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

Рассмотрим схему

рис. 5.5. Она отличается от рассмотренной выше тем, что

все ТД переключаются

в исходное состояние не после переключения ТД«, а тог­

чины, при которой эмиттерный

ток транзистора 7\ станет равным току

переключе­

ния

диода ТД, находящегося в состоянии

с низким

уровнем

напряжения.

Диод

ТД

переключается

в состояние

с высоким

уровнем

напряжения,

и транзистор Т2

отпирается и насыщается. В результате

чего все ТД в цепочке

делителя

обеспо-

чиваются и возвращаются в исходное

состояние. При этом

7"(

закрывается, ток

ij = 0 и диод ТД

также

возвращается

в исходное состояние,

запирая

Т2.

Индук­

тивность L и в данном

случае

предназначена для того,

чтобы

несколько

задер­

жать .момент запирания

Г 2 и дать возможность

переключиться

всем диодам. Для

получения максимального при данных

условиях

коэффициента

деления п необхо­

димо так подобрать величину

резистора Ян, чтобы

эмиттерный

ток

транзистора

7\ переключал ТД в состояние

с высоким

уровнем

напряжения

только после то­

го, как в

таком

состоянии

окажутся все

диоды цепочки делителя. Выходной импульс

снимают с диода ТД.

б)

Ч

•л 1-

ляется и то, что выходные импульсы снимают с ТД и нагрузка

не

шунтирует

основную

цепочку туннельных диодов. Чтобы базовый ток транзистора

7"i

су­

щественно не влиял

на работу делителя, необходимо дкоды ТД\—ТДп

выбирать,

с током

переключения Л, значительно превышающим ток базы транзистора

7\.

Для

уменьшения времени восстановления делителя и тем самым

увеличения;

его

быстродействия

параллельно резистору i ^ i включают диод Д

(см. рис.

5.5).

Во

время

действия

входного импульса конденсатор С разряжается

через

сравни^

частоту следования запускающих импульсов, не нарушая условия

(5.2),

в

кото­

рое вместо сопротивления Ri,

определяемого

из (3.4), необходимо

подставить

В ряде случаев возникает затруднение в применении дополнительного источ-.

пика питания, необходимого для нормальной работы

делителя

рис. 5.3а. Чтобы;

избавиться от этого источника, можно осуществлять

питание делителя

не

через,

транзистор, включенный

по схеме с общей

базой, а

так,

как

показано

на

рис.

5 6а. Если делитель на

сопротивлениях Rt,

R2

выбран

так,

что

напряжение

U R 2

на резисторе R2 обеспечивает

выполнение условия

UR2>nU3,

(5.35);

RB

» гбэ +

R1R2/(Rl

- f Ri),

(5.36)

но это увеличивает

потерн

мощности

на малых

по величине резисторах Ri и R2,

а источник

£ э заставляет делать сравнительно высоковольтным.

Иногда

амплитуда запускающих

импульсов

может оказаться значительно,

тате

расчета

значения

сопротивления R;

п

амплитуду запускающих

импульсов

W,

рассчитывают

делитель

напряжения

на

сопротивлениях

(рис.

5.66). Схема,

описывается

уравнениями

U R

2

U

= , I

в

_1

о

•

(5-37).

ri +

R3

+

R2

(fti

+

rt)

R2

Ri.

(5.38),

ri +

Ra +

R*

Обычно

выбирают

RDI!^

« (0,1—0,2)Rt

так, чтобы R3+R2

незначительно шун­

сителыю^з

и R2 приводит к следующему результату:

Ra =

R3K*U/U' — n;

(5.391

R2

=

RSKBU (U-W).

(5.40).

5.4. П О Р Я Д О К

Р А С Ч Е Т А

ратора запускающих

импульсов, в частности, его выходным

сопротивлением и

амплитудой, а также

нагрузкой.

Схема

рис. 5.1а обычно используется в тех случаях,

когда

коэффициент деле­

ния /!=£^5

н имеется

одни источник питания, а выходное

сопротивление источника

выбор типа транзисторов и полярность

запускающих импульсов. Если необходи­

мо получить ступеньки положительной

полярности, то запускающие импульсы н

меняют типа п-р-п.

