книги из ГПНТБ / Важенина, З. П. Транзисторные генераторы импульсов миллисекундного диапазона

Для токов /ц н Ус от 1 до 1Ö мкА

(O.lS)

При токах / к и / о от 10 до 100 мкА

(0.16)

Приведенные выражения являются приближенными, особенно на краях диапазонов. По формуле (0.14) находим, что у низко­

исследования показывают, что допустимо устанавливать минималь­ ный ток заряда / Зарынп=1 мкА.

Релаксационным генераторам на полевых транзисторах и на полевых в сочетании с биполярными посвящена гл. 2. Входное со­ противление полевых транзисторов значительно превосходит вход­

зисторов не потребляет, а полевых с р-п переходом почти не по­ требляет тока. Это снижает ограничение на максимальную вели­ чину сопротивления хронирующего резистора R, включенного в цепь затвора. В релаксационных генераторах, собранных на полевых транзисторах, можно использовать хронирующие резисторы Якакс = ='(1 ... 10) МОм и даже выше. Это позволяет генерировать им­ пульсы в миллисекундном диапазоне при предельно малых значе­ ниях емкостей хронирующих конденсаторов ( С ^ 10 000 пФ). По­ этому такие генераторы легко реализуются в гибридном интеграль­ ном исполнении с применением тонкопленочных ДС-структур.

Температурная стабильность релаксационных генераторов на полевых транзисторах не зависит от выбора величины хронирую­ щего сопротивления (как в генераторах на биполярных транзисто­ рах). Она определяется зависимостью напряжения отпирания (по­ рогового напряжения) полевого транзистора во от температуры.

Недавно появившемуся классу релаксационных схем на тран­ зисторном эквиваленте двухбазового диода (ЭДД) посвящена гл. 3. Двухбазовый диод (однопереходной транзистор) (8, 9] конструктив­ но представляет собой пластину или нить из полупроводника п- или p-типа, в которой на определенном расстоянии от одного из выводов сформирован точечный эмиттер из полупроводника другого типа. Такое устройство представляет собой полупроводниковый при­ бор с отрицательным сопротивлением.

Рассмотрим двухбазовый диод п-типа (рис. 0.4). На пластину гомогенного полупроводника л-типа длиной L подается менаду вы­ водами бі и бг напряжение питания Е. На расстоянии L і от ба­ зового вывода бі расположен точечный эмиттер Э из полѵпооводника p-типа. Напряжение Е равномерно распределено вдоль пла­ стины и составляет в точке Э

10

тически все параметры характеристик. Очень важным преимущест­ вом ЭДД является возможность подключения нагрузки к средней точке делителя, что позволяет получить более мощный импульс тока, чем у двухбазового диода.

Рассмотрим простейшие схемы автоколебательного и ждущего мультивибраторов на ЭДД.

На рис. 0.6 изображена схема автоколебательного мультивиб­ ратора на ЭДД и временные диаграммы напряжений в характерных точках мультивибратора при работе его в установившемся режиме. Пользуясь этими временными диаграммами, опишем работу муль­

что на управляющем электроде (эмиттере) ЭДД напряжение ниже порогового. При этом ЭДД закрыт, т. е. транзистор 77 заперт

Рис. 0.5. Два варианта транзисторного эквивалента двухбазового диода.

обратным напряжением иваі, а транзистор Т2 работает в режиме

(транзисторы 77 и Т2 насыщены). За время переключения ЭДД на­ пряжение »с уменьшится на величину АUc, но все же (при большой емкости конденсатора С) будет значительным. Далее происходит разряд конденсатора С через насыщенные транзисторы ЭДД, кото­ рые можно представить в виде включенных параллельно распреде­

12

Рис. 0.6. Автоколебательный мультивибратор на ЭДД:

Возбуждение ЭДД имеет место только в том случае, когда входное сопротивление его отрицательно. Это требование выпол­ няется, если удовлетворяется условие

Г(Ргв-р'І )—1]»

13

равным Ucn, поэтому отрицательный перепад напряжения иоэі со­ ставляет U(~) = Ucv—UK!,n-

За время переключения в базовых областях транзисторов ЭДД накапливается заряд избыточных неосновных носителей, процесс рассасывания которых влияет на длительность импульса. Однако влияние это несущественно, и допустимо считать, что длительность импульса определяется только выходом транзисторов ЭДД из со­ стояния насыщения вследствие уменьшения базовых токов из-за разряда конденсатора (рис. 0.6,е).

Распределенные базовые сопротивления гооі и /'502 можно счи­ тать примерно равными, т. е. Гот«тоо2~гоо. Поэтому транзистор ТІ не может первым выйти из состояния насыщения, так как /„і=

=(62=16 1-

Утранзистора Т2 коллекторный ток складывается из базового

тока транзистора ТІ и тока нагрузки іК2=ібі + іц=іб2 + (п. В насы­ щенном состоянии транзистора Т2

считать напряжение иа конденсаторе во время импульса изменяю­

сумма напряжений на переходах насыщенных транзисторов ЭДД.

