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

В

момент

включения

источника

питания

Е

все

напряжение

падает на

L ,

а ток

гд

= 0.

Затем

ток

че­

рез катушку,

а

следова­

тельно,

ток

/д

и

напряже ­

ние и д

начинают

возрас­

тать. При этом рабочая

точка

сравнительно

мед­

ленно

перемещается

но

вольтамперной

характе ­

ристике диода в направ­

лении точки А (рис. 2.26):

Проводимость

6(ия),

со­

ответствующая

началь­

ному

участку

туннельной

ветви

характеристики, по­

чти постоянна,

поэтому

в

Рис. 2.2. Генератор с

источником постоянного

соответствии

с

(2.1)

ско­

напряжения

(с

последовательной индуктивно­

рость изменения

напряже ­

стью) :

б) траектория

дви­

ния на диоде из-за увели­

а)

принципиальная схема;

жения рабочей точки и форма напряжения на

чения

1Я

и

и д

несколько

диоде

уменьшается .

При

под­

G(u^)

ходе

к

верхнему

изгибу

характеристики

проводимость

на­

чинает быстро

уменьшаться

и в точке

A

G(ua)

= Q. Р а б о ч а я

точка

приобретает

бесконечно большую скорость и скачком перемещается

на диффузионную

ветвь характеристики

(точка

Б). Н а п р я ж е н и е

на

катушке

скачком

уменьшается, меняя

знак, а ток, остается постоян­

ным,

поэтому

линия АБ движения рабочей точки оказывается па­

раллельной

осп

абсцисс

( / А =

^ Б ) -

После

переключения

диода,

вследствие

того,

что

uL

изменило

свой

знак,

скорость

изменения

напряжения

dt

определится

выражением

duR

=

ыд -j-iaR

— E

_

Е — » д — IдД

,^

2)

dt

G (ыд ) L

G (ид ) L

Т е п е р ь . н а п р я ж е н и е

ыд

и ток

ia

начинают

уменьшаться вместе

с

уменьшением напряжения

uL

на катушке, a G(uR)

медленно

убыва­

ет. В результате

скорость

изменения напряжения

на диоде

(2.2)

по

му изгибу характеристики

G(u!1) начинает

быстро уменьшаться и в

точке В G(uR)=0,—-

= о о , а рабочая точка

скачком

переходит

в

dt

точку Г иа туннельной ветви характеристики

ТД . Н а п р я ж е н и е

иь

меняет свой знак, гд , и ия

растут, цикл работы генератора повторя­

ется. Форма генерируемых импульсов показана на рис. 2.26.

Процессы в генераторе

с источником

постоянного

тока (рис.

Рис.

2,3.

Генератор с

источником постоянного тока

(с

параллельной

индуктивностью):

а) принципиальная схема; б) траектория движения ра­

бочей точки

н форма

напряжения

на

диоде

,

Составим упрощенное дифференциальное уравнение, описываю­

щее схему, без учета

паразитных

параметров:

{l-ijR

+ LdJL^-

at

=

u„

где

i=(E—Un)/Ri.

diR

=

G(uVt)duR,

Р е ш а я

эти

уравнения

совместно и учитывая, что

получим

сШд, _

ER

—(Rx

+

R) Цд — i^RjR

-

dt

L[\

-|- G (од)

Rt]

В момент

включения

источника

напряжения Е

сопротивление

катушки

бесконечно,

а ток диода скачком возрастет

до

величины

1Д

=

( £ — ua)lRx.

(2.4)

Д л я

определения

напряжения

и д

(точка

Л ' на рис.

2.36) необ­

ходимо

на вольтамперной характеристике

Т Д построить

линию

на­

грузки, определяемую ур-нием (2.4). После включения

Е н а п р я ж е ­

ние uL

уменьшается,

но увеличивается iL,

при

этом

1Д = ( £

— " д — iLRi)lR*.

(2.5)

Формула

(2.5)

является

уравнением

динамической

линии

на­

грузки

[выражение

(2.4)

является частным случаем

(2.5)

при

ib —

= 0]. П о

мере

увеличения lL

напряжение

ия

и ток iR

уменьшаются .

