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: 105

Скачиваний: 0

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

где индексы «а» и «б» соответствуют максимальному и минималь ­ ному значениям тока и напряжения для данного отрезка; постоян­ ная времени находится по формуле

 

т„ = L/(R + г„),

.

(2.59)

а

гп — линеаризованное

дифференциальное

сопротивление диода

на

выбранном участке характеристики.

 

Время прохождения каждого отрезка диффузионной ветви ха­

рактеристики

Т Д в генераторе с параллельной

индуктивностью

 

^ _

^

 

£экв nR

Uа (^экп п ~Ь R)

 

 

<2 QQ)

 

Rstnn + R

£ э к в П Я - £ / б ( Я э к п П + Я )

 

'

 

 

где д л я определения

£ 0 к в п и Яжвп

необходимо

в

ф-лы (2.44)

и

(2.45) подставлять

приведенное значение

е д

и

 

линеаризованное

дифференциальное сопротивление

г д для

к а ж д о г о

отрезка.

Время

прохождения рабочей точкой каждого отрезка

 

характеристики

на

туннельном участке

т а к ж е

можно

определить

по ф-ле (2.60),

пред­

варительно поменяв местами индексы «а» и «б». Значение этих ин­ дексов остается таким же , как и в генераторе с последовательной индуктивностью.

2.6. Г Е Н Е Р А Т О Р НА Д В У Х Т Д

В настоящее время достаточно широко применяют­ ся импульсные генераторы на двух туннельных диодах. При этом применяют как последовательное, так и параллельное их соедине­

ния. Последнее обычно используют

в тех случаях, когда необходи­

мо получить два противофазных

симметричных н а п р я ж е н и я или

улучшить форму выходных импульсов. В этом случае

к а ж д ы й из

диодов образует в совокупности с

дополнительными

элементами

схемы самостоятельный генератор, а связь между ними обеспечи­ вается такой, что происходит взаимная синхронизация.

Значительно больший интерес представляют генераторы на двух последовательно соединенных диодах, образующих так называемую пару Гото. В отличие от генераторов на одном ТД, генераторы на

двух диодах

позволяют получить симметричное н а п р я ж е н и е со

скважностью

Q = 2. В ж д у щ е м режиме между входными и выход­

ными цепями осуществляется развязка . Частота генерируемых ко­ лебаний оказывается более стабильной при изменении температуры.

Рассмотрим генератор рис. 2.9а. Процессы в нем довольно сложны, поэтому вначале ограничимся общим их описанием. Бу­ дем полагать, что диоды TJX\ и ТД2 идентичны, а катушка не имеет активного сопротивления. Выбором источника Е и резисторов схемы обеспечившрт^^щй__р_ежим работы диодов, "при котором оба диода не могут одновременно находиться в состоянии низкого или высокого напряжения . Рассмотрение процессов начнем с момента

времени, когда 7JX^ находится

в состоянии низкого, а ТД2

—

высо­

кого уровня напряжения . Так

как при этом

« Д 2 > « Д 1 , то

направле ­

ние тока через L и полярность

напряжения

eL соответствуют

пока-

30

 

 

 

 

з а н н ым на рис. 2.9а. Н а п р я ж е н и е eL во

времени

уменьшается,

а

ток iL

растет. Это

вызывает увеличение

тока

/ д 1

и

уменьшение

/д г.

В какой-то момент времени ток одного из диодов

достигает

вели­

чины,

при которой

наступает его

переключение

(в

данном

случае

либо

1Д1 = / ь либо

i^z = h)-

Переключение

одного

из

диодов вызыва­

ет переключение

другого,

так как

оба

одновременно

находиться

в состоянии низкого или высокого уровня

напряжения

не

могут.

Теперь ТД1 перейдет в состояние высокого уровня

напряжения,

а

ТДо — низкого, напряжение « Д 1 скачком

возрастет,

м д 2 уменьшится,

 

Рис. 2.9. .Генератор

«а

двух

ТД:

 

 

 

 

а) принципиальная

схема;

б) эквивалентная

 

 

 

схема по шостоя-иному

току

 

 

 

 

a eL

изменит свою полярность. Н а п р я ж е н и е eL

по абсолютной

ве­

личине и ток /ь начинают уменьшаться, что вызывает

уменьшение

тока

1Д1 и увеличение 1щ. Ток

iL,

уменьшаясь,

дойдет

до нуля,

из­

менит свое направление и начнет увеличиваться. При каком-то зна­ чении г'ь = / ь т а х диоды снова переключаются и т. д.

