Файл: Воскресенский В.В. Применение туннельных диодов в импульсной технике.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.07.2024

Просмотров: 93

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

Генераторы на диодно-транзисторных элементах

•

4.1. Г Е Н Е Р А Т О Р С Т Д В Ц Е П И Б А З Ы Т Р А Н З И С Т О Р А

Н а р я д у с многими положительными свойствами (простота схем, большое быстродействие, устойчивость к радиаци ­ онному облучению) импульсные устройства на Т Д обладаю т рядом

недостатков. Основными из них являются: м а л а я амплитуда

выход­

ных импульсов (0,54-0,8) В и совмещение входных и выходных

за­

жимов, что иногда представляет трудности при согласовании

кас­

кадов между собой. Эти

недостатки устраняются в схемах,

где

сов­

местно используются Т Д

и

транзисторы.

 

 

 

Кроме

того, совместное

использование Т Д

и транзисторов в ря­

де случаев

позволяет получать

стабильность

временных парамет ­

ров генерируемых импульсов при изменении

температуры

значи­

тельно выше, чем в генераторах

только на Т Д

или транзисторах.

Известно [22], что устройство, состоящее из транзистора и Т Д , подключенного параллельно участку база — эмиттер транзистора, образует между выводами коллектор—эмиттер нелинейный двух­ полюсник с S-образпой вольтамперноп характеристикой. Поэтому в генераторах, построенных на основе такого двухполюсника, в ка­ честве реактивности используют емкость.

Один из вариантов генератора представлен на рис. 4.1а. Гене­

ратор может

работать как в автоколебательном

(см. [22]), т а к и в

ж д у щ е м режимах .

 

 

 

Рассмотрим

ждущий режим . Исходное состояние

характеризу ­

ется низким

уровнем напряжени я на Т Д , при этом ыв =

" т д невелико

и транзистор

Т заперт. Конденсатор С з а р я ж е н

до максимального

^аПрЯЖеЬШЯ UC

— Не max-

 

 

 

С приходом

отрицательного запускающего импульса

Т Д пере­

ключается в состояние с высоким уровнем напряжения,

потенциал

базы транзистора понижается и транзистор открывается и насы­

щается. Ранее заряженны й конденсатор

С р а з р я ж а е т с я через ре­

зисторы Ri и R2. П о

мере р а з р я д а

ток базы и ток Т Д

уменьшаются .

Когда

убывающий

ток Т Д

станет

равным

току / 2 , диод переключа­

ется в

исходное состояние

и транзистор

закрывается .

Н а п р я ж е н и е

на коллекторе запирающегося транзистора понижается, и конден­ сатор С з а р я ж а е т с я через резисторы R2 и RK до напряжения ис =

~ UC max-

72

Н а рис. 4.16 приведены д и а г р а м м ы напряжений на коллекторе и на базе транзистора, ф о р м и р у е м ы й положительный импульс име­ ет крутой передний фронт и пологий срез. При запирании транзи­ стора вначале наблюдается скачок напряжения, обусловленный ре­ зистором Яг. а затем напряжение уменьшается по экспоненциаль-

5)

— 1 ^

'на ja

Рис. 4.1. Схемы генератора с ТД в цепи базы транзистора:

а) принципиальная; б) диаграммы напряжений на элементах схемы; в) эквивалентная для исходного состояния; г) эквива­ лентная для процесса разряда конденсатора С

•ному закону. Наличие пологого среза импульса 'является .одним из недостатков генератора.

После з а р я д а конденсатора генератор возвращается в исходное состояние.

Если запертый транзистор представить генератором тока /к<ъ а туннельный диод на туннельной ветви сопротивлением п, то экви­

валентная

схема генератора

для исходного

состояния

примет

вид

рис.

4.1 е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

соответствии

с эквивалентной

схемой

напряжение,

до которо­

го з а р я ж а е т с я

конденсатор

 

С

 

 

 

 

 

 

•ц

=

EK(R1

 

+ r1) +

 

IKU(R2r1-RKR1)

 

(4.1)

 

 

 

 

 

 

 

R« + Ri + R2 + rx

 

 

 

 

С т а х

 

 

 

 

 

Сопротивление

^

много

 

меньше

сопротивлений резисторов,

вхо­

д я щ и х в выражение

(4.1),

поэтому

 

 

 

 

 

UC

~

U С max '

(£к —

о RK)

RI

 

 

(4.2)

 

Rk

+ Ri + Я2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4—191

73

Чтобы генератор находился в ж д у щ е м режиме, необходимо

вы­

полнить

условие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U,С max

и С max

( £ к

-

/ к 0 Д к )

 

 

 

 

 

+ Ъ

У?!

