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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Выяснена причина намагничивания Вселенной 23.11.2022 "Космические струны", оставшиеся после Большого взрыва, могут быть ответственны за магнитные поля Вселенной. Астрономы не совсем уверены, как галактики и скопления получают свои магнитные поля. На ранних стадиях развития Вселенной, до появления первых звезд и галактик, космос был электрически нейтрален. Нейтральный газ не может генерировать магнитные поля сам по себе, поэтому Вселенной каким-то образом пришлось создать магнитное поле. Как только у Вселенной появилось это исходное зародышевое магнитное поле, она могла усилить его, когда эволюция Вселенной превратила нейтральный газ в электрически заряженную плазму. Но источник первого магнитного поля десятилетиями оставался загадкой астрономии. Ученые предлагают, пожалуй, самое экзотическое объяснение источника исходного магнитного поля Вселенной: космические струны. Космические струны - это теоретические объекты, которые, по мнению многих астрономов, образовались в очень ранней Вселенной. Когда нашему космосу было меньше секунды от роду, он прошел через несколько стадий бурных фазовых переходов. В древнейшие времена все четыре силы природы были объединены в единую силу. Эти фазовые переходы взяли единую силу и одну за другой разделили ее на силы гравитации, сильное ядерное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие и электромагнетизм. С каждым расщеплением сил фундаментальный вакуум пространства-времени перестраивался. Но этот процесс мог быть не совсем гладким или совершенным, и в пространстве-времени могли появиться изъяны. Некоторые из этих дефектов выглядели как одномерные складки в пространстве, как складки на листе бумаги. Это космические струны. Астрономы охотились за космическими струнами с тех пор, как они были выдвинуты в 1970-х годах. До сих пор все поиски оказывались безрезультатными, и все же космические струны, по-видимому, являются общим предсказанием всех наших теорий ранней Вселенной. Авторы исследования воспользовались уникальными свойствами космических струн, чтобы превратить их в генераторы магнитных полей. Идея состоит в том, что, путешествуя, космические струны будут оставлять после себя рябь в ткани пространства-времени, подобно кильватерным волнам, оставляющим след от катера. Если бы космическая струна прошла через плазму, эта рябь в пространстве-времени могла бы изменить температуру и плотность небольших карманов в плазме. Эти различия привели бы в движение электрические заряды, и они могли бы стать началом магнитного поля. Эти исходные поля не будут очень сильными, но этого будет достаточно. Как только космические струны покинут область, оставшаяся плазма может сжаться и охладиться, образуя звезды, галактики и скопления. Когда плазма сжималась, она могла усилить это первоначальное поле до силы, которую астрономы видят сегодня.

Другие интересные новости:

▪ Сейсмометр на смартфоне

▪ Вертолеты с винтами на сжатом воздухе

▪ Мобильный телефон Ericsson K850i

▪ Улучшение чистых метанольных топливных элементов

▪ Солнечный катамаран

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цветомузыкальные установки. Подборка статей

▪ статья Бывали хуже времена, но не было подлей. Крылатое выражение

▪ статья Какая птица сумела прожить полтора года без головы? Подробный ответ

▪ статья Бухгалтер структурного подразделения. Должностная инструкция

▪ статья Защита трехфазного электродвигателя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Загадочная гиря. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026