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: 98

Скачиваний: 0

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

Т а к и м образом, величину сопротивления резистора R выберем из условия

t\ « т з 2

In

E K R - 2 R M U 2 m i „

= Q j

 

 

 

2 RM (R " Г r3 min) 12 max

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

^

2 R;.t (Uj

min ~\- R3 min

12 max)

^

gg)

 

 

EK

• 2 Ru I\ max

 

 

Определим

относительную

нестабильность длительности б! /п в

диапазоне

температур (25-+-70)°С дл я

генератора, собранного

на

транзисторах теша П416Б, кремниевом диоде типа Д220 и туннель­

ном диоде

типа

ЗИ306К,

при

следующих

данных:

£ „ = 1 5 В,

•6£„ = 5%,

/?к 1 = 470

Ом, /?1

= /? 2 =J? M =I 0 кОм,

# = 1 , 1

кОм

и С =

С 2 =

= С м = 0,47

мкФ . Д л я кремниевого

диода

типа Д220

можн о принять

е д « 0 , 4 В,

г д « 4 0 0

Ом, / д о | , ° = 2 5 ° с ~ 1 мкА

и / д о | / = > = 7 0 о С ~ 5

мкА.

Тем­

пературные коэффициенты примем такими же, как и в ранее рас­ смотренных генераторах. Подставив исходные данные в в ы р а ж е н и я

(4.72), (4.79),

(4.80), (4.83)

и (4.84),

получим

б*„ =

0,99;(0,2 ч- 0,55)

+ 0 , 0 1 (2

-=-5,6) да (0,22 4-0,6)%.

Экспериментальная проверка показала, что генератор рис. 4.5а с указанными выше п а р а м е т р а м и элементов схемы обладает отно­ сительной нестабильностью длительности импульса

б/„да (0,5 4-0,7) % .

По сравнению с генератором рис. 4.4а стабильность длительно­ сти нмиульса в (5ч-6) раз выше.

Если применение отдельного запирающего источника Е$ неже­ лательно, то можно использовать генератор с эмиттерной связью с

мостовым в р е м я з а д а ю щ и м элементом и ТД .

 

 

 

 

 

Рассмотрим рис. 4.8а. П а р а м е т р ы элементов

схемы

выбираются

так, что в исходном состоянии

Т Д характеризуется низким

уровнем

н а п р я ж е н и я , так как через него протекает эмиттерный

ток

/ э 2

насы­

щенного транзистора T2(ia2<.Ti).

Транзистор

Г 3

закрыт, a 7Л открыт

и насыщен. Конденсаторы С4

и С 2 р а з р я ж е н ы

практически

до

нуля.

С приходом положительного запускающего

импульса

на

базу

транзистора Г 4 последний начинает запираться . Потенциал его кол­

лектора понижается, и конденсаторы моста начинают

з а р я ж а т ь с я ,

так как диод моста остается некоторое время

закрытым .

Конденса­

тор Cj

з а р я ж а е т с я

через Т Д и параллельны й

ему резистор

R,

ре­

зисторы

Ri и / ? К 1 ,

а конденсатор С 2 —

через

резисторы

R2

и

RKu

Ток з а р я д а конденсатора переключает

Т Д в

высоковольтное

со­

стояние. Потенциал эмиттера транзистора Т2

понижается, и он на­

чинает запираться,

вызывая отпирание

транзистора Т3.

В

генерато­

ре возникает лавинообразный процесс, который запирает Ti и Т2 и насыщает Т3.

По мере з а р я д а конденсаторов моста напряжени я Uc увеличи­ вается, а ия — уменьшается . В момент времени t0 напряжение ис

95

превысит UR на величину

напряжения

отпирания диода моста

ERQ.

Д и о д моста

открывается,

и ток з а р я д а

конденсаторов моста, а

сле­

довательно,

и ток Т Д резко убывают. В

момент времени

/Л

убы­

вающий ток Т Д достигнет

значения тока

h- В результате

переклю-

 

Рис. 4.8. Генератор с эмиттерной связью с мосто­

 

 

вым времязадающим элементом

и ТД:

 

 

 

 

 

а) принципиальная

схема;

б)

временные

диаг­

 

 

раммы иа

элементах

схемы

 

 

 

 

 

 

чения Т Д

потенциал

эмиттера

транзистора 7'2

повышается, и он на­

чинает отпираться, вызывая запирание транзистора

Т3

и отпирание

транзистора Ti. Транзисторы

вновь

переходят

в

активный режим .

Б л а г о д а р я

наличию

положительной

обратной

связи

в

генераторе

развивается лавинообразный процесс, в результате которого тран ­

зисторы 7\

и 7*2 открываются и

насыщаются, а транзистор Т3

за­

крывается.

