35. Реализация выпуклых монотонных вах.

Выпуклые монотонные характеристики строятся на основе полупроводниковых, обычно диодных стабилизаторов тока, условное обозначение и вольтамперная характеристика которых приведена на рис.3.1

Для реализации выпуклой монотонной в.а.х. составим схему (рис.3.3) с использованием полупроводниковых стабилизаторов тока, диода VD с почти идеальной в.а.х. и линейных резисторов. В этой схеме токи пробоя стабилизаторов и продольные сопротивления определяются соотношениями: I3>I2>I1 и R1>R2>R3

На рис.3.4 представлены в.а.х. всех элементов схемы

В исходном состоянии все стабилизаторы пропускают ток. С учетом заданных отношений I3>I2 >I1 напряжение на всех стабилизаторах и входное напряжение всей схемы равно нулю. Как только входной ток превысит ток пробоя I1 стабилизатора 1, в цепи появится напряжение и ток будет выражен следующим соотношением:

. Затем открывается стабилизатор 2 и в цепи начинают протекать токи I1 и I2. Через стабилизатор 3 проходит ток, меньший тока пробоя I3, поэтому напряжение на нём равно нулю и ток в цепи:

Результирующая в.а.х. строится известным графическим способом, исходя из соединения элементов, составляющих схему.

На рисунках 3.5 – 3.7 показаны графики построения результирующей в.а.х. путём преобразования схемы справа налево. На рис. 3.5 получена результирующая в результате графического сложения характеристик двух последних параллельно соединенных ветвей схемы.

На рис. 3.6 изображены результирующая в.а.х., полученная в результате последовательного соединения сопротивления R2 с результирующей параллельных ветвей из источника I3 и сопротивления R3 (рис. 3.2). Эквивалентная характеристика получается путём сложения графиков по току.

На рис. 3.7,а,б,в показано построение выгнутой результирующей вольтамперной характеристики всей линейной цепи, полученной в результате последовательного соединения в.а.х. всех элементов схемы.

36. Характеристики двухполюсников с туннельными диодами.

Двухпо́люсник — электрическая цепь, содержащая две точки для соединения с другими цепями. В широком смысле — система, не обязательно электрическая, имеющая два входа и(или) выхода. Частный случай многополюсника.

Туннельный диод — полупроводниковый диод на основе вырожденного полупроводника, в котором при приложении напряжения в прямом направлении, туннельный эффект проявляется в появлении участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике.

Параметры

1. Пиковый ток I_пика – ток в точке максимума ВАХ, при котором производная   . Этот ток может составлять от десятых долей миллиампера до сотен миллиампер.

2. Ток впадины I_{впадины} – ток в точке минимума ВАХ при котором   .

3. Отношение токов туннельного диода I_пика/ I_{впадины}. Для туннельных диодов из арсенида галлия I_пика/ I_{впадины} ≥10. для германиевых диодов I_пика/ I_{впадины} =3÷6.

4. Напряжение пика U_пика – прямое напряжение соответствующее пиковому току. Для туннельных диодов из арсенида галлия U_пика =100÷150мВ, для германиевых диодов U_пика =40÷60мВ.

5. Напряжение впадины U_{впадины} – прямое напряжение соответствующее току впадины. Для туннельных диодов из арсенида галлия U_{впадины} =400÷500мВ. для германиевых диодов U_{впадины} =250÷350мВ.

6. Напряжение раствора U_рр – прямое напряжение большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому току.

7. Удельная емкость туннельного диода С_д/I_пика – отношение емкости туннельного диода, измеренной при I_пика к пиковому току

Переключательные туннельные диоды

При работе туннельного диода в переключающем режиме основное значение приобретает раствор вольтамперной ха­рактеристики, характерные точки которой Служат стати­ческими параметрами прибора (см. табл. 13.1 и 13.2), так как эквивалентная схема не отражает — нелинейных свойств диода и для анализа его работы при большом сигнале имеет лишь вспомогательное значение (например, может служить для оценки времени переключения).

Различают два крайних случая работы переключающих схем с использованием двухполюсника, обладающего ха­рактеристикой с падающим участком n-типа, каким является туннельный диод: переключение токов и переключение на­пряжений (рис. 13.6) которого примерно равна AI — /р — Iv), Схема при этом имеет высокую чувствительность к входному напряжению (2£Увх<С но амплитуда крутого перепада выходного напряжения Аи мала по сравнению с раствором харак­теристики AU — Uf —Up. В режиме переключения напря­жений, наоборот, при малой амплитуде импульса тока на выходе (Ai С At)и невысокой чувствительности.(2сУБХ « Еб) схема формирует крутые перепады напряжения относи­тельно большой величины (равные примерно AU).

Длительность переключения /фв наиболее быстродей­ствующем режиме переключения напряжений может быть рассчитана или, предположив с небольшой погрешностью, что в течение всей длительности переходного про­цесса.

Особенностью такой области наиболее массового приме­нения переключающих туннельных диодов, как ячейки логи­ческих схем, применяемые в вычислительной технике, явля­ется то, что помимо обычных требований к величинам пара­метров диода, важнейшее значение приобретает разброс параметров. Этот разброс вместе с допусками на остальные элементы схемы решающим образом влияет на максимально возможное количество входных и выходных цепей логи­ческой ячейки.

В ряде случаев для обеспечения высокостабильной работы ячейки необходимо ограничить разброс параметров вольтамперной характеристики диода в пределах до 1 — 2%. Применение малых допусков позволяет увеличить возможное количество входов и выходов по сравнению с минимально необходимым, что дает возможность повы­сить быстродействие схемы введением форсированного режима, т. е. увеличением переключающего тока.

Генераторные

Усилительные

Основными характеристиками туннельного усилителя являются произведение полосы пропускания на коэффи­циент усиления и коэффициент шума. Связь этих характе­ристик с малосигнальными параметрами туннельного диода может быть записана в виде где у— усиление по мощности; А/ — полоса пропускания; Ыш = с~^. —шумовой коэффициент диода; /0—ток смещения; R, С, /д —значение параметров диода в рабочей точке.

Эти формулы получены для усилителя, работающего на отражение, при условии у> 1. Из последних двух формул следует, что усилительные диоды должны иметь высокие пре­дельные частоты, по крайней мере в 2—3 раза превышающие рабочую частоту, и малый шумовой коэффициент Nm. Соот­ношение^//? < I, как правило, имеет место для всех усили­тельных диодов, выпускаемых промышленностью. С точки зрения шумов германиевые туннельные диоды имеют пре­имущества по сравнению с арсенидо-галлиевыми, поскольку у последних Nm в полтора раза больше. Но в тех случаях, когда шумы не имеют первостепенного значения, пред­почтение иногда отдают диодам из арсенида галлия из-за их более широкого динамического диапазона.

Дополнительным требованием к усилительным диодам является — их потенциальная устойчивость, т. е. возможность осуществления стабильного режима работы (для этого до­статочно, чтобы Ls< RmQ-