Следует отметить, что при симметрии схемы, если первым начи­ нает переключаться диод, находящийся в низковольтном состоянии, то и во втором такте работы генератора первым будет переклю­ чаться диод, находящийся в низковольтном состоянии, и наоборот. Первый случай следует считать предпочтительным, поскольку при этом, вследствие большей стабильности максимума тока диода в сравнении с минимумом, стабильность работы генератора при изме­ нении температуры оказывается выше, форма импульсов более прямоугольной, а их амплитуда близкой к 03. Поэтому все даль-' нейшие рассуждения будем вести применительно к этому случаю.

Чтобы получить условия, исключающие одновременное нахожде ­

ние диодов

в состоянии низкого или высокого

уровня напряжения,

и условия

самовозбуждения

генератора

по

постоянному току,

а

т а к ж е

для

определения тока

i L т р и t-+oo,

необходимого д л я .вычис­

ления

длительности импульсов, рассмотрим

схему рис. 2.96.

Эта

31

схема описывается следующими уравнениями:

 

Е =

iRx

+ и д 1

+ ыд а ;

 

 

 

 

 

 

(2.61)

 

 

 

i

=

*д1 +

i i ;

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.62)

 

 

ii

=

uAl/R;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.63)

 

 

 

t =

1"да +

k\

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.64)

 

 

 

к

=

идя/Л;

 

 

 

 

 

 

 

 

(2-65)

 

 

 

/ L (oo)

=

1'д1—

1д2;

 

 

 

 

 

 

 

(2.66)

 

 

 

/ L (oo)

=

k ~ h .

 

 

 

 

 

 

 

(2.67)

 

 

Р е ш а я

совместно ур-ння

(2.61) — (2.65),

получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

ER

— »д1

 

+ К) — uu2R

'

 

 

 

 

l 0

 

 

fiRN

 

 

=

 

 

 

^

 

 

 

 

 

{

2

-

Щ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_

ЕЯ - « д г

+

Я) - IQgft

 

 

 

 

(2.69)

 

 

 

 

 

 

 

_

 

 

 

 

 

 

 

г д2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

необходимо

Чтобы исключить идентичность состояний двух ТД,

выполнить условие: при uM

= u^ = U\

1дь 1дг>Л; тогда

 

 

 

 

 

 

ER — иг

(R, + R) —

utR > Л .

 

 

 

 

 

(2.70)

 

 

В то ж е время они не смогут находиться

одновременно

в состоя­

нии высокого

уровня

напряжения,

если

при

uAi = u№='U2;

i R i

 

—

=1&<.1г,

 

т. е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ER — U2

(Ri + R) — U«R < h .

 

 

 

 

 

(2.71)

 

 

 

 

 

 

 

RRi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р е ш а я

совместно неравенства

(2.70) и

(2.71)

относительно

на­

пряжения Е, приходим к двойному

неравенству

 

 

 

 

 

 

 

/гЯх +

сЛ (2 +

R,IR)

<Е<

URX

+ t / a

(2 +

R,R).

 

(2.72)

Д л я

получения условия

самовозбуждения генератора

по посто­

янному

току, аналогичного

по смыслу

условию

(2.18),

решим

си­

стему ур-нлй (2.61)-—(2.67) с учетом линейной аппроксимации ха­

рактеристик

диодов

(1.1),

(1.6). Полагаем , что

ТД] находится в

состоянии

низкого, а Т Д 2 высокого уровня напряжения,

тогда

 

 

ER + r3RIL

(оо) - e3R

— ы Д 1

(R + Л,)

 

 

f^

=

 

(Ri + r3)R

 

;

 

<2Jd>

.

 

ER - riRIL

(со)-UyjR

+

RJ

 

 

£ д 2

_

 

(Rt +

г,) R

 

•

 

{г-'*>

Чтобы

в

процессе

изменения

тока

i L рабочая

точка,

перемеща ­

ясь по характеристике ТД, выходила на участок с отрицательным

сопротивлением, необходимо при %i=i £ /t

иметь

£ д 1 > / ь а при ы д г =

= U% 1 д 2 < / 2 .