Конденсаторы моста

быстро р а з р я ж а ю т с я через ТД,

ре­

зистор

R3,

транзистор Т\ и диод Д. Генератор возвращается в ис­

ходное

состояние.

 

 

 

 

 

К а к

и в

предыдущем

генераторе,

длительность

генерируемых

импульсов определяется

выражением

(4.81). Время

восстановления

генератора

 

 

 

 

 

 

96

' В о с « ( 2 ч - 2 , 5 ) С и ( Я 9 + гд ).

(4.87)

На рис. 4.86 приведены временные д и а г р а м м ы напряжений гене­ ратора .

 

 

4.4,

П О Р Я Д О К Р А С Ч Е Т А

 

 

Рассмотренные

генераторы (рис. 4.2а, 4.5а

и 4.8а)

целесообразно использо­

вать

при генерировании

импульсов большой

длительности (единицы—десятки

мс)

с относительно

высокой стабильностью длительности

импульсов.

При расчете генераторов в большинстве случаев исходными данными явля­ ются: период Т следования запускающих импульсов, амплитуда £/„ и длитель­ ность Л, генерируемых импульсов, а также их относительная нестабильность б/„, время восстановления taul: и рабочий диапазон температур.

При необходимости генерирования импульсов с б / „ < 1 0 %

целесообразнее ис­

пользовать генератор с ТД в цепи эмиттера

транзистора (рис. 4.2а).

В схемном

отношении он гораздо проще генераторов

с мостовым времязадающим

элементом

л ТД (рис. 4.5а и 4.8а).

 

 

 

 

 

 

Если

же требуется обеспечить

5 / „ ^ 1 0

/ 0

, то можно использовать генераторы

(рис. 4.5а

н -1.8а) / Кроме того, при

выборе

схемы генератора

необходимо

пом­

нить, что время восстановления генераторов

(рис. 4.5а и 4.8а)

примерно в

(5-1-7)

раз меньше, чем у генераторов (рис. 4.2а).

 

 

 

 

 

В генераторе рис 4.2а выходной импульс целесообразнее снимать с коллек­ тора Tt, так как, в отличие от импульса па коллекторе !•>, он имеет крутые пе­ редний и задний фронты и плоскую вершину.

В генераторах рис. 4.5а н 4.8а выходной импульс в зависимости от необходи­ мой полярности можно снимать с коллектора любого транзистора, по предпочти­ тельнее форма импульсов на коллекторах транзисторов 7"2 и Тэ. Импульс отри­ цательной полярности на коллекторе 7"i имеет менее плоскую вершину, обуслов­ ленную зарядом конденсаторов моста рис. 4.56 и 4.86.

1*. По заданным 6t„ и 1П0с выбирают типы генератора, руководствуясь при­ веденными выше соображениями.

2.

Напряжение

коллекторного

источника для

генераторов (рис.

4.2а

и 4.5а)

обычно

выбирают

в пределах £ к =

(1,15ч-1,2)£/м ,

а для генератора

рис.

4.8а —

£„=.(1,24-1,4).

3.Выбирают транзисторы и отключающим диод (либо диод моста в случае лримененпя генераторов рис. 4.5а и 4.8а).

Во всех типах

генераторов

целесообразно

применять

транзисторы

с большим

/'2i3, что облегчает

выполнение

условия насыщения транзисторов.

Кроме того,

должно выполняться неравенство £ к < £ Л с д о п ,

в котором

иКЛОи

—

максимально

допустимое коллекторное напряжение для схемы с общей

базой. Значение UK д о п

обычно приводится

в справочниках.

 

 

 

 

В генераторах рис. 4.2а, 4.5а и 4.8а можно использовать выпускаемые оте­ чественной промышленностью ТД из арсенида галлия или германия. Так как ТД в рассмотренных генераторах используется в режиме переключения, то предпоч­ тительнее использование ТД из арсенида галлия, обладающих лучшими пере­ ключающими свойствами.

При

использовании

ТД с током переключения Л = ( 1 ч - 2 )

мА величину сопро­

тивления

резистора Лщ

в генераторе рис. 4.2а приходится

выбирать довольно

большой (единицы — десятки кОм). Это увеличивает влияние обратных тепло­ вых токов на стабильность амплитуды и длительности импульсов и уменьшает коэффициент использования напряжения коллекторного источника питания Ек. Применение ТД с малыми токами переключения в генераторах .(рис. 4.5а и 4.8а),

кроме всего прочего, увеличивает разбаланс моста,

что увеличивает

погрешность

ь определении длительности импульса по выведенной ранее формуле.

