Резистивный узел сеточной модели

(5 У С 06 С 7/46 ОП ИЗОБРЕТ ВТО стоо 21) 22) 46) 3603692/24-209.06,8323.10,84. БюлГ.Н.Азаров,армаш и Л.ИХарьковскийческий инст и ла, состо торов исто ния, диффе- генератора рез онн трех эка посто я с на ренциалъног пилообразно ндриевскии В.М ,Тор орд итут .8) е св 06 С я и компара.В ючен к тносите Ленина В.И.Ле орог ыхо лок тора,входуной длвыход л ован роипульс ител единен с входом(56) 9 54 ото тел ьст 46, 19 ельство46, 19 ения,о с вид Об С СТИВ е С(54)(57) 1, МОДЕЛИ, сод блок провод выходы кото РЕЗИржамос ого щии блок упр ти, первый и являются со второиответст и,пер- аторой выхо ом генер вход блок новочному оду триггера,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ венно первым и вторым выводами устроиства и подключены соответственно кпервому и второму входам блока линеаризации, выход которого соединен спервым информационным входом блокауправления, первый, второй и третийуправляющие входы которого подключены соответственно к первому, второмуи третьему выходам программного блокапервый выход блока формирования относительной длительности импульса соединен с вторым информационным входомблока управления, первый, второй итретий выходы которого подключены соответственно к первому, второму итретьему входам блока проводимостпервый выход которого соединен свым выводом сглаживающего конденсра, второй вывод которого подключенк шине нулевого потенциала, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности, в него введенблок формирования временного интервагенератора пилообразног напряж выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход котО- рого соединен с выходом дифференциального усилителя, первый вход которого подключен к первому выводу первого эталонного резистора и к затво- фЯ ру и истоку полевого транзистора, сток которого соединен с выходом источника постоянного напряжения и первым выводом второго эталонного ре" зистора, второй вывод которого подключен к второму входу дифференциального усилителя и первому выводу третьего эталонного резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого эталонного резистора и шиной нулевого потенциала.2. Узел по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что в нем блок формирования относительной длительности импульса содержит генератор запускающих импульсов, триггер и генератор опорной частоты, выход которого подключен к первому установочному входу триггера, выход которого является первым выходом блока, втооторого соединен с выхо ора запускающих импульсов, подключен к второму уста 11203 ббИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении автоматизированных сеточных интеграторов для моделирования уравнений математическойфизики и для решения задач управления объектами с распределенными параметрами.Известен узловой элемент сеточноймодели, содержащий блок проводимости, входы которого соединены с выходами блока управления, первый вход которого подключен к выходу программного блока, блок аналоговой памяти,ключи блока слежения и блок развязки 11,Недостатком устройства являетсянеобходимость применения большогоколичества цепочек, состоящих изпрецизионного резистора и ключа, для 20получения малой дискретности величины проводимости в требуемом диапазоне, Это приводит к усложнению схемыуправления ключами, возрастанию габаритов и стоимости узлового элемента что: имеет решающее значение припостроении многомерных сеточных моделей с большим числом узлов.Для поддержания постоянной разности потенциалов между стоком и затвором МОП-ключа в целях исключениязависимости сопротивления открытогоканала полевого транзистора от потенциала узла требуется сложная схемауправления, включающая четыре взаимосвязанных блока.Зависимость сопротивления открытого канала транзистора от величиныпроходящего тока отрицательно сказывается на точности.40Кроме того, аналоговая памятьсложна в технической реализации и необеспечивает высокой стабильности .хранимого параметра, что снижаетточность узлового элемента,Наиболее близким техническим решением к изобретению является резистивный узел сеточной модели, содержащий блок проводимости, состоящий из параллельных цепочек с после довательно включенными резисторами и ключом на полевом транзисторе с управляющим р-О-переходом между ними, входы которого соединены с выходами блока управления, состоящего из трех 55 идентичных каналов, каждый собран на полевом транзисторе, исток и затвор которого соединены резистором обратной связиисток через выходной 1 е -зистор соединен с анодом ограничительного диода, катод которого явля - ется третьим входом блока управления анод - его выходом, сток полевого транзистора - вторым, а затвор - пер вым входами блока управления, который подключен к выходу программного блока, блок формирования относительной длительности импульса, состоящий из формирукщего триггера, первого ге нератора опорной частоты и второго генератора опорной частоты с управля емым фазовым сдвигом, выход которого подключен к первому входу формирующего триггера, второй вход которого непосредственно подключен к выходу первого генератора опорной частоты, сглаживающую емкость и блок линеаризации, включающий два усилителя, выходы которых соединены с крайними выводами делителя напряжения, средний вывод которого подключен к второму входу блока управления, третий вход которого соединен с выходом бло ка формирования относительной длительности импульса, первьгй и второй выходы блока проводимости подключены соответственно к входам первого и второго усилителей блока линеаризации, одна обкладка сглаживающей емкости соединена с первым выходом бло ка проводимости, а.