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

Ток базы транзистора Т2

определяется выражением

;

-•

;

Ек

— Л< О

Еб

В р е ж и м е

насыщения

*б2 =

^62 нас ^

(3 - г 5) —

,

"21Э <М<2

тогда

'<Kl

I *У1

« 2

"21Э Ак2

Р е ш а я

(4.27)

относительно

J?i

и

полагая

EK^>IKoRKl,

получим

^

^

£к -^2 Uhl э min ^К2 — (3 -i- 5) RKi]

— £ б ^21 з mln R\a R\a

^ 2g^

(3

5) • Ек

R2

+

£ б ^21 э mfл

2

Д л я

определения

длительности

импульса

эквивалентную

схему

генератора

(рис. 4.36) можно существенно

упростить,

исключив

элементы, не влияющие на процесс

р а з р я д а конденсатора

С,

и

представить ее в виде схемы рис. 4.3в.

В соответствии с эквивалентной схемой 4.3в максимальный ток,

протекающий через Т Д при р а з р я д е

конденсатора,

.

_

,

_

ц а — и2

_

'тд

'

тд max

Сэкв+

m.ix гэкв

— (^э о +

I

д о)г экв — ^2

(4.29)

'з

где

г

_

Ucгпах—еэкв+(1Э0~г

1Я 0)

гэкв-\-1Д0

R5

'ртах

;

1

( * - J U )

^5 +

''экв

а

Гдк в

и е Э 1 Ш определены

в ы р а ж е н и я м и

(4.21)

и (4.22). Подставив

в

(4.29)

выражения

(4.20),

(4,21),

(4.22) и

(4.30) и

полагая

Я 5

»

_5!

< 1 ,

получим

j > 4 e . — т - т т г -

(R+r3)

R6

г

__

(Ек — Л; о RK2 — en)'R

Uг ~Ь

о R

(Л.

Ч\\

Т Д

"

Т Д

Ш

"

(Я. +

Як2 + Ъ)(Я + г.)

(R + r3)

•

1

1

Так

как

/ к й ^ к г - С ^ к ^ е д

и Uz^hoR,

то дл я

практических

расче­

тов выражение

(4.31)

можно упростить и считать, что

ТД

~

Т А

т

а

х

(R* +

* К 2 +

г,)

(R + r3)

(R + г3)

•

^ 6 1

)

выполнить

условие

и2

(Л» + RK2

+ rR)

(R + r3)

(R +

г3 ) J

<

(0,33 4-0,67). A „„•„,

откуда

(R

+ г3 ) (0,33 ч- 0,67)

/ г

,„;„ + t/8 „,,„

(4.33)

С другой стороны, релаксационные колебания в генераторе воз­

можны

только при выполнении

условия

тД

'I.т д max •

R

Ui m i

n

I

(Rb + RK2

+ гд).

(R + r3)

(R +

r3)j

откуда

EKR

( ^ К 2 +

Г д ) ,

(4.34)

(R + r3) lг max

min

где

/ о m a x — ток / о при максимальной температуре

рабочего

диапа ­

зона .

резистора Ra

Таким

образом, выбор

величины

сопротивления

ограничен

неравенствами

(4.33)

и

(4.34).

В процессе

р а з р я д а

конденсатора ток Т Д

изменяется по

экспо­

ненциальному

закону:

t_

т

р

(4.35)

* т д

=

^тл maxе

I

где

Tp

= C(R6

+ r'MB)&CRb,

(4.36)

•а

/ Т д max определено

выражением

(4.31). Подставив

в (4.35)

выра­

ж е н и я

(4.31)

и

(4.36)

и

учитывая,

что при i — tu

и ' т д — / 2 , получаем

tn

» С Rb

In

( Е к - Л с о К м - е д ) - / ?

U* + I 3

U R

(4.37)

№ + Я к 2 + Г д ) (Я + Г 3 ) / о

(R + г3 ) / 2

Время

восстановления

генератора определяется

временем

заря ­

д а

конденсатора

С до н а п р я ж е н и я iic=Ucmax

и равно

' . о с »

(4 -т- 5) С

^

+

Г Д

> Д .

(4.38)

(ЯК2 +

Я3 +

Г д )

Обычно г"вос составляет

(0,7-^0,9)4-

Д л я

исследования

нестабильности длительности

импульса

про­

дифференцируем в ы р а ж е н и е (4.37)

ПО .С к,

Uz,

Гд, h,

е д

и г3.

Тогда,

•пренебрегая

б £ п (/ко)

и

6 / и ( / э о ) ,

получаем

6 *н » 8 *и ( £ в ) + б *„ (U2) + б ^н (гд ) + б tK (/2 ) + б t„ (ед ) +

+ б^н (г3 ) = б £ к

(Я5 + Я к 2 + гд ) (К + г3 ) / 2 a l n o

— б с / 2

~

s _

Ек

R гд

(Я +

г3 ) / 2

a In a

б г

а

+ гд ) (R + г3 ) / 2 a In a

(Rb + RK2

— 612 in a

6 ед (Rs + +

(R + r3)

12а]па

6/3

,

(4.39)

(R +

г3)\па

где

EKR

U,

<Rb + RK2

+ Гд) {R + r3) h

(R + r3)

/„

D _ — с ±

Yc~ — 4bd

(4 40)

А

2ft

где

ЬжЕк(ЬЕк-Ы2);

(4.41)

с ^ £ к ( б

Ек — 6 / а

— б л 3 ) +

(б / 2

— бС/а )(/?в + #кя

+

+ г д ) 1 / 2 ;

(4.42)

d « (б / 2

-

б Uu +

б /-з) (Яв +

^к2 + гл) r3

(4.43)

При выводе выражения (4.41)

и (4.42) полагали

б ед е„ << б / 8 £ к »

6 Г д Г д £ к

.

