ДВУХПОЛЮСНИКИ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

Устройства, вольт-амперная характеристика которых имеет падающий участок, могут быть двух типов. Они отличаются по виду характеристик. Характеристика N-вида имеет максимум тока а характеристика S-вида — максимум напряжения. Для исследования устройств с вольт-амперной характеристикой N-вида необходимо иметь источник постоянного напряжения с малым внутренним сопротивлением. Вольт-амперные характеристики S-вида получаются с помощью источника тока.

Схемы с отрицательным дифференциальным сопротивлением находят применение для получения генераторов гармонических и нм-пулььных сигналов. Эти устройства могут применяться и для усиления электрических сигналов в длинных линиях в телеграфных системах передачи информации.

Разработаны и исследованы различные схемы, обладающие отрицательным сопротивлением. Эти схемы построены в основном на двух транзисторах. Схемы включения ОУ, которые используются в устройствах, показаны в гл. 1.

I. СХЕМЫ С ХАРАКТЕРИСТИКОЙ S-ВИДА

Схема последовательного принципа действия. Устройство (рис. 3.1) имеет S-образную вольт-амперную характеристику. Положительное входное напряжение открывает переход эмиттер — база транзистора VT1, через который протекает ток, определяемый резистором R4. Коллекторный ток транзистора VT1 создает падение напряжения на резисторе R2, которое открывает транзистор VT2. Ток, протекающий через транзистор VT2, поступает из входной цепи через резистор R1. Кроме того, открывание транзистора VT2 вызывает уменьшение напряжения в базовой цепи транзистора VT1: параллельно резистору R4 подключается резистор R3. В результате формируется наклонный участок вольт-амперной характеристики. После того как транзистор VT2 полностью откроется, входной ток схемы будеТ определяться резистором R1. Наклонный участок вольт-амперной характеристики будет определяться соотношением ДU/ДI =R1R3/R2.

Схема с управляемой вольт-амперной характеристикой. Для получения такой характеристики используется эквивалент однопереход-ного транзистора, построенный на двух транзисторах с различным типом проводимости (рис; 3.2).
При включении сопротивления Кб между базой и эмиттером (рис. 3.5, в) транзисторы имеют управляемую 5-образ«ую характеристику. В инверсном включении пробой эмиттерного перехода наступает при напряжении 7 — 8 В. В этом включении наблюдается высокая стабильность характеристики. Температурный коэффициент 0,02 — 0,04 %/град. Эти свойства обусловливают применение их в различных быстродействующих импульсных схемах с временем нарастания около 10 не.

Управляемая напряжением каскадная схема включения. Составной каскад (рис. 3.6) на транзисторах разной проводимости позволяет создать аналог элемента с S-образной вольт-амперной характеристикой. Подобными характеристиками обладают лавинные и одно-переходные транзисторы.

Транзистор VT1 в исходном состоянии закрыт напряжением ERafCRi+Rz+Ra). Когда входное напряжение превышает этот уровень, начинают проводить оба транзистора. Коллекторный ток транзистора VT1 уменьшает напряжение на резисторе R1 и тем самым уменьшает напряжение на базе транзистора VT2. На характеристике формируется падающий участок. С дальнейшим увеличением входного напряжения транзистор VT1 входит в насыщение. Эмиттер оказы вается подключенным ко входу. В этом случае весь ток входной цепи протекает через транзистор VT2, который не находится в насыщении. Дифференциальное отрицательное сопротивление на падающем участке характеристики определяется выражением R1R3h2l3/(R1+R2 + + R3), где h21Э — коэффициент передачи по току транзистора VT1.

Рис. 3.3

Рис. 3.4

Рис. 3.5

Рис. 3.6

2. СХЕМЫ С ХАРАКТЕРИСТИКОЙ N-ВИДА

Управляемая напряжением схема последовательного включения транзисторов. Двухполюсник рис. 3.7 обладает JV-образной характеристикой. При нулевом входном напряжении транзистор VT1 закрыт, а второй транзистор открыт источником напряжения.

В цепи базы транзисторы VT2 течет ток. определяемый резисторами R2 и R3. При увеличении входного напряжения начинает протекать токг который проходит через резистор R4 и транзистор VT2. Дальнейшее увеличение входного напряжения открывает транзистор VT1. С открыванием транзистора VT1 закрывается транзистор VT2. В результате входной ток уменьшается.

Схема с параллельным включением транзисторов. При входном напряжении меньше 2 В (рис. 3.8) открыт транзистор VT1. Через него протекает ток, который определяется резистором R1. При входном напряжении больше 2 В открывается транзистор VT2. который уменьшает напряжение на базе транзистора VTJ и тем самым уменьшает ток, протекающий через него. При напряжении на входе более 9 В транзистор VT2 находится в насыщении. Ток в схеме определяется резисторами R3 и R4.