Подставив

значения £д ь « д 1

и '/Д 2, " д г соответственно

в

(2.73) и (2.74)

и решая

полученные неравенства

относительно

Е,

32

находим

 

 

 

 

 

 

 

 

Е > U3

+ / Л +

 

+

_ Гя1

(оо);

 

(2.75)

 

 

 

 

R

 

ь

 

 

E<h

{Ri + ri) +

^

 

+ Ыь

(оо),

 

(2.76)

где при простой линейной

аппроксимации

 

 

/ L (oo)

=

Е (r3 -r,)R

+ е3

[(R + f~i) R1 + 2Rrx]

(2.77)

 

 

 

 

+ (tf + ri)

 

 

 

(R + r3) [Ri (R + r,)

+ RrJ

Rr3

Условия (2.75) in (2.76)

являются условиями

 

самовозбуждения

генератора по постоянному току, поскольку одновременное их вы­ полнение при идентичности Т Д обеспечивает выход рабочей точки на участок характеристики с отрицательным сопротивлением, а со­ противление нагрузки по постоянному току дл я к а ж д о г о из Т Д ока­ зывается меньшим абсолютной величины отрицательного сопротив­ ления диода ( | г 2 | с р ) -

Д л я исследования процессов, происходящих в генераторе во время его работы, удобно пользоваться аналитическим в ы р а ж е н и е м динамических нагрузочных характеристик диодов, т. е. зависимостя­

ми

токов

диодов

от н а п р я ж е н и я на них и тока катушки. Д л я

этого

вернемся

к системе ур-ний (2.61) — (2.67). Исключив из этой

систе­

мы

ф-лы

(2.63) и

(2.65) и заменив значения /х,(оо) текущим

iL, по­

лучаем систему уравнений, описывающих схему генератора по пе­

ременному току. Одновременно

заменим индексы при гд

и « д

на' i m ,

«дв и /дв, Идв, определяя

тем с а м ы м низкий

«н» или высокий «в»

уровень напряжения на том или ином диоде. Решение этой

системы

с учетом простой линейной аппроксимации

характеристик

Т Д дает

следующий результат:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ri

 

 

 

 

2R

 

2R

1 + 2R

 

2

 

 

 

Ri

+

r3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.78)

E — Un

 

 

 

Ri

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1дв — '

 

 

 

 

 

 

 

(2.79)

Rx

1 1

^

2R I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где верхние знаки перед

 

i L соответствуют направлению

тока

i L пе­

ред переключением диодов, а нижние — непосредственно сразу по­ сле их переключения. Изменение знаков перед iL в (2.78) и (2.79)' говорит о том, что при переключении диодов направление тока i L относительно тока диода, перешедшего в новое состояние, осталось

неизменным. Действительно, если предположить,

что Т Д 1 переклю­

чился из состояния низкого

уровня н а п р я ж е н и я

(2.78)

в состояние

высокого,

то относительно

тока этого диода

ток i L не

меняет на­

правления,

так как в новом

ур-нии (2.79) знак

перед г'ь после пере-

2—191

33

клгочения сохранился таким же, что в (2.78) до переключения. М е ж д у двумя переключениями Т Д ток iL постепенно уменьшается

именяет свое направление, поэтому меняется на противоположный

изнак перед iL.

П о л а г а я приближенно,

что диод Т Д ! переключается

при

' / д Н = Л

и u w s = U \ ,

из в ы р а ж е н и я

(2.78)

 

найдем

величину

тока

1ь =

1ьтах,

который будет

протекать

через

катушку

в

момент

переключения.

При этом учитываем только знак « + » перед iL,

тогда

 

 

I ,

=

 

 

 

 

 

-

— .

 

 

 

(2.80)

L max

,

 

n .

+

nRx

 

 

 

 

4

I

 

 

 

1 +

2R- ^

 

 

 

 

 

 

 

 

Если-первым переключается диод, находящийся в состоянии вы­

сокого уровня

напряжения,

то в

момент

переключения iAB

= h и

И д В = с/2 , тогда

из (2.79), учитывая

знак

«—» перед,/*,, получаем

^L max

 

 

 

 

 

 

 

2R

 

 

 

 

(2.81)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

рис. 2.10.

Положение прямой

«1»,

построенной по

ф-ле (2.78)

при 1ь=1ьтах,

 

соответствует

моменту

начала

скачка

Рис. 2.10. Траектория движения (рабочей точки отри переключении ТД по тому / i и диаграммы напряжений и токов

(точка А ) . После скачка положение рабочей точки определяется пересечением диффузионной ветви характеристики с линией наг­

рузки

'«2» (точка А ' ) , построенной по ур-нию (2.79) при

том ж е

значении

1ь = 1ьтах- Точки В тл В' определяют положение

рабочей

точки

во

втором такте работы генератора, когда первым

начинает

переключаться диод ТДг. Поскольку диады полагаются .шденти'чиы-

34

Смотрите также файлы