Для получения отрицательных ступенек

напряжения в схеме

делителя рис. 5.1а

необходимо

изменить

полярность

включения ТД, источника £

и запускающих импульсов и

применить

транзистор

типа

р-п-р. Делитель рис.

кающих

импульсов в этом

случае

может быть сравнительно

большим, так как

ширина

зоны возможных

значений

U практически

не зависит

от Ri (рис. 5.46),

однако при этом относительно уменьшается ширина

зоны:

б U = (Umax —

Umi„)/Umax<

поскольку с увеличением

Ri растет

необходимая

для

запуска

амплитуда

им­

пульсов. Кроме того, при больших

Ri

на ширине зоны

начинает

сказываться

то,

При выборе типа ТД следует исходить из того, что чем больше величина

U3

диода, тем шире зона возможных значений U, поэтому целесообразно применять

диоды с большим

U3. Ток 1\

диодов

должен значительно превышать ток / о п

ба­

зы насыщенного

транзистора

7*1, в

протишюм случае транзистор будет сильно

Во всех случаях

необходимо выбирать ТД с минимальным

разбросом

пара­

метров, так как из-за

этого сужаются зоны возможных значений

U=>f(<Ri) и при

большом разбросе ширина зоны .может оказаться -близкой к .нулю. Для

повыше­

ния быстродействия

делителя параллельно резистору

Ri включают диод

Д

(см.

рис. 5.5а), а в качестве

Tt применяют высокочастотный

транзистор.

Обычно для расчета бывают заданы: коэффициент деления п, параметры за­

пускающих импульсов

/ , , э , 7\i, U, внутреннее сопротивление источника запускаю­

щих импульсов и напряжение источников питания.

1. Выбрав схему

делителя и полупроводниковые

приборы в

соответствии с

тывая

возможный разброс

параметров

ТД

и

нестабильность

тока / ь

мож-

ло рекомендовать

/ = £ / £ « ( 0 , 8 5 - ^ 0 , 9 5 ) / ! ,

(5.41)

что обеспечивает устойчивое

деление.

3. Используя характеристику ТД и ф-лу (5.17) или аналитически по ф-лам

(5.19) и (5.21) строят эквивалентные характеристики двухполюсника

для

гп=0

и

m—n—1 и на них проводят нагрузочную

прямую

(5.20), соответствующую

задан­

ному значению £ и выбранному значению R

(рис. 5.2а)

или линию

тока

/

(рис.

5.4а). Определив напряжение

в точках пересечения линии

нагрузки

(линии

тока)

с эквивалентными характеристиками двухполюсника, по

известным

параметрам

ТД строят зоны возможных значений амплитуд

запускающих

импульсов

(рис.

5.26 или 5.46"). В зависимости от г,- выбирают положение рабочей

точки

в

зоне

таким,

чтобы ее абсцисса

лежала правее значения

Rt—fj

и была

равноудалена

от

верхней и нижней границ

зоны. По положению

рабочей точки определяют Ri и

U, а по известному г,- находят сопротивление резистора Rt,

включаемого последо­

вательно с конденсатором

(3.4).

По заданной амплитуде 0 находят точку, соответствующую U и равиоуда-

.ленную от границ зоны. Если

при этом окажется,

что /?,-<г,-, то

между генерато-

Ri

= Ri — Яэкв-

(5.42)

Следует

иметь в виду, что величина Ri имеет минимальный

предел, ниже

следующий

переключающийся

ТД, оказывается

больше

\г2\

и диод

переключит­

ся

при любом

Ri.

Чтобы

определить

значение

iRi=Ri

m i n .

для

делителя

на

рис. 5.1а воспользуемся ф-лой

(3.5), а для делителя на рис. 5.3а —

ф-лой

(3.33).

Полагая в

этих

выражениях u0i = Uoo, / п = оо,

U — 0 и

ил = илв~иг+

(п—l)/2rt

и

учитывая, что при этом ток /д для устойчивого переключения

должен

быть

боль­

ше

/ о , находим

соответственно

Ri

>

—

:

(5.43)

R

i <

[ U . - U 0 0 + I 2 {

n - i ) r i

]

{ ъ л а )

4. Емкость конденсатора С для простой схемы делителя выбирается из усло­

вий

(5.1)

и

(5.2),

при

этом в

неравенство

(5.1)

необходимо

подставлять

зна­

чение

Я ш

=

Я ( 0 ) =

лг 1 ,

(5.45)

а в неравенство

(5.2)

Я т

=

#(„ _ !)

