Устройство для моделирования транзистора

(Я)4 С ГОСУДМРСТЭЕННПО ДЕЛИЕЦ ИЗОБРЕ ОМИТЕТ СССР Й И ОТКРЫТИЙ З ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 1.ВИВА1 Ек ях.Н АВтсеСком ДЕТЕЛ ВУ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВА-.НИЯ ТРАНЗИСТОРА, содержащее дифференциальный усилитель, первый и второй накопительные конденсаторы,первые выводы которых соединены иявляются базовым выводом устройства,эмиттерный и коллекторные выводыкоторого соединены с вторыми выводами соответственно первого и второго накопительных конденсаторов, первый блок моделирования коэффициентапередачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источникатока, и блок моделирования переносанеосновных носителей в базе, выполненный в виде КСС-сетки, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности, в него введеныдва блока формирования экспоненты и второй блок моделирования коэффициента передачи тока транзистора, выполненный в виде управляемого источника тока, выход которого соединенс коллекторным выводом устройства ис первым входом диФФеренциальногоусилителя, выход которого черезпервый блок формирования экспонентысоединен с первым управляющим входом управляемого источника тока второго блока моделирования коэффициента передачи тока транзистора, второйуправляющий вход которого подключенк первому выводу КСС-сетки, выходуправляемого источника тока первогоблока моделирования коэффициента передачи тока транзистора соединен сбазовым выводом устройства, с вторымвходом дифференциального усилителяи через второй блок формированияэкспоненты подключен к второму выводу КСС-сетки, третий вывод которойсоединен с первым управляющим входомуправляемого источника тока первогоблока моделирования коэффициентапередачи тока транзистора, второйуправляющий вход которого подключенк шине нулевого потенциала, котораясоединена с эмиттерным выводом устройства.Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике ипредназначено для моделирования электронных цепей с биполярными транзисторами. 5Цель изобретения - повышение точности моделирования транзистора всхеме с общим эмиттером,Повышение точности модели в схеме с общим эмиттером достигаетсяблагодаря тому, что ток базы моделиобразуется не как разность двух примерно равных токов, а воспроизводит"ся непосредственно источником тока.На фиг, 1 изображена блок-схема 15устройства; на фиг, 2 - блок 7, вариант; на Фиг. 3 - блок 8, вариант;на фиг. 4 - вариант выполнения блоков 7 и 8.Устройство содержит накопительные конденсатеры 1 и 2, базовый вывод устройства 3, эмиттерный выводустройства 4, коллекторный выводустройства 5, блок 6 формированияэкспоненты, блок 7. моделирования переноса неосновных носителей в базе,блок 8 моделирования коэффициентапередачи тока, выполненный в видеуправляемого источника тока, дифференциальный усилитель 9, блок 10 фор З 0мирования экспоненты, блок 11 моделирования коэффициента передачи тока,выполненный в виде управляемого источника тока. Блок 7 выполнен в видеКСС-сетки и содержит масштабные резисторы 12-14 и разделительный конденсатор 15. Блок 7 (фиг.2) содержит масштабный резистор 16, раздели- .тельный конденсатор 17, масштабныйрезистор 18, разделительный конденсатор 19 и масштабный резистор 20,Устройство работает следующим образом.Блок 7 моделирует перенос неоснов-.ных носителей в базе транзистора . 45блоки 6 и 10 служат для задания граничных условий на блок 7, блок 8задает в базовый вывод модели ток,равный току, протекающему черезконденсатор 15 резистора 14 блока 7. 50Этот ток соответствует току рекомбинации в базе моделируемого транзистора. Блок 11 задает в коллекторный вывод модели ток, равный токучерез резистор 13 блока 7 и соответствующий току неосновнык носителейна коллекторной границе базы тран"зистора. Конденсаторы 1 и 2 моделируют барьерные емкости транзистоуеБлоки 6 и 10 воспроизводят следующую зависимостьЧЕ = с ехго где Е, Ч - выходное и входное напряЛжения, Ц - тепловой потенциалУ1Е - некоторая константа,Управляемые источники 8 и 11 тока являются повторителями тока, дифференциальный усилитель 9 имеет единичный коэффициент передачи и служит для преобразования дифференциального напряжения на конденсаторе 2 в синфазное напряжение, подаваемое на вход блока 10.