Устройство для моделирования транзистора

ГОСЮАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТЭЙ(71) Институт технической кибернетикиАН Белорусской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССРФ 270353, кл, С Об О 7/48, 1970.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 3331017/18-24,кл. С 06 6 7/48, 981 (прототип),(54)(57) устРойство для модклиРовлнияТРАПИСТОРА, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора,выполненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования напракения база-эмиттер, выполненныйв виде преобразователя код-напряженке,выход которого подключен к первомувходу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционногоусилителя, выход которого являетсяколлекториым выводом устройства иподключен к второму входу первогооперационного усилителя и к первомувыводу согласующего резистора, второй вывод которого соединен с эмит, териым выводом устройства, выход генератора постоянного тока подключенк второму входу второго операционно"го усилителя, у масвтабных резисто"ров, 9- ключей и,пкомпараторов,где 6 й - количество отрезков усочиолинейной аппроксимации вольтампериой характеристики транзистора, базовыйвывод устройства соединен с входамикомпараторов,с первым выводом первогомасштабного резистора и с информационными входами ключей, выходы которыхподключены к первым выводам соответствующйх масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены междусобой и соединены с вторьв выводомпервого масштабного резистора, выходыкомпараторов подключены к управляющимвходам одноименных ключей и к соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение,о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что,с целью повцщения точности, в него введен блокмоделирования статического коэффициента усиления транзистора, состоящий из дешифратора, и дополнительныхключей, о дополнительных масштабныхрезисторов и дополнительного операционного усилителя, вцход которогоподключен к первым выводам и дополнительных масштабных резисторов, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих и дополнительных ключей, выходы и - компараторов подключены к соответствую"щим входам декоратора, выходы которого соединены с управляющими входамн одноименных дополнительных ключей,ки 4 юрмационные входы которых объединены между собой н подключены к входудополнительного операционного усилителя и к второму выводу первого масвтабного резистора.1088024 20 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования и расчета электронных схем, содержащих транзисторь. 5Известно устройство для моделирования транзисторов, содержащее транзисторы, конденсаторы и резисторы13.Недостатком этого устройства являются его ограниченные фуикциопаль ные возможности, которые заключаются в том, что с его помощью можно моделировать только узкий класс схем, а именно схемы, работающие на малом ,сигнале. 5 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования транзистора, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора, выполненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования напряжения база-эмиттер, выполненный в виде преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к первому75 входу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, выход которого является коллекторным выводом устройства и подключен к второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласующего резистора, второй выход которого соединен с эмиттерным выводом устройства, выход генератора 35 постоянного тока подключен к второму входу второго операционного усилителя, и масштабных резисторов, о "1 ключей, и компараторов, где п количество отрезков кусочно-линейной 40 аппроксимации входной вольтамперной характеристики транзистора, базовый вывод устройства соединен с входами компараторов, с первым выводом первого масштабного резистора и с информа 5 ционными входами ключей, выходы которых подключены к первьм выводам соответствующих масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с вторым вы водом первого масштабного резистора, выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименньпс ключей и соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение. Уст ройство позволяет моделировать транзисторы в электронных схемах как на малом сигнале, так и на большом 23,гНедостатком известного устройства является низкая то ность моделирования работы транзистора в электронной схеме при большом сигнале, что связано с отсутствием учета влияния напряжения база-эмиттер, имеющего в реальном транзисторе коэффициент усиления по току В при большом сигнале. Целью изобретения является