= ' i

+ ( я - 1 ) / V

[(5.46)

Если оба эти неравенства удовлетворить невозможно, то

резистор

Ri

шунти­

руют диодом

(см. рис. 5.5а),

а .в неравенство

(5.2) 'следует

подставлять

вместо

Ri

значение

сопротивления

гя.

Если

при

этом

одновременно

выполнить

условия

(5.1) и (5.2)

невозможно, то необходимо выбрать рабочую точку в зоне

возмож­

ных значений

U,

соответствующую большему значению

Ri,

а

следовательно,

и

R.

Для делителя с источником постоянного тока в условиях

(5.1)

и

(5..2)

пола­

гают R = oo.

5. Емкость конденсатора Ci определяется из

условия (5.22) и при

выбранном

значении Ci

проверяется выполнение условия

(5.23). Индуктивность

L

для

высо­

Пример. Рассчитать

делитель частоты

следования

импульсов

по следующим

данным: n = 5, U = 5 В,

/,,з = 0,1 ,мкс, 7\,=-:0

мс, г;=а0О

Ом, £ = 3 0

В.

F-

—

30

5 = 6,67 кОм.

R = - г - г т - =

0,9/j

0,9 - 5 - Ю~

3

\

Г

t . / o - i u -

теристиках двухполюсника проводим

.пинию «ад-рузки 1(5.20):

£ — ил

30 — Од

' д =

R

= 6 , 8 - 1 0 ~ 3

Для R — 6,8 кОм в точках

пересечения линии нагрузки

с

характеристиками

двухполюсника

получаем напряжения

U№ (

„ _ „ - ' / 0 , „ _ „ =

4,65 В; c' w , ( 0 ) =

L / 0 ( 0 )

= 0,4

В.

Подставив в (5.12) и (5.16)

значения (Л(о),

^o(,i-i)

и другие

известные вели­

чины,

получаем

U>Umi„

=

1,32 - Ю - 3

Ri •• U.25;

U < Umax

= 0,837-10~3 Ri +

1 ,2.

Строим графики

Umin=}(Ri)

и

Umax=f(Ri)

рис 5.26. Из графиков видно,

что при заданной

амплитуде с/ = 5 В

невозможно обеспечить

требуемый режим

деления. Необходимо

увеличить R, что сужает

зону допустимых

значений U =

=[(Ri)

«ли снимать .импульсы запуска с делителя .напряжения на сопротивлениях..

Рассчитываем

делитель напряжения, выбирая амплитуду запускающих импульсов,,

раем

рабочую

точку (точка

Р на

рис. 5.26)

с

координатами

U=.\,25 В, Ri =

=500

Ом и по

ф-лам

(5.39)

и (5.40) рассчитываем сопротивления делителя, за­

даваясь / ? э к в = 0,2 Ri =

100 Ом, тогда

R.t =

R3KBU

,

— ri =

100-5

— 100 = 300 Ом.

U

1,25

Принимаем

/?3

= 290 Ом.

По ф-ле (5.42)

находим

Ro =

R3KBU

=

100-5

=

133 Ом.

— —

5—1,25

U — L

Принимаем ^ 2 =13 0 Ом.

4.

Определяем

емкость

конденсатора С. Из

(5.1) с учетом

(5.45) получаем!

R1 = Ri — R3KB

= 500 — 100 =

400

Ом.

Принимаем

# 1 = 3 9 0 Ом.

Из (5.2) с учетом

(5.46)

определяем

С >

(5-10) < и з

(5-10)

0,1-10~6

Rnrj

-

6,8-103 -5-20

Ri +

~zr~,

500 +

6,8-103 -f

5-20

R + nrt

= ( 0 , 8 3 - 1 , 6 7 ) - Ю - 9 Ф,

Принимаем

С = 1000 пФ.

5.

Емкость

конденсатора С\ выбираем из условия (5.22),:

(0,1^-0.2) Г 3

(0,l-0,2) - 10 - . 10 -G

^

Ri + ^ + in—

1)г3

-

500 +

2 0 + (5— 1) 126

(0,98-1,96)-10~9

Ф.