Схема усилителя постоянного тока. При малых напряжениях на входе (рис. 3.9) транзистор VT1 закрыт. Входное напряжение полностью приложена к базе транзистора VT2. Через этот транзистор протекает ток I э =Uвx/R5. С увеличением напряжения ток увеличивается почти пропорционально входному напряжению. Когда входное напряжение достигает 4 В, начинает открываться транзистор VT1. Коллекторный ток этого транзистора уменьшает напряжение в базовой цепи транзистора VT1, и входной ток уменьшается. Уменьшение тока наблюдается до тех пор, пока транзистор VT1 находится в линейном режиме. При напряжении на входе 9 В VT1 переходит в режим насыщения. Дальнейшее увеличение тока определяется общим активным сопротивлением всей схемы.

Рис. 3.7

Рис. 3.8

Лямбда-диод. Устройство (рис. 3.10) состоит из двух полевых транзисторов разной проводимости. Транзистор VT1 имеет канал типа n, а транзистор VT2 — типа р. При нулевом напряжении на затворе,,оба транзистора проводят. В схеме они включены в цепь ООС последовательно по отношению один к другому. Можно счи- тать, что в исток транзистора VT1 включено переменное сопротивление.

Протекающий через транзистор VT1 ток создает на транзисторе VT2 падение напряжения, закрывающее транзистор VT1. В свою очередь сопротивление транзистора VT2 меняется ,в зависимости от падения напряжения-на транзисторе VT1. Таким образом, с увеличением протекающего тока транзисторы стремятся закрыться. Когда падение напряжения на транзисторах достигнет уровня отсечки, протекающий ток будет близок к нулю.

На графике рис. 3.10, а показаны характеристики для двух транзисторов, которые отличаются напряжением .отсечки. Для транзистора КП103К напряжение отсечки равно 4 В, а для КП103Л — б В. У транзистора КПЗОЗ напряжение отсечки составляет 8 В. Для изменения наклона отрицательного участка характеристики можно включить между истоками транзисторов резистор. Семейство вольт-амперных характеристик можно реализовать при включении вместо постоянного резистора полевого-транзистора (показано на схеме и графике рис. 3.10,6).

Схема с вольт-амперной характеристикой, управляемой током. Приведенная на рис. 3.11 схема позволяет получить управляемое отрицательное сопротивление. Управление осуществляется по базе транзистора VT1. Коллекторный ток транзистора VT1 зависит от базового тока смещения. Резистор R совместно с транзисторами VT2 я VT3 управляют базовым током. При увеличении напряжения на коллекторе транзистора VT1 увеличивается ток, протекающий через цезистор R. Этот ток поступает в базу транзистора VT2. Коллекторный ток транзистора VT2 уменьшает базовый ток транзистора VT1. С уменьшением сопротивления резистора R скорость уменьшения коллекторного тока транзистора VT1 возрастает, что видно при сравнении графиков на рис. 3.11,6 и в.

Рис. 3.9

Рис. 3.10

Схема с ООС. Устройство, схема которого приведена на рис. 3.12, имеет N-образную вольт-амперную характеристику. Возрастающий участок этой характеристики формируется транзистором VT1. При напряжении на входе меньше 3 В транзистор VT1 находится в открытом состоянии.

По мере увеличения напряжения на входе транзистор VT2 переходит в проводящее состояние, что вызывает уменьшение напряжения на его коллекторе. Транзистор VT1 закрывается. Когда оба транзистора в проводящем состоянии, формируется участок характеристики с отрицательным сопротивлением (рис. 3.12,6).

Схема с ограничителем тока. При входном напряжении (рис. 3.13) меньше 1 В транзистор VT2 находится в открытом состоянии. Через него протекает максимальный ток, определяемый выражением Eh21Э/(R1+R2), где h21Э2 — коэффициент передачи транзистора VT2. Когда напряжение, достигнет значения, необходимого для открывания транзистора VT1, транзистор VT2 закрывается. На вольт-амперной характеристике образуется падающий участок. При напряжении на входе 1»5 В транзистор VT1 полностью откроется и весь ток схемы определится сопротивлениями резисторов R1 и R2. Если включить параллельно транзистору стабилитрон с напряжением стабилизации 4,5 В, те при входном напряжении 4,5 В ток резко возрастет.

Рис. 3.11

Рис. 3.12

Рис. 3.13

Рис. 3.14

Рис. 3.15

Схема на ОУ. Операционный усилитель с ПОС (рис. 3.14) через резистор R1 обладает участком с отрицательным дифференциальным сопротивлением r=R1R2/R3. На этом участке соблюдается хорошая линейность. Размах участка определяется напряжением насыщения ОУ.

Комбинированная схема. В исходном состоянии, когда входное напряжение схемы (рис. 3.15) минимально, полевой транзистор обладает максимальной проводимостью. С увеличением напряжения Uп на выходе ОУ образуется напряжение, которое стремится закрыть транзистор. По достижении напряжения отсечки полевой транзистор полностью закрывается. Весь ток входной цепи будет течь через резисторы R1 и R2. Момент закрывания полевого транзистора можно регулировать напряжением по неинвертирующему входу ОУ.Кроме того, если увеличить отношение сопротивлений резисторов R?IRi, то можно уменьшить входное напряжение, при котором транзистор закроется. Для защиты полевого транзистора от больших положительных управляющих напряжений служит цепочка R3, VD,

Содержание раздела