Vereinfachte Berechnung der I–V-Kennlinie des Äquivalents einer Lambdadiode. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Amateurfunk Berechnungen

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Bereits in den siebziger Jahren erschienen in verschiedenen Zeitschriften Artikel, in denen ein sehr interessantes Element der elektronischen Technologie beschrieben wurde – das Äquivalent einer Lambda-Diode (ELD). Es handelt sich um ein speziell verschaltetes Feldeffekttransistorpaar mit pn-Übergängen unterschiedlicher Art und weist eine Strom-Spannungs-Kennlinie (CVC) ähnlich der CVC einer Tunneldiode auf, jedoch ohne einen zweiten Zweig mit positivem Widerstand. Im Gegensatz zur Tunneldiode erweist sich die ELD bei einer Spannung oberhalb der Abschaltspannung Uclose als geschlossen, so dass der Strom durch sie auf mehrere Pikoampere absinkt. Die ELD-Schaltung ist in Abb. 1 und ihr CVC in Abb. 2 dargestellt.

Mit Hilfe von ELD ist es einfach, sowohl für eine Tunneldiode charakteristische Schaltungslösungen als auch völlig originelle Geräte zu implementieren, wie in [1], [2], [3], [4] gezeigt. Auch die Zeitschrift „Radio“ befasste sich mit diesem Thema (siehe [5], [6].

Die weite Verbreitung von auf ELDs basierenden Geräten wird durch die Komplexität der Berechnung der IV-Kennlinien einer ELD unter Verwendung der bekannten Parameter der darin enthaltenen Feldeffekttransistoren behindert, was wiederum durch die Komplexität der Annäherung der I– bestimmt wird. V-Charakteristik eines Feldeffekttransistors [7], [8].

Gerade aus diesem Grund liegen noch keine Formeln zur Berechnung der Hauptparameter des ELD vor, auf die bei der Berechnung verschiedener Geräte des ELD in den meisten Fällen anstelle der I–V-Kennlinien verzichtet werden kann. Zu diesen Parametern gehören der maximale Strom durch das ELD (Imax); die Spannung, bei der dieser Strom fließt (Umax); Sperrspannung (Uclose); differentieller negativer Widerstand von ELD (-rd); Koordinaten des Wendepunkts des Zweigs des negativen Widerstands des VAC ELD (Uper, Iper). Mit Formeln, die die oben genannten Parameter des ELD mit den Parametern der darin enthaltenen Feldeffekttransistoren verbinden, können Sie einfach das richtige Transistorpaar auswählen und den Generator, Verstärker und jedes andere Gerät auf dem ELD berechnen.

Dieser Artikel beschreibt eine ungefähre Berechnung des CVC eines symmetrischen ELD und seiner Parameter.

Um einen ungefähren Ausdruck für die I–V-Charakteristik eines ELD zu erhalten, berücksichtigen wir, dass jeder Transistor in einem symmetrischen ELD so lange arbeitet, bis er bei Drain-Source-Spannungen, die die Abschaltspannung dieses Transistors (und seines Paares) nicht überschreiten, vollständig ausgeschaltet wird , da wir sie als gleich betrachten). Unter diesen Bedingungen kann die Abhängigkeit des Stroms durch den Feldeffekttransistor von der Drain-Source-Spannung näherungsweise als linear angesehen werden, wobei die Spannungen Usi1 = Usi2 = U/2 und Usi2 = Usi1 = -U/2 betragen im Absolutwert gleich, und dann kann der CVC des Feldeffekttransistors durch eine einfache Formel beschrieben werden:

Ic=(Usi/Rm)(1- |Usi/2Uots|)² (1)

wobei Usi die Drain-Source-Spannung des Feldeffekttransistors ist (im Fall eines symmetrischen ELD, wie aus Abb. 1 ersichtlich ist, Usi \u2d U / 0), Usi die Gate-Source-Spannung Uots ist ist die Abschaltspannung des Feldeffekttransistors und Rm ist der Widerstand des Feldeffekttransistors im Anfangsabschnitt des CVC bei Usi=0 in der Nähe des Punktes Usi=0, Ic=XNUMX:

Rm=dUci/dIc.

Ein solcher vereinfachter Ausdruck für den CVC eines Feldeffekttransistors eignet sich zur Berechnung des CVC einer Lambdadiode, wenn |Usi|< |Uots|. Aus Abb. 1 ist ersichtlich, dass der CVC des ELD in diesem Fall durch den Ausdruck beschrieben wird

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

Bedenkt man, dass für eine symmetrische ELD |Usi|=|Uzi|, können wir ungefähr annehmen

Rm=dUzi/dIc=1/Smax,

wobei Smax die maximale Steilheit des Feldeffekttransistors ist, die einem Nachschlagewerk entnommen oder gemessen werden kann. Dann enthält der Ausdruck für den CVC des ELD nur die bekannten Parameter von Feldeffekttransistoren:

(U)=1/2 USmax(1-|U/2Uots|)² (3).

