Устройство для моделирования характеристик транзисторов

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 94006 С 76 П ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Фиг.7 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРОВ(57) Устройство предназначено для электрического моделирования электронных цепей, содержащих биполярные транзисторы, с помощью гибридных вычислительных устройств. Цель изоб ретения - повьппение точности. Это достигается введением первого 9 и второго 16 аналого-цифровых преобразователей, первого 5 и второго 12 аналоговых множительно-суммирующих блоков, производящих преобразование информации соответственно иэ аналоговой формы в цифровую и обратно,183 Фмультиплексора 11, операционногоусилителя 14, повторителя 8 напряжения. Устройство также позволяетпроизводить регулировку параметровтранзисторов в соответствии с цифровыми кодами, записанными в блок 2памяти. Это осуществляется с помощью первого 5 и второго 12 аналоговых множительно-суммирующих блоков,первого 10 и второго 17 цифровых 1290371множительно-суммирующих блоков, производящих операции умножения и сложения. Блок 1 памяти служит для запоминания входной информации на время преобразований. Обмен информациейс внешними устройствами осуществляется с помощью шины 3 вводаисходной информации; Адресная шина 4 управляет обменом информа -цией . 2 ил.Изобретение относится к электрическому моделированию и вычислительной технике и предназначено дляэлектрического моделирования электронных цепей с помощью гибридных вы числительных устройств. 35 Цель изобретения - повышение точности.На фиг. 1 представлена структур ная схема устройства 1 на фиг. 2 - структура аналогового множительносуммирующего блокаУстройство для моделирования характеристик транзисторов включает 15 блоки 1 и 2 памяти,шину 3 ввода исходной информации устройстваадресную шину 4 устройства, первый аналоговый множительно-суммирующий блок 5, управляемый источник б тока, иссле дуемый транзистор 7, повторитель 8 напряжения, первый аналого-цифровой преобразователь 9, первый цифровой множительно-суммирующий блок 10,мультиплексор 11, второй аналоговый множительно-суммирующий блок 12, дифференциальный усилитель 13, операционный усилитель 14, токосъемный резистор 15, второй аналого-цифровой преобразователь 1 б, второй цифровой мно жительно-суммирующий блок 17, выходную шину 18 устройства. Каждый аналоговый множительно-суммирующий блок содержит с первого по третий цифроаналоговые преобразователи 19-21, суммирующий усилитель 22.Моделирование нелинейных характеристик транзисторов основано на принципе самоаналогии, когда один транзистор используетси для моделирова ния нелинейных характеристик нескольких однотипных транзисторов, имеющих одинаковые параметры. Нелинейные свойства любого биполярного транзистора описываются семейством статических вольт-амперных характеристик, например, для схемы с общим эмиттером:НБ = й(1, 11., ) ).к Ч ("3 Мгде Б,. - напряжение между базой иэмиттером транзистора;- ток базы транзистора,0 - напряжение между коллектором и эмиттером транзистора;- ток коллектора транзистораи- некоторые нелинейные функцииТак как все величины, входящие в формулу (1), представлены в аналоговом виде, то непосредственное использование транзистора в гибридных вычислительных устройствах, где входные и выходные переменные представлены в цифровом виде, невозможно. Кроме того, вид Функции К и ( в формуле (1) зависит от технологии, топологии и условий эксплуатации транзистора, Для этого, чтобы учесть технологический, топологический и эксплуатационный разброс характеристик моделируемых транзисторов, необходимо ввести ряд изменяемых цифровым способом параметров.В данном устройстве на входы аналоговых множительно-суммирующих блоков с выхода блока 1 поступают цифровые коды, соответствующие току базы .и ми напряжению коллектора Б моде 1290371ли, а также с выхода блока 2 цифровые коды,.соответствующие параметрам транзистора И 2, ИЗ, И 4, И 5.