Устройство для моделирования транзистора

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскиз Социалистических Реслублик(22) Заявлено 050881 (21) 33 31017/18-24 6 06 О 7/48 с присоединением заявки МоГосударственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.И.В Г.А.Вел ститут проблем надежности и долговечнос машин АН Белорусской ССР 1) Заявител(54) УСТРОЙС МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАНЗИСТОР относится к вычисли- е и может быть испольелирования и расчета ем, содержащих транй т с тройства для моделироваа, содержащие источя, операционные усилиы, резисторы, делите-. и элементы односторонти 11 и 2,этих устройств явони моделируют лишь й изолированный от схеи не могут быть примеирования схем путем х транзисторов схемы й Наиболее близким по технической сущно ройство для моделиро ра по эквивалентной щее резисторы для мо сивных элементов, ге жений для моделирова мых источников тепло лектора и напряжения операционные усилите рования зависимых ис и напряжения 3. изобретениюти является устания транзистохеме, содержаелирования пасераторы напряия независиого тока колэмиттер-базы,и для моделиочников тока достигасодер делиров тора, г Изобретение тельной техник зовано для мод электронных сх зисторы,Известны ус ния транзистор ники напряжени тели, инвертор ли напряжения ней проводимосНедостатком ляется ю, что отдельно взяты мы транзистор иены для модел замены реальны их моделями. Недостатком известного устро -ства являются его ограниченныефункциональные возможности, так какего помощью можно моделироватьолько узкий класс схем, а именно,хемы, работающие при малом сигнале. Работа известного устройства только на малом сигнале, т.е.в малой окрестности рабочей точкитранзистора, связана с моделированием его по линейной эквивалентной схеме. При большом же сигналесильно сказываются нелинейные своства транзистора.5Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей, т.е.возможность моделирования транзистора в электронных схемах, работаю щих не только на малом сигнале,но и на большом (например, оконечных усилителях мощности), при котором рабочая точка транзистора перемещается в широких пределах, путемкусочно-линейной аппроксимации входной вольт-амперной характеристикитранзистора.Поставленная цель етсятем, что. в устройство жащеегенератор тока для мо аниятеплового тока коллен енера 1005094тор напряжения для моделирования напряжения база-эмиттер и два операционных усилителя для моделирования соответственно зависимых источников тока и напряжения, причем первый вход первого операционного усилителя 5 соединен с коллектооным выводом уст-ройства, а второй вход первого операционного усилителя подключен к первому выходу 1 енератора напряжения, вы" ход первого операционного усилителя, 10 подключен к первому входу второго операционного усилителя и через масштабирующий резистор соединен с базовым выводом устройства, второй выход генератора напряжения соединен с 15 эмиттерным выводом устройства, вы ход второго операционного усилителя подключен к коллекторному выводу устройства, и через масштабирующий резистор соединен с эмиттерным выводом устройства, а второй вход второго операционного усилителя через генератор тока соединен с эмиттерным выводом устройства, введены И) компараторов ( И)ключей и И) дополнительных масштабирующих резисторов, где И - количество отрезков кусочно-линейной аппроксимации входной вольт-амперной характеристики транзистора, при этом входы компараторов объединены и соединены с базовым выводом устройства, выходы компараторов соединены с управляющими входами соответствующих ключей и соответствующими управляющими входами управляемого генерато ра напряжения, информационные входы ключей объединены и соединены с базовым выводом устройства, а выходы ключей через соответствующие дополнительные масштабирующие резисторы 40 соединены с первым входом второго операционного усилителя.На фиг,1 изображена структурная схема устройства для моделирования транзистора в электронной схеме, 45 на фиг.2 - входная вольт-амперная характеристика транзистора и.ее кусочно-линейная аппроксимация, нагрузочная прямая и рабочая точка транзистора.50Устройство содержит(И)ключей 1, Ь) компараторов 2, И масштабирующих резисторов 3, управляемый генератор напряжения 4, второй операционный усилитель 5, генератор тока б, первый операционный усилитель 7, масштабирующий резистор 8.Ключи 1 предназначены для па-. раллельного подключения к резистору 3,. резисторов 3 З,компараторы 2 - для управления ключами 1 60 в зависимости от уровня входного сигнала. Резисторы 3 предназначены для воспроизведения наклона отрезков прямых, аппроксимирующих входную вольтамперную характеристику 65 транзистора. Генератор 4 напряже-ния служит для установки напряжения,имитирующего часть напряжения база-эмиттер и равного абсциссе точки начала отрезка прямой входнойвольт-амперной характеристики, накоторой в данный момент находится.рабочая точка (фиг.2) . Первыйоперационный усилитель .7 (напряжения) служит для моделирования влияния напряжения коллектор-эмиттер навходную вольт-амперную характеристикугенератор токаб - для отражения влияния теплового тока коллектора, второй операционный усилитель 5 - длямоделирования коэффициента усилениятранзистора по току. Резистор 8 предназначен для отражения конечного наклона выходной вольт-амперной характеристики в активной области.