Utilizarea tranzistoarelor de avalanșă

dispozitive semiconductoare asupra caracteristicilor de intrare și de ieșire de tensiune care au o secțiune de rezistență negativă - tranzistori de avalanșă sunt negatrons clasificate. Apariția acestor parcele pe caracteristicile de tranzistori de avalanșă este cauzată de faptul că coeficientul lor de transmisie curent # 945;> 1 chtov rândul său, explică multiplicarea avalanșă de purtători în joncțiunea colector atunci când este supus la tensiune relativ ridicată inversă.

Comutarea circuitelor tranzistori de avalanșe și caracteristicile curent-tensiune corespunzătoare sunt prezentate în Fig. 1. În primul caz (Fig. 1, a) caracteristicile care amintește de latină litera S și, prin urmare, sunt numite în formă de S, al doilea (Fig. 1b) literă -latinskuyu N, și astfel ele sunt numite în formă de N. Tensiunea U „# 946;. la care defalcare avalanșă se produce aproape de valoarea tensiunii defalcare a joncțiunii colector (circuitul emițător-deschis). Cu toate acestea, în cazul în loja de bază pentru o tensiune de polarizare, tensiunea U „# 946; a redus semnificativ. Cu alte cuvinte, caracteristici în formă de S ale tranzistoarelor de avalanșă pot fi controlate.

Trebuie avut în vedere faptul că tensiunea U „# 946; tranzistori de avalanșă are o mare dispersie. Acest lucru face dificil de a construi pe ele, iar unele dispozitive necesită introducerea trimere.

Caracteristicile de intrare în formă de N sunt de asemenea controlabile. Curentul maxim care corespunde caracteristicilor creșterilor de vârf, așa cum rezultă din figură, o creștere a tensiunii de colector și scăderea rezistor în circuitul colector.

O astfel de perspectivă neobișnuită a caracteristicilor curent-tensiune sugerează că circuitele în tranzistori dispozitiv de avalanșă este fundamental diferită de circuitele dispozitivului pe tranzistori convenționale.

Diagrama schematică a unuia dintre dispozitivele de bază pentru a tranzistor pentru avalanșă - relaxare oscilator - este prezentat în Fig. 2a, forma impulsului de emițător și colectorul tranzistorului - în Fig. 2b. Deoarece graficele de stres arată că cea mai mare parte a avalanșă tranzistor perioada de oscilație este dezactivată. În aceste momente condensatorul C1 este încărcat de la sursa de alimentare prin intermediul rezistoare R2, R3 și R5.

Atunci când tensiunea peste ea ajunge la o valoare U „# 946; (Avalanche comutare tensiune tranzistor), un tranzistor T1 rupe, condensatorul se descarcă rapid prin el, și rezistoarele R4, R5, și apoi procesul se repetă. Rezistențele R4 și R5 limita curentul de descărcare, care poate ajunge la mai multe Amperi și eșec ieșire tranzistor. Din prima dintre aceste rezistoare este impulsuri îndepărtate de polaritate negativă, de la al doilea - pozitiv.

Atunci când aceste elemente în schema amplitudinii pulsului la rezistențele R4 și R5 atinge 8 V (pentru GT338B și GT338V -13 și 5, respectiv), în timpul creșterii lor - nu mai puțin de 1, durata - de la câteva zeci de nanosecunde, frecvența de repetiție - la mai multe megahertzi. Schimbarea lină a frecvenței de repetiție a impulsurilor este variabilă rezistor R2. Inclus în serie cu rezistorul R3 limitează valoarea maximă a curentului mediu prin tranzistor.

Din cauza răspândirii în parametrii de oscilator avalanșă tranzistori de frecvență, colectate de circuitul considerat variază în limite largi prin schimbarea tranzistori și, în plus, depinde de tensiunea de alimentare. Prin urmare, în unele cazuri, este mai convenabil să se folosească generatoarele care rulează în modul de așteptare, și condus de generatoare de impulsuri externe.

Schema unei astfel de variante de realizare posibile a generatorului prezentat în Fig. 3, precum și. Tensiunea Standby este furnizat pentru a reduce colectorul avalanșă de tranzistor la o valoare de U0 la U „# 946;. printr-o rezistență variabilă R3. La admiterea la baza impulsului de declanșare al tranzistorului polaritate negativă T1 pornește și condensatorul C2 încărcat la tensiunea U 0 este descărcat prin el, și un rezistor R4. La ultima pulsul polaritate pozitivă se formează.

Un dezavantaj al generatorului este că acesta este încă sensibilă la schimbarea tranzistorului, în astfel de cazuri, este necesar să se ajusteze tensiunea la colector său printr-o rezistență R3, este liber de acest circuit generator de dezavantaj este prezentat în figura 3 b. Aici, modul de așteptare se realizează prin aplicarea la baza tranzistorului inițial polaritate închidere prejudecată dintr-o sursă separată. curent de bază I b aproximativ egal cu E b / R1 este selectat curent colector defalcare mai mare nod de avalanșă, care este (Ek U „# 946;) R2 (aici: Eb - o sursă de tensiune de polarizare; Yong - colector de tensiune de circuit; R1 și R2 - rezistențe în circuitele de bază și colector).