На выходе первого аналогового множительно-суммирующего блока появляется напряжение, которое поступает на управляемый источник тока, с выхода которого на базу транзистора задается ток, определяемый выражением 101 р =И 21 р +ИЗ, (2)С выхода второго аналогового множительно-суммирующего блока на коллекторный вывод транзистора подается напряжение, равное: 15ц = И 4 П + Н 5, (3)Такие блоки, как токосъемный Резистор, операционный усилитель (с гальванически развязанным питанием) и дифференциальный усилитель служат 20 для получения на выходе дифференциального усилителя напряжения, пропорционального току коллектора, определяемого следующим выражением:251= М(др, Н) = (И 2 1 + ИЗ, И 4 11. + М 5) (4) где ц - нелинейная функция, описы. вающая характеристики моделирующего транзистора. 30На выходе повторителя напряжения при этом появляется следующее напря-жение:(Е, ) = Е(И 2+ ИЗ, 35 , 14 11 кэ + 15) (5) где Г - нелинейная функция, описывающая характеристики транзистора.Оба напряжения поступают на входы 40 первого и второго аналого-цифрового преобразователя, с выхода которых цифровые коды, соответствующие этим напряжениям, а также коды, соответствующие параметрам транзисторов М 1, Иб, И, И 8, с выходов блока 2 памяти подаются на входы цифровых множительно-суммирующих блоков, которые выполняют операции умножения и суммирования Тогда на выходе первого циф рового множительно-суммирующего блока формируется цифровой код, в соответствии с выражением:П =И 1 08 +Иб (6)м Оэгде Б - напряжение. между базой иэмиттером модели транзистора.На выходе второго цифрового множительно-суммирующего блока формиРуется цифРовой код, определяемый по формуле=И 7 к +М 8 (7) где д - ток коллектора моделитранзистора.Подставляя выражения (4) и (5) в формулы (6) и (7), получим уравнения, описывающие семейства статических вольт-амперных характеристик ,модели транзистора: Уэ- И 1Г(И 2+ 13, Н 4 Бсэ+ М 5)++ И 5) + И 8, (8)Из уравнений (8) видно, что регулировка параметров транзистора осуществляется путем "сжатия",растяжения" и сдвига смоделированных характеристик транзистора относительно координатных осей. Это соответствует результатам исследований статических вольт-амперных характеристикбиполярных транзисторов, вид которыхявляется одинаковым для широкогокласса транзисторов, и их можно получить один из других путем указанныхопераций.В данном устройстве мультиплексорслужит для подключения выходов цифровых множительно-суммирующих блоковк шине вывода устройства. Адреснаяшина осуществляет операции управления ввода и вывода данных.Устройство работает следующим образом.В блок 2 с помощью адресной шины4 записываются цифровые коды, соответствующие параметрам транзисторовИ 1-М 8, причем выходы блока 2 соответствующие параметрам транзисторовМ 2-И 5, соединены соответственно свходами первого и второго аналоговыхмножительно-суммирующих блоков 5 и .12. В блок 1 памяти по шине 3 вводас помощью адресной шины 4 записываются цифровые коды, соответствующие.мтоку базыи напряжению коллектомра Б модели транзистора, которыезатем поступают на входы первого 5и второго 12 блоков. В каждом аналоговом множительно-суммирующем блокецифровой код, поступивший с выходаблока 1 памяти подается на вход первого цифроаналогового преобразователя 19, на выходе которого формируется пропорциональное коду напряжение,которое поступает на вывод опорногонапряжения второго цифроаналогового5 1290 преобразователя 20, на вход которого. поступает цифровой код с одного выхода блока 2, таким образом на выхо- де второго цифроаналогового преобразователя образуется напряжение, пропорциональное произведению цифровых кодов, поступивших с выхода блока 1 памяти и одного выхода блока 2 памяти. Это напряжение подается на первый .вход суммирующего усилителя 22, на 10 второй вход которого поступает напряжение с выхода третьего цифроаналогового преобразователя 21, пропорциональное цифровому коду, поступившему с другого выхода блока 2 памяти. На 15 выходе первого и второго аналоговых множительно-суммирующих блоков 5 и 12 формируются напряжения, соответствен но определяемым формулам (2) и (3).20Напряжение с выхода первого бло-ка 5 поступает на вход управляемого источника 6 тока, который формирует ток базы транзистора 7. Повторитель 8 напряжения служит для подачи нап ряжения Н , определяемого выражением (5), на вход первого аналогоцифрового преобразователя 9, с выхода которого цифровой код, соответствующий напряжению Н а также цифровые коды с третьего выхода блоков 2 памяти, соответствующие параметрам транзисторов И 1 и М 6, поступают на входы первого цифрового множительносуммирующего блока 10, на выходе которого формируется цифровой код, соответствующий