Упрощенный расчет ВАХ эквивалента лямбда-диода. Схема, описание

Бесплатная техническая библиотека

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Упрощенный расчет ВАХ эквивалента лямбда-диода. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбительские расчеты

Комментарии к статье

Еще в семидесятых годах в различных журналах стали появляться статьи, описывающие очень интересный элемент электронной техники - эквивалент лямбда-диода (ЭЛД). Он представляет собой особым образом включенную пару полевых транзисторов с pn-переходами разного типа и имеет вольт-амперную характеристику (ВАХ), похожую на ВАХ туннельного диода, но без второй ветви положительного сопротивления. В отличие от туннельного диода, ЭЛД при напряжении, превышающем напряжение запирания Uзакр, оказывается закрытым, так что ток через него падает до нескольких пикоампер. Схема ЭЛД представлена на рис.1,а его ВАХ изображена на рис.2.

Упрощенный расчет ВАХ эквивалента лямбда-диода

С помощью ЭЛД легко реализовать как схемные решения, характерные для туннельного диода, так и совершенно своеобразные устройства, как это показано в [1], [2], [3], [4]. Журнал "Радио" также обращался к этой теме (см. [5], [6].

Широкому распространению устройств на ЭЛД мешает сложность расчета ВАХ ЭЛД по известным параметрам входящих в него полевых транзисторов, что в свою очередь определяется сложностью аппроксимации ВАХ полевого транзистора [7], [8].

Именно из-за этого до сих пор не были получены также формулы для расчета основных параметров ЭЛД, которыми можно в большинстве случаев обходиться вместо ВАХ при расчете различных устройств на ЭЛД. К таким параметрам следует отнести максимальный ток через ЭЛД (Imax); напряжение, при котором имеет место этот ток (Umax); напряжение запирания (Uзакр); дифференциальное отрицательное сопротивление ЭЛД (-rд); координаты точки перегиба ветви отрицательного сопротивления ВАХ ЭЛД (Uпер, Iпер). Имея формулы, связывающие перечисленные выше параметры ЭЛД с параметрами полевых транзисторов, входящих в него, можно легко подобрать нужную пару транзисторов, а также рассчитать генератор, усилитель и любое другое устройство на ЭЛД.

В данной статье описывается приближенный расчет ВАХ симметричного ЭЛД и его параметров.

Для получения приближенного выражения для ВАХ ЭЛД учтем, что каждый транзистор в симметричном ЭЛД работает до момента полного запирания при напряжениях сток-исток не превышающих напряжения отсечки этого транзистора (и его пары, т.к. мы считаем их одинаковыми). При этих условиях зависимость тока через полевой транзистор от напряжения сток-исток можно приближенно считать линейной, напряжения Uси1=Uзи2=U/2 и Uси2=Uзи1=-U/2 равными по модулю, и тогда ВАХ полевого транзистора можно описать простой формулой:

Ic=(Uси/Rm)(1- |Uзи/2Uотс|)² , (1)

где Uси - напряжение сток-исток полевого транзистора, (в случае симметричного ЭЛД, как видно из рис.1, Uси=U/2), Uзи - напряжение затвор-исток, Uотс - напряжение отсечки полевого транзистора, а Rm - сопротивление полевого транзистора на начальном участке ВАХ при Uзи=0 в окрестностях точки Uси=0, Iс=0:

Rm=dUси/dIc.

Такое упрощенное выражение для ВАХ полевого транзистора пригодно расчета ВАХ лямбда-диода, когда |Uси|< |Uотс|. Из рис.1 видно, что ВАХ ЭЛД описывается в этом случае выражением

I(U)=c(U/2)=(U/2Rm)(1-|U/2Uотс|)². (2)

Учитывая, что для симметричного ЭЛД |Uси|=|Uзи|, можно приближенно считать

Rm=dUзи/dIc=1/Smax,

где Smax - максимальная крутизна полевого транзистора, которую можно взять из справочника или измерить. Тогда выражение для ВАХ ЭЛД будет содержать только известные параметры полевых транзисторов:

(U)=1/2 USmax(1-|U/2Uотс|)² (3).

Продифференцировав выражение (3) по U, можно найти аргументы, при которых эта функция имеет экстремумы.

Uэ1=Uзап=2|Uотс|,

что соответствует данным из [8], где для расчета использована аппроксимация ВАХ полевого транзистора сложными функциями, и

Uэ2=Umax=2|Uотс|/3. (4)

Выражение для Umax в [8] не получено, но по имеющемуся там графику ВАХ можно видеть, что и здесь имеет место совпадение результатов расчета.

Подставив значение Umax из (4) в (2) или в (3), получим

Imax=4Uотс/27Rm~ 0,15Uотс/Rm,

или

Imax=4UотсSmax/27~ 0,15UотсSmax.

Эксперименты показали, что расчетное значение Im ax от экспериментального для пар транзисторов КП303 и КП103, отбранных по параметрам Smax и Uотс, отличается не более чем на 10%. Далее можно определить точку перегиба на отрицательной ветви ВАХ, найдя предварительно

d²I/dU²=(1/UотсRm)(3U/4U отс-1). (5)

Приравняв к нулю выражение (5) и решив полученное уравнение, определим

Uпер=4Uотс/3,

Iпер=2Uотс /27Rm =Imax/2,

что также хорошо согласуется с графиком из [8] и результатами экспериментов, проведенных автором.

