5.5. Методика расчета каскада с пт в комбинированном режиме

Рассмотрим методику расчета схемы, приведенной на рисунке 5.7, а на примере использования в ней ПТ типа КП303.

Исходные данные для расчета.

1. Параметры транзистора VТ₂: I_ЗО = 10^-10А, G₀ = 1 мА/В, U₀ = 0,5 B, R_i =10 Ом.

2. Параметры транзистора VT₁: Крутизна характеристики передачи в рабочей точке S = 2,5 мA/В, напряжение отсечки U₀ = 2В, выходное сопротивление R₂₂ = 20 кОм.

3. Временные параметры: в

ремя нахождения VТ₂ в запертом состоянии t = 10 мин. Длительность посылки радиоимпульса τ = 1сек.

4. Параметры контура: L = 10^-2 Гц, f₀ = 10 кГц, Q=100.

Порядок расчета.

Для реализации высокой добротности контура задаемся малым значением коэффициента включения контура:

n = 0,5 ÷ 0,2=0,1.

Определяем эквивалентное сопротивление контура в установив­шемся режиме:

, где ρ=ω₀L_K = 6,28·10⁴·10^-2 = 628 Ом.

Тогда

Определяем емкость конденсатора контура:

.

Задаемся амплитудой сигнала на входе VТ₁: U_Г = 0,1 В. Согласно (5.49) амплитуда напряжения на контуре:

U_K1 = SU_Г nZ_Э = 2,5·10³·0,1·0,1·60·I0³ = 1,5 В.

Используя выражение (5.6), определим обобщенную амплитуду сигнала X:

.

По формуле (5.18) найдем обобщенную величину смещения:

где значение сопротивления нагрузки детектора R₃ полагаем равным 10¹⁰Ом.

Используя выражение 5.25, рассчитаем коэффициент передачи детектора в установившемся режиме:

Определим амплитуду выпрямленного напряжения по формуле (5.54), учтя (5.49):

U_ДПУ = SU_Г nZ_KK_З.У =1,5 · 0.927 = 1,39 В.

Полагая, что полевой транзистор VТ₂ имеет характеристику I_C = f(U_ЗИ), близкую к идеализированной (квадратичной параболе), определим напряжение запирания U₀:

U₀ = 1,46 · U₀ = 1,46·0,5 = 0,73 В.

Учтя, что отношение U_ДПУ к U₀, близко к двум, при расчете времени нахождения транзистора VТ₂ в запертом состоянии, согласно таблице 5.1, используем выражение:

t = 0,6τ₃ = 0,69 R₃ C_3.

Из последнего выражения найдем величину емкости конденсато­ра С₃ для обеспечения выдержки времени 10 минут:

.

Выбираем стандартный конденсатор, емкостью 0,1·10^-6Ф, с большим сопротивлением изоляции. Время установления выбирается из компромиссных условий. С одной стороны оно должно быть меньше длительности посылки радиоимпульса. С другой стороны – время установления должно быть достаточно большим, чтобы исключить ложное срабатывание устройства при действии импульсных помех на входе. Исходя из сказанного, берем время установления t_y = 0,52τ = 0,5 сек.

Из уравнения (4.59) определим величину дополнительного ре­зистора в цепи затвора:

.

Выбираем стандартный резистор сопротивлением 430 кОм.

Таким образом, все элементы схемы рисунка 5.7, а рассчитаны. Зависимость проводимости канала от времени можно найти, исполь­зуя выражение 5.63.

5.6. Способы использования пт в комбинированном режиме

ПТ в комбинированном режиме управляемого сопротивления и с прямыми токами затвора целесообразно использовать при раз­работках переключающих цепей, реле времени, формирователей и селекторов импульсов, приемников селективного вызова и т.п.

Принцип работы ПТ в таком режиме поясняется графиками, приведенными на рисунке 5.12, а и реализуется схемой изображенной на рисунке 5.12, б.