~

RK

+ Ri + Rt

 

 

 

 

Д л я

определения длительности

импульса / п

рассмотрим

эквива­

лентную

схему

генератора,

соответствующую

высокому

уровню

напряжения

на

Т Д и насыщенному

состоянию

транзистора.

 

 

Применив

линейную

аппроксимацию, представим

Т Д на

диффу­

зионной ветви приведенным источником н а п р я ж е н и я

e3^Uz

и

со­

противлением rs

(1.7), а участок

эмиттер — база

насыщенного тран­

зистора соответственно приведенным источником напряжения ев и сопротивлением г^. Тогда эквивалентная схема генератора для про­

цесса

разряда

конденсатора

С примет

вид рис. 4.1 г, где

 

 

 

 

г6 г3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.3)

 

 

гб

+

г3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ез

'б +

с б гя

 

 

 

 

 

 

 

(4.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ эквивалентной схемы

с учетом

того,

что

Ri^rSKB<^R2,

дает следующее

выражение

для тока

диода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

r3v.aUc

т

а х — Ri

(U2

— £"экв)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ri r3

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ri R2

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.5)

 

 

Ri-R*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При t=t„ и iTR

= I z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г экв Uс max — Ri

(^2

— ^экв)

Г Р

=

/о.

 

 

 

 

 

 

 

Rir3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда с учетом

(4.2) — (4.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(U2 — еб)

 

 

R1 + R2

L (Я к +

Ri

+ Я2 ) (га + г3)

/2

('б + г3)

/2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.6)

Температурная

стабильность

длительности

импульсов

генера­

тора

определяется

в

основном

стабильностью

источника

питания

и параметров транзистора и Т Д . Влияние температурной нестабиль­ ности сопротивлений резисторов и емкости конденсатора на дли­ тельность импульса может быть скомпенсировано подбором дета­ лей с различными по знаку температурными коэффициентами, по­ этому их влиянием можно пренебречь.

74

Д и ф ф е р е н ц и р у я

выражение (4.6) по Ек,

 

/«о, е&, И% гъ, т% и 1% оп­

ределим относительную

нестабильность длительности

импульса:

б t„ = б ttt ( £ к ) -|- б ta (7К о) + б fH (еб ) + б t„ (U2) + б f„ ( г б ) +

+

б/и (/-з) +

б^,(/2 ) = б £ к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( Д к

+ K i +

tf*) (Гб-г-'-з) / 2

я 1 п а

—

б / к 0

 

!лл!к£б

j

.6

е

fB

 

( Д к + Я Н - Я г ) (''б+'-з) ha

I" а

 

(г б +

г,) l t

a In а

— б г / в

+

г т — • — + б / - б — Г б

- -

 

 

('"б

'з) h а

1 п "

(Гб + Гз) 1

п а

 

 

 

бл 3

^

 

в / 8 — ! — ,

 

 

 

(4.7)

 

(''б +

''з)1па

1па

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительную

 

нестабильность

длительности

импульса оценим

в интервале температур

(25н-70)"С. Известно [17], что температур­

ный коэффициент напряжения отпирания германиевых диффузион ­

ных транзисторов

Еъ0

отрицателен

и

составляет

примерно

2 мВ/град . Обычно

£ б о ~ (0,1 -=-0,2) В,

поэтому

относительные

тем­

пературные коэффициенты

напряжени я е§

и

сопротивления

Гб

участка эмиттер — база открытого и

насыщенного

транзисторов

можно примерно оценить в (l-f-2) %/град .

 

 

 

 

 

Одним из достоинств

Т Д

по отношению

к остальным

полупро­

водниковым

приборам является повышенная

температурная

ста­

бильность их основных параметров . В этом

отношении

Т Д из арсе-

нида галлия наиболее предпочтительны.

Правильным

выбором

концентрации

исходного

материала и

технологии

изготовления

можно довести температурные коэффициенты основных параметров

арсенидо-галлиевых Т Д до

десятых

и д а ж е сотых долей

процента

на 1°С [2].

 

 

 

 

Однако

Т Д из арсенида

галлия

при работе в режиме

переклю­

чения изменяют с течением времени свои характеристики. Это яв­ ление получило название старения (деградации) ТД . Последние ис­ следования показали, что если ток на диффузионной ветви ограни­

чить величиной (0,33-f-0,67) / 4 , то явлением деградации можно

пре­

небречь. Более того, в настоящее время

возможно изготовление

тун­

нельных диодов из арсенида галлия с

£ / 3 ЯЙ0,8 В, для которых вы­

шеуказанное ограничение тока практически оказывается

несущест­

венным [3].

