ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
1.ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ ЦЕПЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ
ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Электрические цепи, содержащие электронные устройства, являются
нелинейными . Анализ таких цепей, как правило , требует компьютерного
моделирования на базе специальных систем схемотехнического
проектирования, универсальных систем компьютерной математики или
оригинальных программ на алгоритмических языках высокого уровня.
Однако применение специальных методов расчета нелинейных цепей по
постоянному и переменному току в ряде случаев позволяет получить
наглядное аналитическое или графоаналитическое решение задачи . В ряде
случаев удается получить простые соотношения, допускающие
использование простейших средств компьютерного моделирования
(например , наглядного и удобного в использовании универсального
математического пакета MathCAD ).
Расчет электронных устройств предполагает определение параметров и
характеристик их элементов. Они могут быть определены аналитически по
известным формулам, связывающим их с электрофизическими параметрами
структуры (концентрациями и подвижностями носителей, коэффициентами
диффузии и т.д.) [ 1,2].
Возможно также нахождение параметров нелинейных элементов по
известным характеристикам [4]. Как известно , нелинейность элемента реа-
лизуется нелинейностью основных его характеристик. Так, ВАХ нелинейного
резистивного элемента , электрическое сопротивление которого зависит от
приложенного напряжения, носит нелинейный характер . Аналогично
нелинейные индуктивности и емкости характеризуются нелинейными вебер -
амперными и кулон-вольтными характеристиками ).
С помощью известных статических характеристик нелинейных элементов
не представляет труда определить графическим путем дифференциальное
сопротивление нелинейного элемента в заданном режиме работы
( определяемом положением рабочей точки П (режим покоя) на статической
характеристике элемента через тангенс угла наклона касательной в
рассматриваемой точке П к оси абсцисс
r
Д
=dU/dI=ΔU/ΔI=(m
U
/m
I
)tgβ,
где ΔU и ΔI — конечные приращения напряжения и тока ; m
U
и m
I
—
масштабы осей напряжения и тока соответственно .
Если провести прямую из начала координат статической характеристики
через заданную рабочую точку П , то статическое сопротивление нелинейного
элемента в заданном режиме его работы будет равно тангенсу угла наклона
этой прямой по отношению к оси абсцисс или отношению напряжения на
зажимах пассивного нелинейного элемента к току , протекающему через него
3
1.О Б Щ И Е Р Е КО М Е Н Д АЦ И И П О Р АС Ч Е Т У Ц Е П Е Й, С О Д Е РЖ АЩ И Х
Э Л Е М Е Н Т Ы И УС Т РО ЙС Т В А Т В Е Р Д О Т Е Л Ь Н О Й Э Л Е КТ Р О Н И КИ
Э л ектр и чески е ц еп и , со дер ж ащ и е электр о нны е у стр о йства, являю тся
нели нейны ми . Анали з таки х ц еп ей, как п р ави ло , тр ебу ет ко мп ью тер но го
мо дели р о вани я на базе сп ец и альны х си стем схемо техни ческо го
п р о екти р о вани я, у ни вер сал ьны х си стем ко мп ью тер но й математи ки и ли
о р и ги нальны х п р о гр амм на ал го р и тми чески х язы ках вы со ко го у р о вня.
О днако п р и менени е сп ец и ал ьны х мето до в р асчета нели нейны х ц еп ей п о
п о сто янно му и п ер еменно му то ку в р яде сл у чаев п о зво ляет п о л у чи ть
нагл ядно е анал и ти ческо е и л и гр афо анали ти ческо е р еш ени е задачи . В р яде
сл у чаев у дается п о л у чи ть п р о сты е со о тно ш ени я, до п у скаю щ и е
и сп о льзо вани е п р о стейш и х ср едств ко мп ью тер но го мо дели р о вани я
(нап р и мер , нагл ядно го и у до бно го в и сп о л ьзо вани и у ни вер сально го
математи ческо го п акета MathCAD ).
Расчетэл ектр о нны х у стр о йств п р едп о лагаето пределениепарам етро в и
х арак теристик их элем енто в. О ни мо гу тбы ть о п р едел ены анали ти чески п о
и звестны м фо р му лам, связы ваю щ и м и х с электр о фи зи чески ми п ар аметр ами
стр у кту р ы (ко нц ентр ац и ями и п о дви ж но стями но си телей, ко эффи ц и ентами
ди ффу зи и и т.д.) [ 1,2].
Во змо ж но такж е нахо ж дени е п ар аметр о в нели нейны х элементо в п о
и звестны м хар актер и сти кам [4]. Как и звестно , нели нейно сть эл емента р еа-
ли зу ется нели нейно стью о сно вны х его хар актер и сти к. Так, ВАХ нели нейно го
р ези сти вно го эл емента, электр и ческо е со п р о ти вл ени е ко то р о го зави си т о т
п р и ло ж енно го нап р яж ени я, но си т нел и нейны й хар актер . Анало ги чно
нели нейны е и нду кти вно сти и емко сти хар актер и зу ю тся нел и нейны ми вебер -
амп ер ны ми и ку л о н-во л ьтны ми хар актер и сти ками ).
С п о мо щ ью и звестны х стати чески х хар актер и сти кнели нейны х эл ементо в
не п р едставляет тр у да о п р едел и ть гр афи чески м п у тем ди ффер енц и ально е
со п р о ти вл ени е нели нейно го эл емента в заданно м р еж и ме р або ты
(о п р еделяемо м п о ло ж ени ем р або чей то чки П (р еж и м п о ко я) на стати ческо й
хар актер и сти ке элемента чер ез тангенс у гла накло на касател ьно й в
р ассматр и ваемо й то чке П ко си абсц и сс
rД =dU/dI=ΔU/ΔI=(mU /mI)tgβ,
где ΔU и ΔI — ко нечны е п р и р ащ ени я нап р яж ени я и то ка; mU и mI —
масш табы о сей нап р яж ени я и то ка со о тветственно .
Есл и п р о вести п р яму ю и значал а ко о р ди натстати ческо й хар актер и сти ки
чер еззаданну ю р або чу ю то чку П , то стати ческо е со п р о ти влени е нели нейно го
элемента в заданно м р еж и ме его р або ты бу детр авно тангенсу у гла накл о на
это й п р ямо й п о о тно ш ени ю к о си абсц и сс и л и о тно ш ени ю нап р яж ени я на
заж и махп асси вно го нели нейно го эл емента кто ку , п р о текаю щ ему чер езнего