выражению (6), и поступает на первый вход мультиплексора 11. Напряжение Н с выхода блока 12 поступает на второй вход дифференциального усилителя 13 и далее без изменения на коллектор транзистора 7, при этом дифференциальным напряжением операционного усилителя 14 можно пренебречь. Ток коллек тора транзистора 7, определяемый выражением (4), протекает также через токосъемный резистор 15 и вызывает появление на выходе операционного усилителя 14 напряжения, пропорционального току коллектора тран-, зистора 7. Дифференциальный усилитель 13 служит для выделения разности напряжений между выходом операционного усилителя 14 и его общим выводом. Напряжение с выхода дифференциального усилителя 13, пропорциональное току коллектора транзистора 7, поступает на вход второго 371 6аналого-цифрового преобразователя 16, с выхода которого цифровой код, соответствующий току 1, а также цифровые коды с выхода блока 2 памяти, ссответствующие параметрам транзисторов И 7 и И 8, поступает на входы второго цифрового множительно-.суммирующего блока 17, на выходе которого формируется цифровой код, соответствующий выражению (7), и поступает на второй вход мультиплексора 11, с выхода которого численная информация поступает на шину 18 вывода в соответствии с состоянием адресной шины 4.Формула и э о б р е т е н и я1. Устройство для моделирования характеристик транзисторов, содержащее токосъемный резистор, один вывод которого соединен с первым входом дифференциального усилителя, а ,другой вывод соединен с коллекторным выводом транзистора, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два .блока памяти, два цифровых множитель- но-суммирующих блока, мультиплексор, управляемый источник тока; операционный усилитель, повторитель напряжения, два аналого-цифровых преобразователя, два аналоговых множительносуммирующих блока, выход первого из которых через управляемый источник тока подключен к базовому выводу транзистора, а через цепочку последовательно соединенных повторителя напряжения и первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом первого цифрового множительносуммирующего блока, выход которого подключен к первому информационному входу мультиплексора, выход которого является выходной шиной устройства, шина ввода исходной информации устройства соединена с информационными входами первого и второго блоков памяти, входы разрешения записи и считывания, а также управляющий вход мультиплексора соединены с адресной шиной устройства, первые и вторые группы выходов первого и второго блоков памяти подключены соответственно к входам первого и второго аналоговых множительно-суммирующих блоков, выход второго аналогового множительно-суммирующего блока соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и с вторым1290371 Составитель И Техред М.Хода книна Корректор Н.Король Редактор Э.Слиган Тираж 673 арственного коми изобретений и от ва, Ж, Раушск 49ВНИИПИ Госпо делам113035, Мо аказ 79 Подписноета СССРрытийя наб., д, 4/5 венно-полиграфическое предприятие, г.ужгоро Проектная, 4 из входом дифференциального усилителя,первый вход которого подключен к выходу операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен сколлекторным выводом транзистора, выход дифференциального усилителя черезвторой аналого-цифровой преобразователь соединен с первым входом второгоцифрового множительно-суммирующегоблока, выход которого подключен к вто 10рому информационному входу мультиплексора, третья и четвертая группывыходов второго блока памяти соответственно соединены с группой входовпервого и второго цифровых множительно-суммирующих блоков, змиттерный вывод транзистора соединен с шиной нулевого потенциала. 82. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что каждый аналоговый множительно-суммирующий блок содержит первый, второй и третий цифроаналоговые преобразователи и суммирующий усилитель, выход которого является выходом блока, выхоД первого цифроаналогового преобразователя соединен с выводом опорного напряжения второго цифроаналогового преобразователя, выходы второго и третьего цифроаналоговых преобразователей подключены к соответствующим входам суммирующего усилителя, входы второго и третьего цифроаналоговых преобразователей являются группой входов блока вход первого цифроаналогового преобразователя является входом блока.