ПТ управляется с помощью видео или радиоимпульсов с амплитудой, превышающей напряжение запирания U^·₀ и контактную разность потенциалов p-n-перехода U_К. При этом сигналы отрицательной полярности отпирают p-n-переход p-канального ПТ и заряжают емкость С₃, находящуюся в цепи затвора. Удержание ПТ в запертом состоянии в течение требуемого времени осущест­вляется напряжением на С₃.

Постоянная времени заряда емкости мала, так как заряд осу­ществляется через p-n-переход транзистора, включенный в прямом направлении. Постоянная времени разряда очень велика, поскольку разряд проходит через очень большое сопротивление запертого p-n-перехода ПТ. Отношение упомянутых постоянных времени может превышать 10⁴ раз.

Для повышения стабильности времени нахождения ПТ в запертом состоянии между затвором и истоком включается резистор R_З с сопротивлением на один два порядка меньшим входного сопротивле­ния транзистора в запертом состоянии. Для защиты транзистора от кратковременных импульсных помех и напряжений выше противного, постоянную времени цепи заряда увеличивают, подсоединив последовательно с С₃ дополнительный резистор R_Д. Резистор R_Д ограничивает величину прямого тока протекающего через отпертый p-n-переход ПТ. Функцию R_Д может также выполнять внутреннее сопротивление источника входного сигнала.

Предлагаемый способ позволяет сохранять минимальную прово­димость канала G_МИН, определяемую токами утечки в течение длительного времени, практически не зависящего от длительности управляющего сигнала. Использование p-n-перехода ПТ для выпрям­ления тока управляющих сигналов дает возможность упростить ряд существующих схем и реализовать максимально возможное время на­хождения транзистора в запертом состоянии.

Комбинированный режим работы ПТ в схеме рисунка 5.12, б может быть реализован также и при управлении ПТ импульсами только по­ложительной полярности. В момент появления импульса практически все напряжение прикладывается к участку затвор-исток ПТ и запи­рает канал. По мере медленного заряда конденсатора С₃ через высокоомное сопротивление резистора R_З напряжение на входе ПТ постепенно уменьшается. До тех пор пока напряжение на резисторе R_З превосходит напряжение запирания ПТ, последний обеспечивает минимальное значение проводимости канала. Если действие входного импульса прекращается, то конденсатор С_З очень быстро разряжается через отпертый p-n-переход ПТ и устройство возвращается в исходное состояние, при котором проводимость канала максимальна.

В отличие от способа, рассмотренного выше, здесь благодаря использованию ПТ в комбинированном режиме реализуется большая постоянная времени цепи заряда и малая постоянная времени цепи разряда. При необходимости отношение указанных постоянных времени может превышать 10⁴ раз. Если время действия входного импульса существенно превосходит время заряда емкости С_З(t_И >> С_ЗR_З), то напряжение на резисторе R_З уменьшится практически до нуля и ПТ обеспечивает максимальную проводимость канала. Это свойство целесообразно использовать в устройствах выдержки времени (как, например, показано в п.3.8),

Таким образом, предлагаемые способы реализуют основные достоинства ПТ: выпрямительные свойства p-n-перехода; высокое входное сопротивление, когда p-n-переход заперт; низкое входное сопротивление, когда p-n-переход открыт; возможность работы в качестве элемента с регулируемой выходной проводимостью. В прак­тических случаях, вместо ПТ с p-каналом, использованном в схеме рисунка 5,12, б можно применять и n-канальные ПТ. В этих случаях

p-n-переход будет отпираться положительными импульсами управляю­щего напряжения. Описанные способы могут быть осуществлены также и на МДП транзисторах, при использовании выпрямительных свойств p-n-переходов подложка-канал.

а)	б)

Рис. 5.12. К объяснению принципа работы устройств выдержки времени

на ПТ, работающих в комбинированном режиме

Теория работы ПТ в комбинированном режиме изложена в п.5.4, методика расчета элементов устройств с ПТ в комбинирован­ном режиме приведена в п.5.5.