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

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.

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:

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Графен приближает идею космического лифта 08.09.2026

Вывод грузов за пределы Земли сегодня остается сложным и дорогостоящим процессом: каждый запуск требует огромного количества топлива, а значительная часть конструкции ракеты используется всего один раз. Поэтому идея космического лифта, возникшая еще много десятилетий назад, продолжает привлекать внимание инженеров и исследователей. Вместо множества отдельных ракетных стартов предлагается создать постоянную транспортную систему между Землей и космосом, по которой грузы перемещались бы с помощью электричества. Последние достижения в производстве поликристаллического графена вновь заставили специалистов обсуждать эту концепцию не только как фантастическую идею, но и как потенциальный инженерный проект. Основным элементом будущего сооружения должен стать сверхпрочный трос. Согласно концепции Международного консорциума космического лифта (ISEC), он должен начинаться у экватора и простираться примерно на 100 000 километров в космос, значительно дальше геостационарной орбиты. На внешнем ко ...>>

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Случайная новость из Архива Морская вода заменит в аккумуляторах тяжелые металлы 25.12.2019 Специалисты IBM Research нашли способ заменить в аккумуляторных батареях тяжелые металлы. Используя три новых и различных запатентованных материала, которые ранее никогда не объединялись для аккумуляторов, ученые IBM Research смогли найти химические элементы, извлекать которые можно из морской воды. Технология семантического обогащения позволила из материалов, которые не называют специалисты, с помощью искусственного интеллекта и методов машинного обучения получит оптимальный состав электролита. Это, по задумке авторов проекта, даст возможность отказаться от никеля и кобальта. Заявлено, что открытие сможет снизить стоимость аккумуляторных батарей, увеличит скорость заряда (на 80% за 5 минут) и плотность хранения энергии, а также повысит мощность и снизит риск воспламенения. Получившаяся батарея имеет плотность хранения энергии по отношению к объему 800 Втч на литр, удельная мощность - 10 000 Вт на литр. Новые технологии могут помочь в создании недорогих и емких батарей, которые позволят наладить массовое производство не только электрических автомобилей, но и электрических самолетов. При этом сроки появления серийных аккумуляторов на основе новой технологии пока не названы.

Другие интересные новости:

▪ Создан паучий шелк с помощью фотосинтезирующих бактерий

▪ Портативный спектроанализатор с полосой частот анализа до 3,3 ГГц

▪ Определение уровня загрязнения воздуха по пчелиным ульям

▪ Запах пациента заставляет врачей ошибаться

▪ Монитор Iiyama ProLite X3291HS

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Веселые задачки. Подборка статей

▪ статья Дороги, которые мы выбираем. Крылатое выражение

▪ статья Почему лед прозрачный, а снег белый? Подробный ответ

▪ статья Начальник отдела электросвязи. Должностная инструкция

▪ статья Цифровой мультиметр M830B. Электрическая схема, описание, характеристики. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Исландские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026