В левой части уравнения во втором сомножителе допустимо пре­ небречь членом 1/Д. Тогда

15

Числитель дроби положителен, так как ß > l и Ucn> U a, поэтому должно быть выполнено условие

27?—{1—(Un/Е) ](ß—1) /?і>0.

Полученное выражение представляет собой условие запирания.

произвольное рассасывание неосновных носителей из базовой обла­

+ 2гбо]=!£/ ( ß + 1)7?l.

В начале этого процесса заряда в базе транзистора 77 составлял (?бо=Е t 3/(,ß—1)■/?[. С учетом обратного тока базы этот заряд

изменяется по закону (время отсчитываем от h)

В момент выхода из насыщения транзистора 77 заряд в его базе составит Q6h= 7'ki Подставляя в выражение (0.34) значения

Qso, Qsu и получаем

16

Откуда длительность рассасывания неосновных Носителей для тран­ зистора 77 равна

В дальнейшем процесс рассасывания значительно замедляется из-за действия отрицательной обратной связи. Поэтому время восстанов­ ления определяется суммой

МП111 ... МП116 ів составляет (10 ... 50) мкс, т. е. величина его при формировании миллисекундных импульсов несущественна. Этот факт является выгодной стороной применения миллисекундных ге­ нераторов импульсов, так как при этом к концу формирования промежутка между импульсами восстановление ЭДД будет завер­

=2(Рма+1)/цо (при идентичных транзисторах). Поэтому напря­ жение

Таким образом, длительность промежутка между импульсами

£ + / во * - У о - £ ( р г т щ

Е + 73oR—Et\ + 2 (ßM3 -|- I) / коЯіЧ — I ео I

Выражая R через ток возбуждения, оп»эй«шм,.„.щшшмьңуго__

величину 7]опт, при которой заданный ток возбуждения , о(^сц£Чй-~ “ вает максимальную величину ta. Подстарпи;с-.ц,кс(.0.4Р)'',

+ ^ р Ѵ +3,44*і[Ч (Ч + 1)_

= 71 кОм. При этом а=12,4 одновременно представляет собой диа­ пазон плавной регулировки іп с помощью резистора /?, т. е. можно получить tu миц= /п макс/а = 50 MC.

18

/„=*0,1 • 10-° ■100 In [(5— 1) • 14-71 • 103/8 • 200]=

= 1010'° ln 2 500= 78 мкс.

Очевидно, /„<•/„ во всем диапазоне, и можно считать период по­ вторения

как объемное сопротивление базы транзистора сильно зависит от температуры и режима. В гл. 3 рассматриваются схемы, обеспечи­ вающие стабильную длительность импульса.

Ждущий режим мультивибратора на ЭДД легко создается вы­

При этом транзисторы ЭДД по окончании разряда конденсатора остаются в насыщенном состоянии, и автоколебательный процесс отсутствует.

Исходное состояние ждущего мультивибратора на ЭДД соот­ ветствует этапу формирования импульса в автоколебательном муль­ тивибраторе, с той разницей, что конденсатор в ждущем мульти­ вибраторе разряжен до напряжения Ucв и процессы рассасывания избыточных носителей завершены. В принципе можно обеспечить стабильную работу ждущего мультивибратора, в котором процессы рассасывания не завершены, однако для этого требуется очень мощ­ ный запускающий сигнал. Запуск ждущего мультивибратора на ЭДД можно осуществить либо положительным импульсом на базу транзистора ТУ, либо отрицательным импульсом на базу транзисто­ ра Т2. В первом случае обеспечивается быстрое рассасывание не­ основных носителей в базовых областях транзисторов 77 и Т2, но запускающий импульс накладывается на выходной сигнал. Во вто­ ром случае цепи запуска и выхода изолированы. Поэтому преиму­ щество отдается второму способу запуска.

Импульс запуска запирает ЭДД, после чего начинается заряд конденсатора. В этот интервал, соответствующий промежутку меж­ ду импульсами в автоколебательном мультивибраторе, формируется импульс ждущего мультивибратора, заканчивающийся в момент возбуждения ЭДД. Далее следует переключение ЭДД, соответст­ вующее срезу импульса. По окончании среза импульса имеется скрытый этап восстановления, определяемый процессами разряда конденсатора и рассасывания избыточных неосновных носителей, накопленных за время переключения ЭДД. Длительность импульса ждущего мультивибратора на ЭДД определяется выражениями для длительности промежутка между импульсами /п автоколебательного мультивибратора ](0.21), (0.38), (0,39), (0.40), (0.42), (0.43)]. Спра-