Устройство работает следующим образом,До установки модели транзисторав исследуемую электронную схему производятся следующие предварительныеоперации. Устанавливается требуемыйнаклон выходной вольт-амперной характеристики, транзистора в активнойобласти установкой соответствующегозначения сопротивления резистора 8.Входная вольт-амперная характеристика транзистора аппроксимируется кусочно-линейной функцией следующимобразом. Наклон каждого отрезкакусочно-линейной функции устанавливается с помощью резистора 3, имеяввиду при этом, что каждый последующий резистор шунтируется предыдущей. Пороги срабатывания (И)компараторав 2 устанавливаются равными абсциссам точек пересечения отрезков прямых, аппроксимирующихвходную вольт-амперную характеристику. Устанавливаются амплитуды ступенек напряжения в генераторе 4ступенчатого напряжения: амплитудапервой ступеньки напряжения генератора 4 устанавливается равной абсциссе точки начала первого отрезкапрямой кусочно-линейной функции,амплитуда последующих ступенекабсциссам точек пересечения отрезцов прямых,В усилителе 5 (тока ) устанавливается коэффициент усиления, равньИстатическому коэффициенту усиленияпо току моделируемого транзистора.Далее производится установка мо-.дели транзистора в исследуемую схему, электронную схему, путем заменыреального транзистора его моделью.Подается напряжение питания на исследуемую схему. При этом произойдет автоматическая установка статической рабочей точки модели транзистора, соответствующей рабочей точкереального транзистора. Произойдетэто следующим образом. В первона40 Формула изобретения Устройство для моделирования транзистора, содержащее генератор тока, управляемый генератор напряжения и два операционных усилителя, причем первый вход первого операционного усилителя соединен с коллектор 45 чальный момент рабочая точка будет иметь координаты точки пересечения первого начального отрезка входной вольт-амперной характеристики с нагрузочной прямой. Если напряжение между выводами базы и эмиттера при этом меньше порога срабатывания первого компаратора (а следовательно и остальных ), то процесс .установки рабочей точки окончится, Если же это напряжение больше порога срабатывания одного (первого ) или более компараторов, то после срабатывания соответствующих компараторов будут подключаться резисторы, соответствующие отрезкам прямых входной вольт-ампер ной характеристики, и генерироваться соответствующие ступеньки напряжения генератора ступенчатого напряжения до .тех пор, пока рабочая точка не ус тановится. Графически это будет сост- о ветствовать точке пересечения кусоч- но-линейной функции с линейной функцией (нагрузочной прямой ).После подачи входного сигнала рабочая точка начнет перемещаться по со- ответствующему отрезку. прямой входной вольт-амперной характеристики. Если амплитуда входного сигнала достаточно велика, то при достижении ею определенной величины будут срабатывать соответствующие компараторы и будет меняться соответственно наклон входной вольт-,амперной характеристики.Данное устройство позволяет осуществлять моделирование транзисто ров, работающих в реальных схемах как на малом, так и на большом сигнале, что значительно расширяет класс моделируемых схем. ным выводом устройства, а второй вход первого операционного усилителя подключен к первому выходу генератора напряжения, выход первого операционного усилителя подключен к первому входу второго операционного усилителя и через масштабирующий резистор соединен с базовым выводом устройства, второй выход генератора напряжения соединен с эмиттерным выводом устройства, выход второго операционного усилителя подключен к коллекторному выводу устройства, и через масштабирующий резистор соединен с эмиттерным выводом устройства, а второй вход второго операционного усилителя через генератор тока соединен с эмиттерным выводом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональныхвозможностей устройства за счет моделирования транзистора в электронных схемах, работающих при больших сигналах, в него дополнительно вве-. дены( и -1) компараторов, (И -1)ключей и (и -1) дополнительных масштабирующих резисторов, где И в .количество отрезков кусочно-линейной аппроксимации входной вольтамперной характеристики транзистора, при этом входы компараторов объединены и соединены с базовым выводом устройства, выходы компараторов соединены а управляющими входами соответ-ствующих ключей и соответствующими управляющими входами управляемого генератора напряжения, информационныевходы ключей объединены и соединены с базовым выводом устройства, а выходы ключей через соответствующиедополнительные масштабирующие резисторы соединены с первым входом второго операционного усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 485470, кл. 0 06 6 7/48, 1974,2. Авторское свидетельство "СССР В 708366, кл. 606 6 7/48, 1980. 3. Авторское свидетельство СССР 9 270353, кл. 606 6 7/48, 19701005094 роловКоррек СоставительТехред А. Баби Редактор К.Волощук Ю.Макаренк Заказ 190 д. 4/ наб ал ППП "Патентф, г. ужгород, ул. Проектная Тираж 704 ВЫИИПИ Государственног ло делам изобретений 113035, Москва, Х, Р