 

Туннельные диоды с током переключения 1^20

мА ухудшают

тепловой ре­

дким работы маломощных транзисторов и увеличивают потребляемую от источни­

ка питания

мощность. Поэтому для генераторов, собранных на

маломощных

транзисторах, наиболее целесообразно использование ТД с током

переключения

У, = (5-нЮ)

мА

 

97

При выборе ТД необходимо помнить, что ток Л

не должен

превышать мак­

симально

допустимый коллекторный

ток транзистора — / « д о п . О выборе отклю­

чающего

диода в генераторе рис. 4.2а и диода моста

в генераторах рис. 4.5а и

4.8а см. в §§ 4.2; 4.3.

 

 

 

 

4. Сопротивление Дк2

в генераторе рис. 4.2а рассчитывают по формуле

 

Я к 2 ^ £ к / Л < д о п -

 

 

 

(4-88)

Необходимо при этом

помнить,

что при малых

Яна (Якг<<1

кОм) трудно,

обеспечивается необходимая степень насыщения транзистора Тг, а при больших Яна увеличивается нестабильность t„ и время восстановления. Поэтому выбирать RK2 большой величины нежелательно.

Минимальные сопротивления резисторов iRKi и Яиз в генераторе (рис. 4.5а) ограничиваются выражением (4.88). При выборе сопротивления \RU3 необходимо' также помнить, что при малых величинах £ K S трудно обеспечивается необходимая степень насыщения транзистора Т3 и уменьшается амплитуда импульса, снимае­ мого с коллектора 7"2.

Сопротивления

резисторов RK\. RK3,

Ri и Ra в генераторе (рис. 4.8а) рассчи­

тывают подобно расчету

аналогичных

резисторов в обычмом

мультивибраторе

с эмиттерной

связью.

 

 

 

 

5. Рассчитывают сопротивление R3

в генераторе

рис. 4,2а и

сопротивления

R3 и Ri в

генераторе рис. 4.5а по ф-лам

(4.11), (4.58) и (4.47)

соответственно,

при этом

задаются

£б = (0,5-М) В. Сопротивление

резистора R3

в генераторе

рис. 4.8а определяют из выражения

 

 

 

 

Я 3 <

E

k R 1

;

 

 

(4.89),

 

 

' ко

тах^кз

 

 

 

 

1ьа max определяют

по справочнику шла! по прмбллжешюй формуле

 

 

 

дг°с

 

 

 

 

>K0max~IM2l0°c

.

 

 

(4.90)

6. В генераторе рис. 4.2а выбирают сопротивление резистора R. При этом ру­ ководствуются следующими соображениями. Чрезмерно малая величина А может привести к вырождению отрицательного участка вольтамперной характеристики пары «ТД — шунтирующий резистор». С другой стороны, его величина должна быть такой, чтобы шунтирование было эффективным. Ориентировочно сопротив­ ление R можно определить по приближенной формуле

R

да

2

~

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

(4 91V

 

(0,25 - н0,1)/ х

(0,25-^-0,1)/! "

 

 

 

 

 

'

В генераторах

рис. 4.5а и 4.8а из

неравенства

(4.45)

определяют

сопротивле­

ние Я К 2 .

 

 

 

(4.34 )в генераторе

рис. 4.2а выбирают

сопротивле­

7. Из неравенств (4.33) и

ние i?5, при этом hmax,

/ i m i n

и Ui min определяют

с помощью ранее приведен­

ных температурных

коэффициентов

(§ 4.4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•В генераторах

(рис. 4.5а >и 4.8а)

из лш'ражеН'НЙ

(4.44)

m ((4.48)

определяют

сопротивления резисторов Ri и Rs

соответственно.

 

величину сопротивления R

8. В генераторе рис. 4.2а по ф-ле

(4.40)

уточняют

и проверяют

выполнение

неравенств (4.33) и

(4.34).

 

 

 

 

 

В генераторах

(рнс

4.5а и 4.8а),

полагая

•Я{=Л2=Ям,

 

из неравенства

(4.49)

определяют

сопротивления резисторов

моста.

При этом

необходимо

помнить, что-

чрезмерное

увеличение сопротивлений

может

ухудшить

стабильность ta

из-за

резкого увеличения

относительной

нестабильности

о7„(7д 0 ) «б£'0 (7до). Кроме .то­

го, если используется ТД из арсенида

галлия, то для устранения явления

дегра­

дации максимальный ток на диффузионной

 

ветви

ТД

необходимо ограничить ве­

личиной (0,334-0,67) h min, т. е. выполнить

условие

 

 

 

 

 

'тд = / т д ш а . г «

 

 

 

<

(0,33-=-0,67) I l m

i n .