In acest generator, condensatorul C2 este încărcat prin intermediul rezistențelor R2 și R3 la tensiune U „# 946;. și atunci când se aplică impulsului de declanșare este descărcat prin tranzistor și rezistorul R3. În acest caz, rezistorul R3 este format dintr-un impuls de ieșire scurt de o polaritate pozitivă.

Generatoare de impulsuri de ieșire parametrii de așteptare sunt aceleași ca oscilator descris mai sus. Amplitudinea impulsului de declanșare - nu mai puțin de 2,1 V, durata - de la câteva zeci de nanosecunde. Timpul de întârziere a impulsului de ieșire în raport cu intrare este mai mică de 1 ns. generatoare de așteptare pot fi utilizate ca amplificatoare de impulsuri de regenerare cu un câștig de 50-200.

impulsuri Form generate de un dispozitiv simplu pentru tranzistor avalanșă, diferite de dreptunghiular. Pentru a aduce mai aproape dreptunghiular poate, înlocuind condensator de stocare linia de acumulare C2 (Fig. 4), cu parametrii catalogheaza sau distribuite. În acest ultim caz, o lungime de cablu coaxial sau stripline. Durata de impulsuri dreptunghiulare depinde de lungimea segmentului, și amplitudinea de oscilație în conformitate exactă cu linia de încărcare R n este de aproximativ jumătate la numitul oscilator (Fig. 2).

În tranzistori de avalanșă ale generatoarelor de serie de impulsuri scurte pot fi ușor construite, frecvența de repetiție care este proporțională cu durata sau amplitudinea impulsurilor de admisie. Schema de mai simple astfel de dispozitive este prezentată în Fig. 5, de asemenea. Atunci când este aplicat un dispozitiv de intrare dreptunghiular puls amplitudine 70 până la 100 V, generează o serie de impulsuri scurte, cu o frecvență de repetiție de 50-70 MHz. Prin selectarea tranzistor și o scădere capacitatea condensatorului de stocare C 1 până la 3 pF 2- rată de repetiție poate fi crescută la 200 MHz.

Pentru a porni dispozitivul asamblat conform schemei din fig. 5b, este nevoie de un impuls de amplitudine semnificativ mai mică (aproximativ 12 V). Spre deosebire de dispozitivele anterior discutate pe baza tranzistorului T1 este deplasarea energizată de o asemenea magnitudine încât este saturat, astfel încât în ​​starea inițială, condensatorul C1 este descărcat. La admiterea la intrarea puls (în acest caz, trebuie să aibă o polaritate pozitivă) este închis, iar tranzistorul trece în modul de avalanșă. Aparatul începe să genereze impulsuri scurte al căror număr este proporțional cu durata impulsului de declanșare. Când tensiunea de alimentare de 150 V frecvența de impuls de ieșire de repetiție de aproximativ 10 MHz la 300 - 20 MHz.

Generatorul este prezentat schematic în Fig. 5, în, generează o serie de impulsuri scurte, al căror număr este aproape proporțională cu amplitudinea semnalului de intrare. Un impuls de intrare de o polaritate pozitivă este furnizată prin dioda D1 și taxe condensatorul C1 la o tensiune egală cu amplitudinea impulsului. Ca urmare, tranzistorul descompune, condensatorul C2 este descărcat prin el, și o rezistență R3, și apoi încărcat din nou t. D. La fiecare puls condensatorul C2 descarcă condensatorul C1, prin urmare, după un timp, aparatul revine la starea inițială.

Numărul de impulsuri de ieșire variază între 0-20 la impulsuri de intrare se schimbă de amplitudine de la 0 la 10 și în interiorul 17-22 la o amplitudine de 10 V și schimbarea duratei de la 0,5 la 5 microsecunde.

De mare interes este utilizarea de tranzistori de avalanșă • discriminatorilor amplitudine - dispozitive generatoare de impulsuri numai atunci când amplitudinea impulsurilor de intrare depășește un anumit nivel - pragul de discriminare. Ca un discriminator simplu se poate utiliza circuitul generatorului standby este prezentat în Fig. 3, precum și. Pragul de discriminare în acest aparat poate fi reglat cu 5-10 la 200-300 dintru mV rezistor variabil R3. Cu toate acestea, caracteristica de control al discriminatorului este neliniară.