Далее определяем

- rд=-6Rm=-6/Smax.

Для асимметричного ЭЛД на полевых транзисторах с отличающимися параметрами также можно рассчитать ВАХ, воспользовавшись выражением (2) или (3) и получив систему уравнений, по методике из [8], но с гораздо более простыми выражениями. Совпадение результатов расчета с экспериментальными данными - вполне удовлетворительное. Решение системы уравнений легко провести на любом программируемом калькуляторе или компьютере. Однако для основных параметров асимметричного ЭЛД не удалось получить выражения в явном виде.

Автор выражает надежду, то возможность легко рассчитать параметры ЭЛД по параметрам входящих в него полевых транзисторов послужит стимулом для создания радиолюбителями целого ряда устройств с применением этого перспективного элемента.

Литература

1. Kano, G. The lambda diode: versatile №egative-resistance device. "Electronics", 48(1975), №13, p.105-109.
2.Ходоунек, Комплементарные полевые транзисторы с переходом в двухчастотном генераторе. "Электроника", 1975, №22, с.60.
3. Дьяконов В.П., Семенова О.В. Переключающие устройства на лямбда-транзисторах. "Приборы и техника эксперимента", 1977, №5, с.96.
4. Пташник И. VFO с электронной перестройкой. "Радиолюбитель", 1993, №9, с.38.
5. Нечаев И. Лямбда-диод и его возможности. "Радио", 1984, №2, с.54
6. Нечаев И. Щуп-генератор на аналоге лямбда-диода. "Радио", 1987, №4, с.49.
7. Takashi T. Approximation of function field-effect transistor characteristics by hyperbolic function, IEEE Journal of solid-state circuits. 1978, v.13, №5, p.724-726.
8. В.И.Молотков, Е.И.Потапов. Исследование ВАХ маломощных полевых транзисторов и лямбда-диодов и расчет амплитуд автогенератора на лямбда-диоде. "Радиоэлектроника", 1991, т.34, №11, с.108-110.

Автор: Василий Агафонов; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбительские расчеты.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива

Lightyear 0 - серийный автомобиль на солнечных батареях 16.06.2022

Стартап Lightyear, работающий на солнечных батареях, представил окончательный готовый к производству дизайн своего первого автомобиля Lightyear 0, ранее известного как Lightyear One. После шести лет разработки Lightyear 0 доступен для заказа перед первыми поставками этой осенью.

Компания уже задействовала в работе до 500 человек и заключила сделки с более сотней поставщиков - машина уже готова к производству. В отличие от конкурентов, новинка в некоторых условиях способна работать без внешней зарядки месяцами.

Lightyear 0 - это семейный седан со встроенными солнечными панелями общей площадью 5 м2 , способными производить на день электричество, позволяющее проехать до 70 км. Четырехдверный седан имеет запас хода по трассе в 560 км на скорости 110 км/ч, даже в условиях, когда солнечный свет отсутствует.

Во время WLTP-тестирования Lightyear 0 удалось проехать 625 км, на 4% больше полноприводного Tesla Model 3 Long Range. При этом модель Lightyear имеет тяговые аккумуляторы на 60 кВтч, а та же Tesla - на 82 кВтч. По данным Lightyear, во многом машина обязана таким показателям низкому коэффициенту лобового сопротивления (0,19) - это самая аэродинамическая семейная машина из когда-либо построенных. Определенную роль играют специально разработанные шины Bridgestone.

Известно, что новинка разгоняется до 100 км/ч в 10 секунд, максимальная скорость составляет 160 км/ч. Хотя в этом она уступает Tesla Model 3, однако гораздо быстрее заряжается. При этом, хотя даже в безоблачный день солнечные элементы не позволят полностью зарядить аккумулятор, их вклад достаточно велик - в течение летнего дня машина может получить достаточно солнечной энергии, чтобы проехать до 70 км. По данным компании, если водитель проезжает не более 50 км каждый день, он способен ездить месяцами, пока ему наконец-то понадобится зарядная станция.

Солнечные элементы способны добавлять запас хода до 10 км ежечасно, зарядку от домашней электросети - 32 км в час, при использовании зарядной станции с возможностью быстрой зарядки - до 520 км в час.

Салон пятиместного автомобиля выполнен из искусственной кожи растительного происхождения, переработанных ПЭТ-бутылок и пальмовой древесины. При этом для машины из вторсырья модель будет стоить неприлично дорого - вряд ли такие цены поможет компенсировать экономия на электричестве. Всего будет выпущено 946 электромобилей, поставки начнутся в ноябре текущего года. Каждый обойдется покупателям в $266 тыс. В случае успеха компания обещает представить версию с более доступной ценой в $32 тыс., производство которой предполагается начать в 2025 году.

Другие интересные новости:

▪ Социология пересадки органов

▪ Женщины выигрывают в шахматы чаще мужчин

▪ Игра в наперсток с волками

▪ Мультимедийный центр InControl автомобилей Jaguar

▪ Первая супермолекула из искусственных атомов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочные материалы. Подборка статей

▪ статья Джефри Чосер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какого скульптора убила изготовленная им статуя? Подробный ответ

▪ статья Слесарь по ремонту оборудования подачи топлива. Должностная инструкция