Durch Differenzieren des Ausdrucks (3) nach U kann man die Argumente finden, für die diese Funktion Extrema hat.

Ue1=Uzap=2|Uots|,

was den Daten aus [8] entspricht, wo zur Berechnung die Approximation der IV-Kennlinie eines Feldeffekttransistors durch komplexe Funktionen verwendet wurde, und

Ue2=Umax=2|Uots|/3. (4)

Der Ausdruck für Umax wurde zwar nicht in [8] ermittelt, aber anhand der dort vorliegenden I-V-Kurve erkennt man, dass auch hier eine Übereinstimmung der Berechnungsergebnisse vorliegt.

Setzen wir den Wert von Umax aus (4) in (2) oder in (3) ein, erhalten wir

Imax=4Uots/27Rm~ 0,15Uots/Rm,

oder

Imax=4UsSmax/27~ 0,15UsSmax.

Experimente haben gezeigt, dass der berechnete Wert von Im ax vom experimentellen Wert für die Transistorpaare KP303 und KP103, ausgewählt gemäß den Parametern Smax und Uots, um nicht mehr als 10 % abweicht. Als nächstes können Sie den Wendepunkt auf dem negativen Zweig des CVC bestimmen, nachdem Sie ihn zuvor gefunden haben

d²Ich/dU²=(1/UотсRm)(3U/4U отс-1). (5)

Indem wir den Ausdruck (5) mit Null gleichsetzen und die resultierende Gleichung lösen, bestimmen wir

Uper \u4d 3Uots / XNUMX,

Iper \u2d 27Uots / 2Rm \uXNUMXd Imax / XNUMX,

was auch gut mit der Grafik aus [8] und den Ergebnissen der vom Autor durchgeführten Experimente übereinstimmt.

Als nächstes definieren wir

- rd=-6Rm=-6/Smax.

Für eine asymmetrische ELD an Feldeffekttransistoren mit unterschiedlichen Parametern ist es auch möglich, den CVC mithilfe der Gleichungen (2) oder (3) zu berechnen und ein Gleichungssystem zu erhalten, gemäß der Methode aus [8], jedoch mit viel einfacherer Methode Ausdrücke. Die Übereinstimmung zwischen den Berechnungsergebnissen und den experimentellen Daten ist durchaus zufriedenstellend. Das Lösen eines Gleichungssystems ist auf jedem programmierbaren Taschenrechner oder Computer einfach durchzuführen. Es war jedoch nicht möglich, explizite Ausdrücke für die Hauptparameter der asymmetrischen ELD zu erhalten.

Der Autor äußert die Hoffnung, dass die Möglichkeit, die ELD-Parameter aus den Parametern der darin enthaltenen Feldeffekttransistoren einfach zu berechnen, Funkamateuren als Anreiz dienen wird, eine Reihe von Geräten mit diesem vielversprechenden Element zu entwickeln.

Literatur

1. Kano, G. Die Lambda-Diode: vielseitiges Gerät mit negativem Widerstand. „Electronics“, 48(1975), Nr. 13, S. 105-109.
2. Hodonek, Komplementäre Feldeffekttransistoren mit Sperrschicht in einem Zweifrequenzoszillator. „Electronics“, 1975, Nr. 22, S. 60.
3. Dyakonov V.P., Semenova O.V. Schaltgeräte auf Lambda-Transistoren. „Instrumente und experimentelle Technik“, 1977, Nr. 5, S. 96.
4. Ptashnik I. VFO mit elektronischer Abstimmung. "Radio Amateur", 1993, Nr. 9, S. 38.
5. Nechaev I. Lambda-Diode und ihre Fähigkeiten. "Radio", 1984, Nr. 2, S. 54
6. Nechaev I. Sondengenerator auf dem Analogon der Lambda-Diode. "Radio", 1987, Nr. 4, S.49.
7. Takashi T. Approximation of Function Field-Effect Transistor Characteristics by Hyperbolic Function, IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1978, Vers 13, Nr. 5, S. 724-726.
8. V. I. Molotkov, E. I. Potapov. Untersuchung der I–V-Kennlinien von Niederleistungs-Feldeffekttransistoren und Lambdadioden und Berechnung der Amplituden eines Autooszillators auf Basis einer Lambdadiode. „Radioelectronics“, 1991, Bd. 34, Nr. 11, S. 108–110.

Autor: Vasily Agafonov; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru

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