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

Выведем формулы для определения параметров кор­ ректирующей цепочки RiCi [74]. По первому и второму законам Кирхгофа

Требуется, чтобы uc{t) изменялось по линейному зако­ ну. Для этого достаточно обеспечить постоянство тока i( t ) = I = const. Тогда

t

50

Из совместного решения (1.31) и (1.32) получаем

от времени, т. е. может быть выбрано постоянным; Ct должна зависеть от времени. Это означает, что для обеспечения линейного закона изменения ис(і) необхо­ димо иметь переменную величину Сі, что осуществить

ванного значения t*, лежащего в интервале 0<Т*<£Раб. Для этого фиксированного значения t* ток, заряжаю­ щий С, равен постоянной величине /; для всех других

дует иметь в виду, что в рассматриваемой схеме удает­ ся получить коэффициент нелинейности £ примерно на порядок меньше значения коэффициента использования напряжения |. Так, при заданном значении коэффи­ циента нелинейности £^1% следует выбирать коэффи­ циент использования напряжения | = 0,1.

2. Так как формула (1.30) имеет физический смысл при значениях EtVa6>CUm(Rz+R), то, пользуясь на­ писанным неравенством, по заданному значению t vaб и

выбранному отношению Um/E определяем допустимое значение C(Rz+R):

некотором фиксированном значении t*, лежащем внут­ ри рабочего диапазона. Так как в схеме ГПН без кор­ рекции наихудшая линейность наблюдается в конце рабочего диапазона, то фиксированное значение t* же­

с высокой степенью точности. При современной техно­

(5 ... 10)%. Однако существующие методы доводки номиналов (химический, электрохимический, лазерный) позволяют значительно повысить точность изготовления пассивных элементов. Так, при лазерном способе до­

=2Д; /?С=2/Ппп. При этом # = 2innrj/C=200 кОм; /?■>=400 кОм.

3./=0,05 мА.

4.7? і = 200 кОм.

52

Зависимость £(t) представлена на рис. 1.15,б. Из таблицы и рис. 1.15,6 видно, что £>0 при значениях t,

ГПН с токостабилизирующим транзистором в цепи заряда основного конденсатора и с дополнительной зарядной цепью

Коэффициент нелинейности 1 % в ГПН по рис. 1.15,а обеспечивается при условии выбора коэффи­

от источника Ек: С1 — через R2, С — через R'2, R и токо­ стабилизирующий транзистор 77. Разность напряжений на емкостях С и С1 в течение их заряда мало изменя­ ется, и в связи с примерно постоянным падением на­ пряжения на сопротивлении R за время заряда конден­ сатора С напряжение на коллекторе транзистора 77 относительно эмиттера остается примерно постоянным.

Постоянство коллекторного напряжения и- базового тока за счет включения стабилитрона Д2 и эмиттерного

53

D_ _ _1

Рис. 1.16. ГПН с токостабилизирующим транзистором в цепи заряда основного конденсатора и с дополнительной зарядной цепью:

а —схема; 6 — временные диаграммы.

резистора R обусловливает постоянство коллекторного тока, заряжающего конденсатор С. При выборе ста­ билитрона на напряжение UCT—(0,5 ... 0,8) Ді; схема обеспечивает £=0,2 ... 0,5 при £<;1%.

1.3.Генератор импульсов с использованием

терморезисторов

Во введении и в § 1.1 показано, что в классических схемах мультивибраторов длительность выходных им­ пульсов определяется хронирующей ДС-цепью. Для обеспечения заданной температурной стабильности схе­ мы и для выполнения условия генерации наибольшее значение сопротивления хронирующего резистора огра­ ничено величиной Дмакс; достижение больших длитель­ ностей за счет увеличения емкостей хронирующих кон­ денсаторов приводит к росту габарита конденсаторов, неприемлемых в современных микроминиатюрных кон­ струкциях. Для создания устройств, генерирующих импульсы на конечном участке миллисекундного диа­ пазона (а также в секундном диапазоне), весьма пер­ спективным является использование в качестве времязадающих элементов терморезисторов, сопротивление которых является функцией температуры. Длитель­ ность генерируемых импульсов в схемах с использова­ нием терморезисторов определяется тепловой постоян­ ной времени терморезистора которая в зависимости

54

öt типа терморезистора определяется миллисекундами или секундами *>.

На рис. 1.17,а представлена схема ждущего мульти­ вибратора на триггере с терморезистором [13, 36]. До

запертого состояния транзистора 77 необходимо вы­ полнить условие ибі>0. Так как открытый насыщенный транзистор Т2 молено считать «стянутым в точку», на­ пряжение на базе иін определяется выражением

и з к о т о р о г о п о л у ч а е м Д і> /к о іЛ б і. Д л я н а д е ж н о г о з а ­ п и р а н и я т р а н з и с т о р а в д и а п а з о н е и з м е н е н и я т е м п е р а ­

т у р н а п р я ж е н и е и с т о ч н и к а с л е д у е т в ы б и р а т ь , п о л ь -

Рис. 1.17. Ждущий мультивибратор на триггере с терморезистором:

а — схема; б — временные диаграммы.

зуясь неравенством £ > / ком аксЛ бі, где / коі макс — об­

ратный ток коллекторного перехода запертого транзи­ стора 77 при максимальной температуре.

В цепи коллектора транзистора 77 включен термо­ резистор 7?т, поэтому сопротивление коллекторной на­ грузки транзистора 77 равно Лщ+Лт. При запертом

55

Потенциалу источника коллекторного питания —Ёк, о'г- личаясь от значения —Ек лишь на величину падения напряжения на сопротивлении Rki + Ri за счет тока де­ лителя, протекающего через эмиттерный переход тран­ зистора Т2, сопротивление резистора Rcг и сопротивле­ ние резистора Rm+Ri, величина которого1равна / дел= = £ к / (Гвх ги + Rcz+RKi + Rt) . Так как падение напряжения на сопротивлении /?ш+/?т, создаваемое /дел, невелико, то значение сопротивления Ri близко к значению/?.^«,

указанному в справочнике для нормальной темпера­ туры.