Соотношения для расчета параметров элементов модели можно получить на основании теории подобия, сопоставляя уравнения, описывающие процессы в транзисторе, и его модели, Рассматривают сначала квазистатический режим транзистора, когда блокможет быть представлен П-образным звеном (фиг.2). Методами теории электрических цепей можно составить следующую систему уравнений, описывающих процессы в модели: м м Чэ ,м "к 1 мйэ1 1 еърА р.вд 1 ехр - ,-д+:э с, , )ф ,ю и мЧэм"к 1 ,м ц кЧф- юС 1 1 еха - -д 1+1 1 ехо - -д 1 хм р где обозначено у, оь м оо, М 618,И,61111 в " В 20 ЦЯв ч НвлМ, мм 1 в 1 о м м цсдф зэ 3 ег, =;С. =С, + ехр - , вв 1 с дфлм тмм м "мдк Чк м С=С,ехр - ;сд =Сцв "6Яг Чт где Е , Ео - параметры Е, блоков 6 и 10; К 69 К(ву К го сопротивление резисторов 16, 18 и 20 соответственм м но (фиг.2),и ндторов 1, 2 и 17 и 19 соответствен 1но,М 1 , 1 . - ток эмиттера иколлектора ддодерад1170472 Пэф Цх - напряжения междуэмиттером и базой,и коллектором ибазой модели,мМ ,с - нормальный и инверсный коэффициенты передачи токамодели.Математически записанная система уравнений (1) подобна системе урав О нений Эберса-Молла. Сопоставляя уравнения (1), описывающие модели транзистора, с уравнениями Эберса-Молла, описывающими объект моделирования,получаем следующие соотношения между 15 параметрами модели и объекта:.1 СмзКд КС)-" у (3)мгде под 1 и 1 подразумеваются все 20 параметры модели и объекта, имеющие размерность тока;под С и С, ь и- все. параН ля лметры модели и объекта, имеющие раэ" мерность емкости и времени соответ ственно;К 1, К - масштабы по току ивремени.Таким образом, зная параметры модели Эберса-Молла: токи насыщения ЗО 1 Т, коэффициенты передачи тока Ж 1 к, барьерные емкости О-и-переходов С 1, С в постоянные времени ,лс помощью масштабных соотношений (3) можно перейти к парамет- З 5 рам (2), входящим в уравнение (1)и на основании (2) определить параметры элементов предлагаемой мЬдели.Предлагаемая модель транзистора имеет замедленные в К раз по сравнеО нию с моделируемым транзистором динамические характеристики. Величина К выбирается, исходя из удобства исследования модели в миллисекундном диапазоне и обычно равна 10 -1 О .459В более общем случае цри моделировании неквазистатического режима транзистора необходимо использовать не менее 6, 12 блоков 7. При этом параметры элементов этих блоков опре-.5 п 4деляются методами оптимизации, под.бором величин ее элементов до совпадения характеристик модели и объектас заданной точностью,Уравнения (1) записаны для случая,когда источники 8 и 11 тока являютсяповторителями тока. В более общемслучае их передаточная характеристикаможет быть нелинейной. Это позволяетучесть токовую зависимость коэффициентов передачи тока транзистора.Экспоненциальные усилители иуправляемые источники, используемыев модели, могут быть реализованы известными методами на базе интегральных операционных усилителей. Один извариантов реализации источников 8и 11 тока, Управляемых током, представлен на фиг. 3.Динамический диапазон модели можно расширить, если источник 8 токаВыполнить состоящим из двух источников (81 и 8 на фиг.4), один из которых (например, на фиг.3) управляется током, протекающим по проводимостям блока 7, а второй выполнен сиспользованием емкостных связей иуправляется током, протекающимчерез емкости блока 7 (фиг.4), Расширение динамического диапазона.достигается эа счет того, что источники8 и 8 тока имеют разные шкалы токов(разные верхние границы динамического диапазона по току), соответствующие разным максимальным токам, протекающим через емкости и через проводимости блока 7.В предлагаемоЙ моделй ток базывоспроизводится источником 8 тока,а не образуется в виде малой разности двух больших токов, как у прототипа (базовый объект). Поэтому погрешность моделирования тока базыравна погрешности источника 8 тока,управляемого током, и сравнима спогрешностью воспроизведения токаколлектора (или эмиттера) у прототипа. Таким образом, при включениитранзистора в схему с общим эмиттеромточность повьвпается в 2 раза.1176472 Составитель Техред Л.Иик ыби ректор С.йекм Редактор Е.Ко ПодписноеСР Заказ 4766/4 113035 Филиал ППП "Патент", г. Уаго Проектная Тирам 710 КИПИ Государственного комитет делам изобретений и открыт сква, Ж, Рауаская наб., д