 

 

 

 

Эксперименты показали, что для диода

типа ЗИ306К. ток /1 с

увеличением

температуры па ГС уменьшается примерно

на 0,06%, а ток / 2 увеличивается на

0,3%. Что касается напряжении (Л, U2 и U3,

то с увеличением температуры на

ГС они уменьшаются примерно на 0,054%, 0,065% и 0,12% соответственно.

 

Для ТД типа ЗИ306К ( Л - 5 мА, /2 =0,25

мА; £/2 =0,5 В; U3=l

В) темпера­

турная нестабильность аппроксимированного сопротивления (1.7) диффузионной •ветви, с учетом полученных выше данных, составляет примерно — 0,1% при

повышении температуры на ГС.

 

4*

75

Относительную

нестабильность

длительности импульса оценим для генера­

тора, собранного на германиевом диффузионном транзисторе

типа

П416Б

и ТД

шпа ЗИ306К, со следующими исходными данными: Е„=—-Q0

В;

6£'к = 5%;

#к =

=0,51

кОм; Я, = 3,6

кОм; Я 2 =0,51

кОм н С=0,47 мкФ. Для

транзистора

П416Б

можно

принять ток

/«о « 8

мкА, а

приведенное напряжение

ее и

сопротивление

го участка эмиттер—база насыщенного транзистора соответственно

0,1 В л\ 220 Ом.

Подставив в выражение

(4.7)

исходные данные, получим

б / п

« — (33 +

68)%.

Знак минус свидетельствует об уменьшении длительности импульса с ростом тем­ пературы. Полученные результаты показывают, что нестабильность длительности импульса в основном определяется иестабнльностями гц, ев, h и Ек. Нестабиль­ ность б/„(7ко) в указанном диапазоне температур пе превышает 0,1%, и ею мож­ но пренебречь.

Экспериментальная проверка показала, что генератор

с

указанными

выше

параметрами в диапазоне

температур (25-4-70)°С

обладает

относительной

неста­

бильностью длительности

импульса б / ц « — 6 0 % . Таким образом, генератор

с дио­

дом в цепи базы обладает низкой температурной

стабильностью,

что является

его существенным недостатком. Этот недостаток

присущ всем

вариантам

генера­

торов с диодом в цепи базы.

 

 

 

 

 

Нетрудно заметить, что если максимально уменьшить влияние температурной

нестабильности параметров транзистора е,-, и гъ

на длительность

импульса, то

стабильность / и можно существенно улучшить.

 

 

 

 

 

4.2. Г Е Н Е Р А Т О Р С Т Д В Ц Е П И Э М И Т Т Е Р А

ТР А Н З И С Т О Р А

Вгенераторе рис. 4.2а, в отличие от ранее рассмот­

ренного, туннельный диод включен в цепь эмиттера

первого тран­

зистора. М е ж д у собой транзисторы Ti и 7'2 связаны

коллекторно-

базовой связью. Конденсаторы Ct и С 2 — ускоряющие и иа прин­ цип работы не влияют. Генератор может работать как в автоколе­

бательном, так и в ж д у щ е м режимах . Ж д у щ и й

режим работы

гене­

ратора

состоит в следующем .

 

 

 

 

 

П а р а м е т р ы генератора

выбираются так,

что Т Д находится

в со­

стоянии

с низким уровнем

напряжения . Н а п р я ж е н и е на базе

тран­

зистора

7\

« б 1 < 0 , и он открыт и насыщен.

Транзистор

Т2

заперт

напряжением Е§. Конденсатор

С з а р я ж е н

до

напряжения

ис =

= ucmax-

Через Т Д протекают

эмиттерный ток

насыщенного

тран­

зистора

7\

и ток делителя,

состоящего из

резисторов Яю

<Re, R5 и

Т Д . Однако сумма этих токов меньше тока h, поэтому исходное со­ стояние устойчиво.

С приходом запускающего импульса отрицательной полярно­ сти Т Д переключается в состояние с высоким уровнем напряжения . Потенциал базы транзистора 7\ повышается, и транзистор начинает запираться.. Это вызывает понижение потенциалов коллектора 7^ и базы Т% что отпирает последний. К а к только оба транзистора пе­ рейдут в активное состояние, в генераторе возникает лавинообраз ­ ный процесс, следствием которого является запирание левого и от­ пирание и насыщение правого транзисторов. Конденсатор С начи­

нает ^разряжаться

ш д в у м

цепям:

ТД—'резистглр

Яъ \\ насыщенный

транзистор Т2

—

резистор

Re- П о

мере

р а з р я д а

конденсатора ток

Т Д уменьшается.

 

 

 

 

 

 

Когда

ток

Т Д

станет равным

току

переключения 1% Т Д

пере­

ключается

в

исходное состояние.

Это

понижает

потенциал

базы

76

Смотрите также файлы