Schema dispozitiv îmbunătățit este prezentat în Fig. 6. Aici, variația de prag stabilit U0 tensiune prin rezistență variabilă R5, complet cu osciloscop electronic acest discriminator poate fi folosit ca un simplu impulsuri nanosecundă vârf voltmetru. Amplitudinea impulsurilor de intrare se măsoară cu un voltmetru PS1 în timp de generare de eșec la schimbarea lină a tensiunii U0. Amplitudinea pulsului este aproape egal cu această tensiune. defalcare generație Cuplu fixat cu un osciloscop. Prin utilizarea termistorului R7 prag de discriminare variază în funcție de mai mult de 2 mV când oscilații de temperatură în intervalul de la +10 până la + 55 ° C

viteză tranzistori de mare de avalanșă le permite să se bazeze pe dispozitivele logice de mare viteză. Ca un exemplu, în Fig. 7 sunt diagrame schematice ale elementelor logice OR, AND și restricționare. Primul dintre aceste dispozitive (. Vezi Figura 7, precum și) Generează impulsuri atunci când se aplică tragere impulsuri pe oricare dintre intrările sale, a doua (figura 7b.) - numai în timp ce pulsul ajunge la intrările 1 și 2. În acest din urmă caz, se adaugă amplitudinile de impulsuri, atingând un nivel suficient pentru a rula generatorul. Nivelul de declanșare determinat de căderea de tensiune pe dioda D1. impulsuri de intrare trebuie să aibă o amplitudine de circa 1 V. În sfârșit, dispozitivul de restricționare (Fig. 7c) generează impulsuri la semnalul aplicat la intrarea 1 și absența sa de intrare 2 (Ban). La primirea impulsului la intrare de comutare pragul de 2 avalanșe crește tranzistor, astfel încât impulsurile aplicate la intrarea 1 nu poate porni generatorul.

Timpul de rezoluție de elemente logice de pe tranzistori de avalanșă poate fi redusă la o valoare foarte mică - de ordinul a 1-2 ns. Impulsurile de ieșire au aceiași parametri ca cea a oscilatoarelor de relaxare descrise anterior.

Fig. 8 prezintă circuitul oscilator care generează o oscilație sawtooth amplitudine 30-50 V și repetarea frecventa de 5-10 MHz. Un avantaj important al acestui oscilator este, de asemenea, forma de neliniaritate mică datorită aplicării tokostabiliznruyuschego tranzistorului T1, care furnizează un curent de încărcare constantă a condensatorului C1. Prin variația rezistenței rezistorului R3, valoarea curentului de încărcare, și deci frecvența de repetiție a impulsului sawtooth poate fi schimbat de 10-20 de ori. timpul flyback este foarte mică - 0,1-1% din trecerea directă a timpului. Generator sincron cu ușurință circuitul de alimentare cu tensiune de ceas la baza T2 avalanșă tranzistor.

Dispozitivele care circuitul prezentat în Fig. 9, generează o tensiune de formă de treaptă. Primul dintre acestea (fig. 9a) funcționează în mod oscilatorie.

Condensatorul C1 este încărcat periodic prin rezistor R3, și atunci când tensiunea la bornele sale egal cu U „# 946; lavinvy descărcat prin tranzistorul T1 la C2 acumulare condensator. În fiecare astfel de condensator de descărcare condensator C1 C2 trimite o încărcare măsurată și ultima tensiune în trepte formate. Atunci când valoarea sa ajunge la tensiunea U „# 946; Tranzistorul T2, condensatorul C2 este descărcat prin ea, iar procesul se repetă. Amploarea etapelor poate fi ajustată prin modificarea raportului dintre C1 condensatori și C2.

Al doilea dispozitiv (Fig. 9b) generează o tensiune în trepte de formă atunci când se aplică numai intrarea impulsului de declanșare polaritate pozitivă, care se închide deschis în starea inițială tranzistorului T1. În acest caz, condensatorul C1 se încarcă rapid prin rezistențele R4 și R5 la energizare tranzistorului T2, este descărcat la prin acesta condensatorul C2, și t este încărcat din nou. E. Rezultând din urmă generează o tensiune în formă de treaptă. Prin variația capacitanta condensatoarele C1 și C2 poate varia cantitatea de scări 0.05-5.10 V.

Definite generatoare de interes undă sinusoidală pe tranzistori de avalanșă. Conducerea una dintre ele este prezentată în Fig. 10. Datorită prezenței pe caracteristica tensiunii de intrare a regiunii tranzistor avalanșă de rezistență negativă (a se vedea. N formă caracteristici în fig. 1, b) un generator de auto-excitat fără circuite speciale de feedback pozitiv. Frecvența oscilațiilor generate este determinat parametrii circuitului L1C2 (dacă datele specificate în diagrama este de 20 MHz), magnitudinea (dublu amplitudinea) a tensiunii de ieșire - aproximativ 15 V. Un avantaj important al generatorului este bun și circuitele de joncțiune colectoare de bază.

Tranzistori seria FT338, utilizate în toate dispozitivele descrise în acest articol sunt sensibile la suprasarcină curenți. Foarte periculos, chiar și pe termen scurt, scurt-circuit rezistențe de limitare, în special atunci când un condensator de mare conectat la colectorul tranzistorului: în astfel de cazuri, tranzistorul avalanșă poate eșua aproape instantaneu. Trebuie avut grijă și să se asigure că puterea medie disipată în tranzistor, nu depășește maxim admisibil (la + 25 ° C până la 100 mW).