Как следует из (2.3), скорость изменения напряжени я

ия

возраста ­

ет. При приближении к нижнему изгибу характеристики G(uR)

на­

чинает быстро уменьшаться и в точке Б

G(ua)=0,

однако, в

отличие

от предыдущего случая, скорость изменения

напряжения

еще не

равна бесконечности и скачок напряжения еще не возникает

(толь­

ко при

Ri = oo и \G(ua)

=0

в точке Б

dt

= со) . Р а б о ч а я

точка

пере-

ходит на

участок

характеристики с отрицательным

сопротивлением

и при

0 ( и д ) =

- 1 / / ? 1 ,

(2.6)

=

со

(точки

Б')

и рабочая

точка

скачком

переходит

на

тун­

нельную

ветвь

характеристики

(точка

В). Н а п р я ж е н и е

uL

скачком

меняет

знак на противоположный,

а ток i L

остается

неизменным.

Величину

тока

i L

в момент

скачка

можно определить

по

прибли­

женной

формуле,

полагая,

что

скачок

произошел

в точке

Б

при

и д = 1 ^ 2 ,

тогда

и уравнение линии нагрузки, проходящей через точку В,

запишется

так:

1Д = (Е -

ил)1Ъ

-

7 i B =

(U2 -

ия)/Ъ

- I -

/ 2 .

(2.8)

Уравнения

(2.7) и

(2.8)

будут тем точнее о т р а ж а т ь

действитель­

ное положение

нагрузочной

прямой

в момент

переключения

диода,

После

скачка, вследствие

изменения

знака uL,

ур-ние

(2.3) при­

нимает вид

<ШЛ _

ER— (#! + R)

ц д -

/ 2 9 )

dt

L [ l + G ( u f l ) K i ]

т-т

•

du„

,

Поскольку

1Д

и %

начинают

расти, — —

по

аосолютнои

величине

dt

уменьшается

и только при перемещении рабочей точки в

область

верхнего изгиба характеристики G(uR)

начинает быстро уменьшать ­

ся,

с я

^

только

при

выполнении усло-

а — —

расти. Скачок произойдет

dt

вия

(2.6),

т. е. когда рабочая

точка

попадает на

участок

с отрица­

тельным сопротивлением.

Ток катушки i L

в момент

переключения Т Д определяется выра­

жением

!LT « ( £ -

№ -

ȣ. =

7 L A =

U

/ 1 ,

( 2 - 1 0 )

1Д = (Е - ад)//?! - ILT « ( ( Л - цд )//?! + / ь

( 2 . П )

В дальнейшем рабочая точка будет

перемещаться по контуру

АБВГ (рис. 2.36).

Из рассмотрения выражений (2.4), (2.8) и (2.11)

видно, что угол

наклона а линии нагрузки

во всех случаях

одинаков:

а

= arc t g l / t f i .

(2.12)

Таким

образом, каков

бы ни был ток источника,

рабочая точка

катушки iL, что предохраняет диод от выхода

из

строя. Ток катуш ­

ки в процессе работы изменяется от величины

I I

г — I l А = I ь ты до

величины / / „ Б =1ьъ = 1ьтах,

определяемых соответственно

в ы р а ж е ­

ниями (2.10) и

(2.7).

2.3. У С Л О В И Я

С А М О В О З Б У Ж Д Е Н И Я

При рассмотрении принципа работы генераторов на

Т Д

отмечалось,

что лавинный процесс наступает только тогда, ког­

да

скорость изменения напряжения на диоде становится

бесконеч­

ной. В реальных схемах, из-за паразитных параметров и

отсутст­

вия

идеальных

источников

тока

и напряжения рабочая точка пере­

люсником i/V-Tima быстрому нарастанию напряжения

препятствует

паразитная емкость (емкость д и о д а ) ,

а в генераторах с двухполюс­

ником 5-типа быстрому нарастанию

тока препятствует

п а р а з и т н а я

ния необходимо

учитывать эти параметры . На рис. 2.4а, б показаны

о)

5)

\

£

л

L

Т

Т

L

\ 1

= 4

[ 1 1

£ » # | г 2 | С д ;

(2.13)

R<\r2\.

(2.14)