Входной импульс отрицательной полярности, пода­ ваемый через конденсатор С1 на базу, открывает транзистор Т1. В результате возникшего коллекторного тока транзистора 77 потенциал его коллектора, а сле­ довательно, и потенциал базы транзистора Т2 повыша­ ются. Это приводит к уменьшению коллекторного тока транзистора Т2, понижению потенциала его коллектора и понижению потенциала базы транзистора 77. Разви­ вается лавинообразный процесс, в результате действия которого транзистор 77 открывается, а транзистор Т2 закрывается. Потенциал коллектора транзистора 77 по­ вышается почти до нулевого значения.

Коллекторный ток транзистора 77, протекая через термистор 7?т и нагревая его, приводит к уменьшению величины сопротивления Ri. Процесс установления температуры терморезистора, а следовательно, и вели­ чины его сопротивления протекает с постоянной вре­ мени зависимой от типа терморезистора. Вследствие

экспоненциального уменьшения сопротивления термо­ резистора уменьшается величина сопротивления кол­ лекторной нагрузки R m + R i , что приводит к понижению потенциала коллектора транзистора 77 и понижению потенциала базы транзистора Т2 (рис. 1.17,6); в мо­ мент достижения потенциалом базы транзистора Т2 относительно эмиттера напряжения отсечки ео транзи­ стор Т2 открывается, потенциал его коллектора повы­ шается, что приводит к закрыванию транзистора 77 и возвращению схемы в исходное состояние.

В качестве выходного используется импульс, сни­ маемый с коллектора транзистора Т2.

Во избежание влияния температуры окружающей среды на длительность /и следует использовать термо­ резисторы косвенного подогрева и подогревную обмот-

5 6

ку использовать для предварительного нагрева терморезнстора до температуры, превышающей температуру окружающей среды. При этом небольшие колебания температуры среды незначительно скажутся на измене­ нии величины сопротивления терморезистора [11], а сле­ довательно, и Ui.

В [47,70] предложены оригинальные схемы мультивибраторов, обладающих высокой стабильностью периода автоколебаний за счет использования двух управляющих мостовых схем с терморезистора­ ми косвенного подогрева, подогреватели которых являются нагрузоч­ ными сопротивлениями триггера. Предложенное в Г33] электротер­ мическое .хронирующее устройство, состоящее из нескольких пар тер­ мисторов (терморезнсторов с отрицательным температурным коэф­ фициентом) и позисторов (терморезисторов с положительным темпе­ ратурным коэффициентом), позволяет создавать весьма большие длительности, выходящие за верхний предел миллисекундного диа­ пазона.

2.Генераторы импульсов на полевых

транзисторах

2.1. Полевые транзисторы в импульсных схемах

В отличие от биполярного транзистора, в работе которого принимают участие как положительные (дыр­ ки), так и отрицательные (электроны) свободные носи­ тели, полевой транзистор представляет собой униполяр­ ный прибор— ток в нем обусловлен только свободными основными носителями в проводящем канале. Ток основных носителей направлен от истока, представляю­ щего омический контакт, через проводящий канал

кстоку, который также является омическим контактом.

Спомощью затвора, являющегося управляющим элек­ тродом, осуществляется изменение проводимости ка­ нала.

Полевые транзисторы по принципу действия под­ разделяют на две группы: транзисторы с управляющим р-'п переходом и транзисторы с изолированным затво­ ром или со структурой МДП (металл — диэлектрик —

полупроводник). Транзисторы с изолированным затво­ ром, в свою очередь, подразделяются на МДП-транзи-

57

Различают два режима работы полевых транзисто­ ров— режим обеднения и режим обогащения канала носителями заряда. В режиме обеднения увеличение абсолютного значения напряжения на затворе приводит к уменьшению тока стока; в режиме обогащения уве­ личение абсолютного значения напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока.

Полевые транзисторы с управляющим р-п. перехо­ дом могут работать лишь в режиме обеднения (рис. 2.1,а, б). Нормальная работа транзистора с р-ка- налом наблюдается лишь при положительных или ну­ левом напряжениях смещения на затворе. При подаче отрицательного напряжения появляется прямой ток через участок затвор — исток, и входное сопротивление транзистора резко уменьшается. Аналогично, нормаль­ ная работа транзистора с п-каналом наблюдается лишь при отрицательных или нулевом напряжениях смеще­ ния на затворе. Поэтому в импульсных схемах, в кото­ рых в качестве активных элементов используются поле­ вые транзисторы с р-п переходом, используется схема включения полевого транзистора с «нулевым» затвором

(рис. 2.2,а).

МДП-транзисторы с проводящим каналом могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обо­ гащения (рис. 2.1,в, г). Поэтому в импульсных схемах, в которых в качестве активных элементов используются МДП-транзисторы с проводящим каналом, использует­ ся как схема включения с «нулевым», так и с «отрица­ тельным» затвором транзистора с п-каналом (рис. 2.1,6) и с «нулевым» и «положительным» затвором для тран­ зистора с р-каналом.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом мо­ гут работать только в режиме обогащения (рис. 2.1,д, е,

2.2,в).

Пороговое напряжение е0 (рис. 2.1) положительно для р-канального полевого транзистора с р-п переходом и р-канального МДП-транзистора с проводящим кана­

55

Рис. 2.1. Обозначения и характеристики полевых транзисторов: