соединен с вторым вх нта И, второй вход элемеИзобретение относится к аналоговойвычислительной технике и может бытьиспользовано при моделировании электрических цепей с полупроводниковымиэлементами. 5Цель изобретения " повышение точности моделирования и расширение клас.са решаемых задач путем обеспечениявозможности моделирования цепей суправляемыми вентилями. ФОНа фиг. 1 приведена функциональнаясхема предлагаемого устройства; нафиг, 2 - схема логического блокамодели вентиля; на фиг. 3 - возможнаяреализация распределителя управляющих импульсовУстройство содержит матрицуисточники 2 напряжения, блок 3 уравновешивающих усилителей, блок 4 моделейвентилей, распределитель 5 управляющих импупьсов. Каждая модель вентиляимеет операционный усилитель 6, второй7 и первый 8 инверторы, масштабирующие резисторы 9 - 12, ключ 13 логический блок 14,прямой 15 и инверсный16 входы, инверсный 17 и прямой 18выходы. В логический блок 14 (фиг, 2)объединены второй компаратор 19,знакосогласующие диоды 20 и 21, элемент И-НЕ 22, первый компаратор 23, 30элемент НЕ 24 и элемент И 25 .Распределитель 5 (фиг. 3) содержитгенератор 26 линейно изменяющегосянапряжения, компаратор 27, конденса,тор 28, резистор 29 и диод 30, Матри З 5ца 1 включает моделирующие резисторы31 и токозадающие резисторы 32.Матрица 1 моделирующих резисторовсовместно с источником 2 напряжения,уравновешивающими усилителями 3 моде лирует электрическуюцепь безвентилей в соответствии с уравнением, составленным по методу узловых потенциаловА= аоЕ 1где А - матрица собственных ивзаимных проводимостей,ветвей;- матрица-столбец узловыхпотенциалов цепи;ао - диагональная матрица проводимостей ветвей, содержащихисточники 2;Е - матрица-столбец источников2,Операционный усилитель 6 служит для вычисления аналоговой модели токачерез вентиль в прямом напрацленин по методу неявных функций в соответствии с уравнением1 1= - а( --- Ч, --- -), (2)8 Г К 11Кгде,- коэффициент усиления операционного усилителя в режимеработы без местной обратнойсвязи;Ч- аналоговые модели потенциа 1(лов в х -м и 1 -м узлах цепи,к которым подключен вентиль .Резисторы 9 и 1 0 являются со гласующими и служат для подачи соотв етс тв енно прямого и обратного значений4 аналоговой модели тока вентиля на потенциально нулевые (входные) точки соответствующих усилителей блока 3. Резисторы 11 и 12 являются масштабирующими и в соответствии с уравнением (2) определяют коэффициенты передачи операционного усилителя 6 по потенциалам ф и Ц. В част 1ном случае, при равенстве масштабов по этим потенциалам выполняется соотношение К=ККлюч 13 служит для моделирования полупроводящих свойств моделируемого вентиля, Замкнутое состояние ключа, при котором выходной сигнал У операционного усилителя 6 равен ну,йю при любых значениях напряжений на его входе, соответствует моделированию запертого состояния вентиля. Разомкнутое состояниеключа соответ. ствет моделированию проводящего (открытого состояния вентиля. Логический блок 14 реализует следующую логическую зависимость:У=У- Рф 1, 3 где у - сигнал управления ключом 13,истинное значение у=1 означает замыкание ключа 13, чтосоответствует моделированиюзапертого состояния вентиля,значение У=О соответствуетмоделированию проводящего(открытого) состояния вентиляуУ - логическая переменная, истинное значение которойсоответствует наличию управ-.ляющего импульса с соответствующего выхода распределителя 5;У - одноместный предикат, истинное значение которого соответствует наличию открывающей разности напряжений междуанодом и катодом моделируемого вентиля;1 - одноместный предикат, истинное значение которого соответствует наличию тока черезвентиль в прямом направлении.Компаратор 19 служит для формирования предиката ф, компаратор 23для формирования предиката 1, логические элементы 22, 24 и 25 реали Озуют зависимость типа (31 для каждоймодели вентиля с учетом импульсовуправления У, поступающих из распределителя 5, в котором на первыйвход компаратора 27 подключены выха.ды генератора 26, а на второй входподается отрицательное напряжение,соответствующее углу о управлениявентилем,Активно емкостная цепочка элементов 28 и 29 служит для формирования импульсов отрицательной полярности с открытым передним фронтомв моменты времени, соответствующиепоявление отрицательного напряжения 25на выходе компаратора 27. Ток заряда конденсатора 1при этом создаетотрицательное относительно общейточки схемы падение иапряжения нарезисторе 29, которое и является ЗОвыходом схемы, Диод 30 срезает положительные импульсы тока разрядаконденсатора 28. Устройство работает следующим об разом.При отсутствии сигналов управления.на выходах распределителя 5, т.е. при11) ) Б 2, матрица 1 совместно с источниками 2 и уравновешиваю- щ щими усилителями 3 моделирует элек-, трическую цепь в соответствии с уравнением 1) для случая, когда все вентили не проводят ток. При этом на выходах уравновешивающих усилите лей 3, а следовательно, и на входах операционных усилителей 6 отрабатываются потенциалы соответствующих узлов Ч , однако в силу зависимости (3) при 7=0 и при 1=0 переменные 5 О на выходах логических блоков 14 у=1,следовательно, ключи 13 в цепях об"ратных связей операционных усилителей замкнуты и токи вентилей 18строго равны нулю, так как сопротивление ключа в замкнутом состоянииравно нулю. При задании в распределители 5 некоторого значения углауправления о. для какого-либо вентиля на вход элемента И-НЕ 22 приходитимпульс управления 7 отрицательнойполярности, который при наличии условий открывания данного вентиля понапряжениюналичие отрицательногоуровня напряжения на выходе компаратора 19, соответствущего истинному значению предиката т =1) вызывает появление нулевого уровня напряжения на выходе элемента И-НЕ 22,Независимо от значения сигналакомпаратора 23 переменная у на выходе элемента И 25 принимает нулевоезначение, что приводит к размыканию ключа 13 в обратной связи операционного усилителя б. На его выходепоявляется инверсное значение токачерез вентиль , которое поступаетв модель электрической цепи черезсогласующие резисторы 9 и 10 и навход компаратора 23 модели вентиля.Ток 1 при этом вычисляется операционным усилителем 6 строго в соответствии с зависимостью ( 2), таккак сопротивление ключа 3 в разомкнутом состоянии равно бесконечно.сти. Наличие тока х в модели электрической цепи приводит к ,изменениюее узловых потенциалов , связанному с переходом вентиля в приводящеесостояние. Наличие инверсного значения тока х на входе компаратора 23приводит к появлению на его выходеотрицательного уровня напряжения,соответствующего предикату Т=1. Навыходе элемента НЕ 24 появляется нулевой сигнал, обеспечивающий разомкнутое состояние ключа 13 даже принулевых значениях У и 9 до тех пор,пока ток через вентиль хв не спадаетдо нуля. После исчезновения токалогический блок готов к следующемуциклу моделирования вентиля.1163341 фиа 1 й д, О( а и, ф Фмз.2 ФизЗ Составитель А.,Яицков Редактор С, Саенко Техред Т.МаточкаКорректор,М, пис За лиал ППП патент", г. Узгород, ул. Проектн 4105/49 Тирак 710ВНИИПИ Государственного кпо делаи изобретений и13035, Москва, %-35, Раушс иитета СССР ткрытий я наб д.