 

(4.92)

 

 

 

'<к \К ~Т

г3min)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. В генераторе рис. 4.2а по ф-ле

(4.37)

определяют

емкость конденсатора С„

 

 

98

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

полагая /,<о=/эо=0 и е д = 0 . В генераторах

рис. 4.5а и 4.8а из

выражения

(4.86)

•определяют сопротивление R.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Из

выражения

(4.19)

в

генераторе

рис. 4.2а определяют

 

сопротивление

 

а в генераторах рис. 4.5а

и 4.8а

по ф-ле

(4.55)

определяют

сопротивле­

ние Яь-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сопротивление Rs-

 

11. В генераторе

рис. 4.2а

по ф-ле (4.14) определяют

 

В генераторах рис. 4.5а и 4.8а из выражения

(4.57) определяют

сопротивле-

лт е

Re.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. Из

неравенства

(4.26) в генераторе

рис. 4,2а

определяют

сопротивле­

ние

Д\.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

генераторах рис. 4.5а

п

4.8а

проверяют

выполнение

неравенств (4.76) и

(4.92).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. В

генераторе

рис. 4.2а по

ф-ле

(4.28)

определяют

сопротивление

резис­

тора Ri.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полагая Ci = C2 = CM , в генераторах

(рис. 4.5а и 4.8aJ по ф-ле

(4.81) опреде­

ляют емкости конденсаторов

моста.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Емкости ускоряющих конденсаторов в генераторах выбирают одинаковы­

ми .и равными! il50—300 пФ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Проверяют выполнение условия восстановления

с

учетом

ф-л

(4.38),

(4.82) и (4.87) для генераторов

рис. 4.2а, 4.5а и 4.8а соответственно.

 

 

 

Пример

I.

Рассчитать генератор прямоугольных

импульсов

 

отрицательной

•полярности по следующим исходным данным: UM^il3

В, t„=8

мс, 67п =^10%, пе­

риод следования

запускающих

импульсов

Т = 2 0 млс, f n o c ^ 0 , 9

t,„

диапазон

рабо­

чих

температур

(25—70) °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. По заданным 6^„ и tBOc

выбираем

генератор

рис. 4.2а.

 

 

 

 

 

 

2.

Определяем напряжение

коллекторного

источника: Ек

= (1,15-И,2)

•UM_=

= (1,15-1,2) -il3= (14,9-15,6) В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем £ I t = i l 5

В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбираем полупроводниковые приборы. Транзисторы типа П416Б, обла­

дающие при Г=20±5 С 'С,

/t 2 i э=90— 200, Uv

д ( ш = 2 0

В, допустимым

коллекторным

током

в режиме

переключения

/ Н д о п = 120 мА и /ко|го_7 0 ос=.100

мкА. Туннельный

.диод

типа

ЗИ306К (Л = 5 мА, /2 =0,25

мА, У 2 = 0 , 5

В и г 3 « 1 0 0

Ом). Диод Д —

типа Д220, у которого е д

« 0,4 В, гл

« 400 Ом.

 

RK2:

 

 

 

 

 

 

 

4. По ф-ле

(4.88)

рассчитываем

сопротивление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Як- >

 

>S— =

 

 

 

Г =

125 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'кдоп

 

 

120 - Ю-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем Я,<2=1,5 кОм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В целях окончательной подстройки генератора резистор R,!2

 

выбираем

пере­

менным. Полагаем Rii2=

 

RKo—Rm!2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Сопротивление R2

рассчитываем

по ф-ле

(4.11), задавшись

£ а = 0 , 5 В:

 

 

R2 <

',

Еб

=

 

0,5

к = 5 кОм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. „„

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100-10~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем R2—2,2

кОм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R:

 

 

 

 

6. По ф-ле (4.91) ориентировочно выбираем сопротивление

 

 

 

 

 

* ~

(0,25+0,1)7,

"

(0,2 5 +0°i) . 5 . 10 - 3

« ( 4

0 0 " 1 0

0 0

)

° М '

 

 

Принимаем Л = 620 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.7. Сопротивление

резистора R:, выбираем из неравенств (4.33) и (4.34):

 

 

 

 

 

 

 

 

E«R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R +

г,) (0,33-0,67) I m i

n +

U2mln

_

{ R k

2 +

Г я ) ^

Rr"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15-620

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(620+

100) (0,33 - 0,67)-4,86-10_ 3 +

0,49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— (1,5 - 10 _ 3

+

 

400) <

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

99

Смотрите также файлы