статно-емкостным

в р е м я з а д а ю щ и м

мостом,

принцип работы

кото­

рого заключается

в следующем. В исходном

состоянии конденсато­

ры моста Ci и С 2

р а з р я ж е н ы , диод

Д 2 открыт, транзистор

Т2 за-

а)

крыт,

a

Ti

открыт

и

насыщен.

Д и о д

Дг

ускоряет

процесс

разря ­

да конденсаторов моста и фикси­

рует

потенциал

базы

закрытого

транзистора

То

на

уровне,

близ­

ком к нулю.

При воздействии

запускающе ­

го

'импульса

положительной

по­

лярности

в

генераторе

возникает

лавинообразный

процесс.

Ту

за­

пирается,

Г 2

отпирается

и

на­

сыщается,

а

конденсаторы

моста

начинают

з а р я ж а т ь с я ,

так

как

диод

моста

остается

некоторое

время закрытым . Конденсатор Ci

з а р я ж а е т с я

через

эмиттерный

пе­

реход

транзистора

Тъ

резисторы

и |/?к ь а конденсатор С2—

через

резисторы

R2

и

iRKi.

Н а п р я ж е н и е

«с (рис. 4.4а)

нарастает по

экс­

поненциальному

закону,

а

«я

уменьшается .

В

момент

времени

t0

(рис.

4.46),

когда

разность

между напряжениями ис и «я ста­

нет равной напряжению отпира­

ния диода моста £ д о, диод

Ду

от­

Рис. 4.4. Генератор с мостовым вре-

пирается.

Ток

з а р я д а

конденса­

мязадающим элементом:

тора

Cf ,

а

следовательно,

и

ток-

а) принципиальная

схема;

б)

диаг­

базы транзистора

Т2

резко

умень­

раммы напряжений

и токов

на

эле­

шаются . В момент

времени

ti

ток

ментах схемы

базы и'бг станет равным току на­

сыщения /б2нас-

Д а л ь н е й ш е е уменьшение

базового

тока

запирает

Тг и отпирает Т±. .Конденсаторы моста

р а з о я ж а ю т с я

до I H V J I H

чеосз

диод Дь насыщенный

транзистор

Ti

и

диод

Д\.

Генератор возвра ­

щается в исходное состояние.

Длительность генерируемых импульсов tK

= t'0

+t[

. Эксперимен­

ты показывают,

что

в большинстве

случаев

-^«'(О.Об-ч-О.ОВуГо, а

фициент усиления /г21Э2 могут измениться на десятки

и д а ж е сотни

процентов,

то

нестабильность

отрезка

времени

/J

оказывается

очень низкой

и составляет десятки процентов.

Таким образом, наличие хотя и незначительного

по

длительности

( / v i < 0 , l i „ ) ,

но очень нестабильного отрезка времени

t'\

приводит

к тому, что общая относительная нестабильность 8tn

длительности

импульса составляет З-г-5%-

Время 1\

можно уменьшить,

увеличив

сопротивления

резисто­

сти импульса 67и из-за

температурной нестабильности обратного

теплового тока /д о диода

моста.

Существенно влияет

на время t'x т а к ж е сопротивление R5. Чем

зистора

Rz д о л ж н а

быть на порядо к больше

входного

сопротивле­

ния

насыщенного транзистора

7"2. В противном

случае

транзистор

То может выйти из

режим а .насыщения раньше, чем

откроется

диод

моста и стабильность длительности импульса

ухудшится.

Кроме

того, с уменьшением сопротивления R$ ухудшаются

условия

опро­

кидывания,

что

увеличивает

длительности

переднего

и

заднего

фронтов

импульса .

Д л я

уменьшения времени

t\

и повышения

стабильности

дли­

тельности импульса можно вместо резистора R5,

диода

Д2

и источ­

ника

£ б

на участке база — эмиттер Т2 включить

Т Д . При соответст­

вующем подборе элементов схемы вслед за отпиранием

диода

мос­

та

Д1

туннельный

диод переключается в состояние

с

низким

уров­

нем напряжения, Т2 запирается, 7\ отпирается

и

насыщается

и

формирование импульса заканчивается . Б л а г о д а р я

этому величина

1\

практически

обращается в нуль. Однако

по

причинам,

рассмот­

ренным

в § 4.1,

момент переключения Т Д оказывается

нестабиль­

ным при изменении температуры, поэтому такое

включение

Т Д

нежелательно .

Д л я

повышения стабильности длительности

импульсов

генера­

торов

с

реостатно-емкостным

в р е м я з а д а ю щ и м

мостом

Т Д

необхо­

димо включать в цепь эмиттера транзистора,

одновременно шунти­

руя его резистором

R.

Один из вариантов такого генератора представлен на рис. 4.5а.

Элементы

генератора выбраны

так, что Т Д

находится

в состоянии

Через Т Д

протекает

эмиттерный

ток транзистора

Г 2 i32<h-

Тран­

зистор Т3

закрыт, а

Г4 открыт

и

насыщен. Конденсаторы

моста Ci

и С2 р а з р я ж е н ы практически до

нуля.

С приходом запускающего импульса положительной

полярно­

сти на базу транзистора T j последний запирается . Потенциал

кол­

лектора транзистора Т\ понижается, и так как диод моста

Д\

оста­

ется некоторое время закрытым,

конденсаторы

С\ и С 2 начинают