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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Вода из воздуха 02.06.2009 Только 2% воды, содержащейся в воздухе, собрано в облака. Остальные 98% находятся в форме невидимого пара. Ежесекундно ветра транспортируют около 165 тысяч тонн водяных паров с тропических морей, где сильнее всего идет испарение, в умеренные широты. В кубическом километре воздуха содержится от 10 до 40 тонн воды. Израильский инженер Эйтан Бар разработал устройство для извлечения этой скрытой влаги. Воздух прогоняют через гигроскопичный поглотитель, который захватывает только водяной пар. Потом поглотитель нагревают в вакууме, при этом выделяется пар, его охлаждают для конденсации воды. Установка может работать при относительной влажности воздуха не ниже 10% (обычная влажность воздуха в Сахаре составляет 12-25%) и наружной температуре от плюс 4 до 45 градусов Цельсия. На получение одного литра воды требуется около 0,3 киловатт-часа электроэнергии. Фирма, основанная изобретателем, выпускает модели разного размера, вплоть до больших установок, дающих в сутки 25 кубометров воды.

Другие интересные новости:

▪ NB3N3020 - новый умножитель частоты

▪ Банк семян в Заполярье

▪ Органическая краска из каменного века

▪ Побит рекорд миниатюрного человекоподобного робота

▪ Занятия музыкой развивают интеллект

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Ограничители сигнала, компрессоры. Подборка статей

▪ статья Великий кормчий. Крылатое выражение

▪ статья Что такое сумчатые? Подробный ответ

▪ статья Требования безопасности при эксплуатации грузоподъемных машин

▪ статья Протрава для имитации орехового дерева. Простые рецепты и советы

▪ статья Тиристорные переключатели серий КР1125КП2 и КР1125КПЗ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025