другая - с шиной нулевого потенциала 21.Недостатком известного устройства является то, что сопротивление канала полевого транзистора существенно зависит от температуры, что снижает точность узлового элемента. Экспериментально установлено, что изменение температуры приводит к изменению величины сопротивления цепей блока проводимости на величину до 17 на каждые 10 С.оЦель изобретения - повышение точности резистивного узла сеточной модели.Поставленная цель достигается тем, что в узел, содержащий блок управления, блок проводимости, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выводами устройства и подключены соответственно к первому и второму входам блока линеаризации, выход которого соединен с первым информационным входом блока управления, первый, второй и третий управляющие входы ко 1120366торого подключены соответственно кпервому, второму и третьему выходампрограммного блока, первый выходблока формирования относительнойдлительности импульса соединен с 5вторым информационным входом блокауправления, первый, второй и третийвыходы которого подключены соответствеццо к первому, второму и третьемувходам блока проводимости, первый 1 Овыход которого соединен с первым выводом сглаживающего конденсатора,второй вывод которого подключен кшине нулевого потенциала, введен блокформирования временного интервала, 15состоящий из полевого транзистора,трех эталонных резисторов, источникапостоянного напряжения, дифференциального усилителя, генератора пилообразного напряжения и компаратора, выход которого подключен к входублока формирования относительнойдлительности, второй выход которогосоединен с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого 25подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен свыходом дифференциального усилителя,первый вход которого подключен к первому выводу первого эталонного резистора и к затвору и истоку полевого транзистора, сток которого соединен с выходом источника постоянногонапряжения и с первым выводом второго эталонного резистора, второй вы 35вод которого подключен к второмувходу дифференциального усилителяи первому выводу третьего эталонного резистора, второй вывод которогосоединен с вторым выводом первогоэталонного резистора и шиной нулевого потенциала,Кроме того, блок формирования от.носительной длительности импульсасодержит генератор запускающих импульсов, триггер и генератор опорной частоты, выход которого цодключен к первому установочному входу , триггера, выход которого является первым выходом блока, второй выход ,которого соединен с выходом генератора запускающих импульсов, вход блока подключен к второму установочному входу триггева,На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого узла.Устройство содержит блок 1 проводимости, блок 2 линеаризации, блок 3 управления, программный блок 4, блок 5 формирования относительной длительности импульса, сглаживающий конденсатор 6, блок 7 формирования временного интервала.Блок 1 проводимости содержит резисторы 8 и ключи 9, Блок 2 линеаризациц содержит усилители 10 и резисторы 11, Блок 3 управления содержит резисторы 12 и 13, полевые транзисторы 14 и диоды 15, Программный блок 4 содержит транзисторы 16. Блок 5 формирования относительной длительности импульса содержит триггер 17, генератор 18 запускающих импульсов и генератор 19 опорной частоты с управляемым фазовым сдвигом.Блок 7 формировацця временного интервала содержит эталонные резисторы 20, полевой транзистор 21, дифференциальный усилитель 22, генератор 23 пилообразного напряжения, компаратор 24 и источник 25 постоянного напряжения.Устройство работает следующим образом.В программном блоке 4 в цифровом коде записывается номер К одной из параллельных цепочек блока 1 проводимости. С его выхода на блок 3 уп; равления подается сигнал, разрешающий работу только одного выбранного ключа 9. На другой вход блока 3 управления с блока 5 формирования отцоситель ной длительности импульса поступает широтно-импульсный управляющий сигнал. Блок 3 управления вырабатывает сигнал, синхронный с сигналом (, ко торый управляет ключом 9 на полевом транзисторе, Средняя за период величина проводимости складывается из двух ее дискретных значений: 6 11 в мо мент, когда ключ 9 замкнут, и О, ког да ключ 9 разомкнут. На конденсаторе 6 пульсации напряжения, вызванные импульсной модуляцией проводимости, сглаживаются, в результате чего среднее значение проводимости за период определяется формулой где- средняя за период проводимость,.соответствующая Ц;(=1,2,3);Гч- величина постоянной проводимости, соответствующая Н -муразряду.