повышение точности устройства,Поставленная цель достигается тем,что устройство, содержащее блок моделирования теплового тока коллектора,выполненный в виде генератора постоянного тока, блок моделирования напряжения база-эмиттер, выполненный ввиде преобразователя код-напряжение,выход которого подключен к первомувходу первого операционного усилителя, выход которого соединен с первымвходом второго операционного усипителя, выход которого является коллек-"торным выводом устройства и подключенк второму входу первого операционного усилителя и к первому выводу согласующего резистора, второй выводкоторого соединен с эмиттерным выводом устройства, выход генераторапостоянного тока подключен к второмувходу второго операционного усилителя,и масштабных резисторовь ключей1и ь -1 компараторов, где и - количество отрезков кусочно-линейнойаппроксимации входной вольтампернойхарактеристики транзистора, базовыйвывод устройства соединен с входамикомпараторов, с первым выводом первого масштабного резистора и с информационцымй входами ключей, выходыкоторых подключены к первым выводамсоответствующих масштабных резисторов,вторые выводы которых объединенымежду собой и соединены с вторымвыводом первого масштабного резистора,выходы компараторов подключены к управляющим входам одноименных ключей и соответствующим разрядным входам преобразователя код-напряжение,введен блок моделирования статического коэффициента усиления транзистора, состоящий из дешифратора, П дополнительных ключей, 0 дополнительных,масштабных резисторов н дополнительного операционного усилителя, выходкоторого подключен к первым выводамдополнительных масштабных резисторов, вторые выводы которых соединены с выходами соответствующих и до08802 1 О 20 30 35 45 3 1полнительных ключей, выходы и -1 компараторов подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами одноименньк дополнительных ключей,информационные входы которыхобъединены между собой и подключенык входу дополнительного операционного усилителя и к второму выводу первого масштабного резистора,На фиг,1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства; иафиг.2 - входная вольтамперная характеристика транзистора и ее кусочно-линейная аппроксимация, нагрузоч".иая прямая и рабочая точка транзистора; на фиг,3 - зависимость коэффициента усиления по току В транзистораот напряжеиия база-эмиттер 06 и еекусочно-постоянная аппроксимация.Устройство содержит йключейькомпараторов 2, и масштабных резисторов Э, преобразователь 4 код-на"пряжения, операционный усилитель 5,генератор б постоянного тока, операционный-усилитель 1, согласующий ре-зистор 8, дешифратор 9, и дополнительюх ключей 10 р дополнительынхмасштабных резисторов 11, дополнительный операционный усилитель 12(фиг.1).Ключипредназначены для параллельного подключения к резистору Э.резисторов 32- ЭКомпараторы 2 предназначены дляунравпения ключами 1 в зависимостиот уровня входного сигнала,Резисторы 3 предназначены длявоспроизведения наклона отрезковпрямых, аппроксимирующих входнуювольтампериую характеристику транзистора. Преобразователь код-напряжеиие4 служит для установки напряжения,имитирующего часть напряжения база-:эмиттер и равного абсциссе точки начала отрезка прямой входной вольтампериой характеристики, на которомв денный момент находится рабочаяточка (фиг.2).Операционный усилитель 5 напряжения служит для моделирования влияния напряжения коллектор-эмиттвр навходную вольтампериую характеристику,Генератор 6 постоянного тока служит для отражения влияния тепловоготока коллектора. 4 4Операционный усилитель 7 служитдля моделирования токов эмиттера иколлектора транзистора (имеет высокое выходное сопротивление),Дешифратор 9 служит для дешифрациисигналов, поступающих с выходов компаратора, и управления дополнительнымиключами 10,Дополнительные ключи 10 служатдля подключения соответствующих дополнительных масштабных резисторов1 1 между инвертирующим входом и выходом дополнительного операционногоусилителя 12.Дополнительные масштабные резисторы 11 и дополнительный операционныйусилитель 12 образуют инвертирующиймасштабный ускпитель, коэффициентусиления которого определяется попарным отношением соответствующихрезисторов 11 и 3, и служат для воспроизведения зависимости статического коэффициента усиления транзистора от напряженная база-эмиттер.Устройство работает следующимобразом.До установки модели транзисторав исследуемую электронную схему производятся следующие предварительныеоперации. Устанавливается требуемыйнаклон выходной вольтамперной характеристики в активной области установкой соответствующего значениясопротивления согласующего резистора8, Входная вольтамперная характеристика транзистора аппроксимнруется кусочно-линейной функцией следующимобразом. Наклон каждого отрезка кусочно-линейной функции устанавливается с помощью и резисторов 3, имеяввиду при этом,что каждый последующий резистор шунтирует предьдущийПороги срабатывания и -1 компараторов 2 устанавливаются равными абсциссам точек пересечения отрезков дрямых, аппроксимирующих входную вольтамперную характеристику. Устанавлилаются амплитуды ступенек напряженияв преобразователе 4 .тупенчатого напряжения амплитуда первой5 О ступеньки напряжения преобразователя 4 устанавливается равнойабсциссе. точки начала первогоотрезка прямой кусочно-линейной функ+ции, амплитуда последних ступенек 5 абсциссам точек пересечения отрезковпрямых,Производится набор кусочно-постоянной функции, аппроксимирующей эави 1088024симость коэффициента усиления тран" зистора В от напряжения база-эмнттер (фнг.З). На фиг.З абсциссы точек 1, 2,3 -1 соответствуют порогамВсрабатывания соответствующих "1 компараторов. Для напряжения базаэмиттер меньшего, чем порог срабатывания 1 компаратора, устанавливается значение каждого дополнительного . масштабного резистора 11 иэ следующего выраженияВРИ 1-1 31:( 1,где 1, - номер резистора 11В - заданное значение став 15/,тического коэффициента усиления транзистора для каждого из отрезков кусочно-постоянной функции аппроксимации зависимости коэффициента усиленияпо току от напряжения база-эмиттер. 20Далее производится установка моде"ли транзистора в исследуемую электронную схему путем замены реальноготранзистора его моделью.Подается напряжение питания иа исследуемую схему. При этом происходитавтоматическая .установка статичес-.кой рабочей точки модели транзистора,соответствующей рабочей точке радиального транзистора. Осуществляется 36это следующим образом. В первоначаль. -ный момент рабочая точка имеет ко-.ординаты точки пересечения первогоначального отрезка входной вольтамперной характеристики с нагрузочкойпрямой, Если напряжение между выводами базы и эмиттера при этом меньше порога срабатывания первого компаратора (а следовательно, и остальных, то сигналы с выходов компара рторов 2 на дешифратор 9 не подаются,и в соответствии с логикой работыдешифратора сигнал с его первого вы"хода поступает на управляющий входпервого дополнительного ключа 1 О. 45При этом между инвертирующим входомдополнительного операционного усилителя 12 и его выходом подключае:йярезистор 111, Выходной ток операционного усилителя 12, усиленный вЩ р;э, потечет к первому токовомуй1,входу операцйонного усилителя.7, имею-щего коэффициент усиления по току 1,но обладающего высоким выходным сопротивлением - много большим, чемзначение сопротивления согласующегорезистора 8, определяющего выходное сопРотивление всего УстРойства, При этом через коллекторный вывод потечет ток, величина которого определяется из соотношения1 Юк= -=6 1й Ъ ОоЕсли при этом напряжение, приложенное между выводами эмиттера и базы, по прежнему не превышает порог срабатывания первого компаратора (а следовательно, н остальных), то процесс установки рабочей точки 3 окон" чится. Если же это напряжение больше порога срабатывания одного (первого 1 или более компараторов, то после срабатывания соответствующих компараторов подключаются резисторы, соответствующие отрезками прямых входной вольтамперной характеристики, генерируют соответствующие ступеньки напряжения управляемого генератора напря жения, и в соответствии с логикойработы деввфратора 9 подключаются в цепь обратной связи инвертирующего дополнительного операционного усилителя 12 соответствующие дополнитель,ные масштабные резисторы, 11 до" тех нор, пока рабочая точка не- установится. Графически это соответетвует точке пересечения кусочно-линейной функции с нагрузочной прямой. После подачи входного сигнала рабочая точка начинает перемещатьсяпо соответствуецеиу отрезку прямой входной вольтампериой характеристики. При этом коэффициент усипения транзистора по току зависит от номера этого отрезка, оставаясь постоянным в пределах этого отрезка. Если амплитуда входного сигнала достаточно велика, то при достижении ее некоторой определенной величины срабатывают соответствующие компараторы и меняется соответственно наклон входной вольтамперной характеристики и величина коэффициента усиления по току.Предлагаемое изобретение позволяет увеличить точность моделирования транзистора при большом сигнале по сравнению с базовьк обьектом, так как учитывает зависимость коэффициента усиления по току от напряжения баэаэмиттер,имеющего место в реальном транзисторе.одни ВНИИПИ фиаиал ППП