Средняя за период проводимость оказывается пропорциональной относи110366 тельной длительности импульса широтно-импульсного сигнала ц:1 ч/-, где- длительность импульса, Т - период квантования, и величине постоянной проводимости СггКролге того сглаживающий конденсатор 6 может быть использован для моделирования динамических свойств объ. екта с распределенными параметрамипри решении нестационарных задач,Для стабилизации сопротивления открытого канала полевого транзистора приизменении входного и выхоцного потенциалов блока 1 проводимости применяется блок 2 линеаризации, Потенциалы входа и выхода блока 1 проводимос.ти через усилители 10, служащие дляразвязки поступают на резистивныйделитель напряжения на резисторах 11,с которого снимается полуразность 20поданных напряжений. Из теории полевых,транзисторов известно, что стабилизация сопротивления канала илилинеаризации возможна при подачена затвор половины разности нягряжеппй стока и истока, Если учесть, чтовеличина сопротивления резисторов8 каждой из цепочек блока 1 проводимости одинакова, а следовательно,одгпгаковы и падения напряжений на ЗОних, т".г на выходе делителя блока 2линеаризяции выделяется только полуразцость напряжений между стоком иистоком транзистора, так как равныепадения напряжения па резисторах 8компенсируются. Напряжение липеаризации с помощью блока 3 управленияподается на затвор выбранного транзистора в моменты отпирания ключа.Блок управления работает следуьт-,щилг образом,При сигнале "ГОгическая "1" с выхода соответствующей схегы програмлгног О блока 4 закрывается выходнойтранзистор 1 О логики, Исток и затвор л.транзистора 14 оказываются связанными через резистор 12, и транзистор14 открывается, при этом на истокеего присутствует напряжение линеаризации. 50 При подаче запирающего широтно- импульсного управляющего сигнала с блока 5 формирования относительной длительности импульса диод 15 откры.- вается и на затвор ключа 9 подается низкий запирающий потенциал.При отпирающем широтна-импульсном сигнале диод 15 закрыт и на затвор ключа 9 через трянзистор 14 и резистор 13 подается напряжение линеаризацииПри сигнале Логический 0" навыходе блока. 4 на затвор транзистора 14 подается нулевой потенциал,Траггзистор 14 и рсзистор 12 представляют собой генератор тока малой величины, поскольку резистор 12 выбирается высокоомным, включенный междуисточником напряжения линеаризациии шиной нулевого потенциала. Омическае сопротивление канала транзистора 14 практически равно дифференгдгальному сопротивлению стабилизаторатока. Поэтому напряжение линеаризации оказывается практически отключенным от затвора ключа 9. На резисторе 12 выделяется напряжение. примерно равное напряжению отсечкитранзистора. 14, которое закрываетключ 9,Блок 7 формирования временного интервала служит для создания задержки на некоторое время поступления опорного импульса на Формирующий триггер 17, Время задержки зависит от изменения величины сопротивления кяналя полевого транзис" тора 21. Поскольку транзисторы 9 находятся в тех же условиях, что и транзистор 21, изменение сопротивления канала транзисторов 9 связано функциональной зависимостью с временем задержки опорного импульса 1, Задержка опорного импульса вызывает уменьшение длительности широтно-импульсного сигналя управления, что в свою Очередь приводит к уменьшению средней за период проводимости блока 1.Напряжение небаланса мо"та, состоящего из полевого транзистора и эталонных резисторов 20, вызванное изменением проводимости канала полевого транзистора 21 от температурь 1, усиливается усилителем 22 и поступает на один из входов компаратора 24. На второй вход поступает импуггьс пилооб. разного напряжения с генератора 23 напряжения пилообразной формы, запускаемого импульсом частотыгенео ратора 18. В момент сравнения усиленного напряжения небаланса и напряжегпгя пилообразной формы на выходе схемы сравнения появляется сигналозадержка которого относительно импульсаопределяется уровнем вы1120366 акаэ 7745/38 Тираж 698 одписное Нйтбзт р ГеУ д, ул,Проектн ходного напряжения усилителя, Величи.на задержки импульса . по отношениюк импульсу 1 выбирается такой, что бы скомпенсйровать изменение проводимости канала полевого транзистора 5 во всем диапазоне изменения температурыТаким образом, введение в узловой элемент блока формирования интервала времени, содержащего мостовую из мерительную схему с полевым транзистором в одном из ее плеч, дифференциальный усилитель, генератор пилообразного напряжения и компаратор, позволяет скомпенсировать изменение 15 проводимости канала полевого транзис. тора от температуры и тем самым повысить точность узлового элемента се. точной модели.Предлагаемый узловой элемент пред назначен для замены известного, используемого в специальном вычислителе для исследования систем термостатирования, В процессе работы с вычислителем экспериментально установлено, что изменение температуры приводит к изменению величины сопротивления цепей блока проводимости узлового элемента на величину до 17. на каждые 10 С. Следовательно, введениеоавтоматической компенсации изменения величины сопротивления от температуры путем изменения длительности управляющего импульса с помощью блока формирования интервала времени позволяет повысить точность узлового элемента сеточном модели и, следовательно, специализированного вычислителя в целом.Изобретение приводит к повышению точности узлового элемента, д также качества научно"исследовательских разработок и не влияет на экономические показатели.