книги из ГПНТБ / Дьяконов В.П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах

врывается и ■напряжете на коллекторе Т\ падает примерно до нуля.

В результате Гі выключается и «а нагрузке формируется задний «рез прямоугольного выходного импульса. Таким способом можно

Рис. 5.30. Схема формирователя прямоугольных импульсов с последователь­ ным запуском лавинных транзисторов.

получить импульсы с временем нарастания н спада менее 1 нс (при

использовании лавшшых транзисторов NS11M и NS1M 0), длитель­ ностью от 2—3 до 100—200 нс и амплитудой до 40—60 В на нагрузке 50—ііОО Ом. Разновидности этой схемы описаны в [16, .62, 5=1, 80, 8 6 ].

5.5. Генераторы пилообразных импульсов и схемы, вре­ менной задержки

В качестве простейшего генератора пилообразного •напряжения можно нспользовать автоколебательный релаксационный генератор, схема которого приведена на рис. 4.3,6 [9-1]. При использовании в схеме лаівшгных транзисторов ГТ338В можно получить амплитуду пи­

1 7 0

нейность пилообразного напряжения порядка 1—2 %, приведена на рис. 5.31. Стабилизатор тока выполнен на транзисторе Т і, включен­ ном по схеме с общей базой. Изменяя сопротивление резистора R3, можно в 10— 2 0 раз менять величину зарядного тока и частоту пов­

торения пилообразных импульсов.

В ждущих генераторах пилообразного напряжения часто тре­ буется, чтобы после запуска сразу начинался прямой ход (заряд хромирующего конденсатора). Это 'исключает возможность исполь­ зования обычного ждущего генератора с нормально закрытым лавин­ ным транзистором.

Рассмотрим простейшую схему ждущего генератора и времен­ ные диаграммы его работы (рис. 5.32 [46]). В этой схеме лаівішный

сатор С. При подаче положительного запускающего импульса лавин­ ный транзистор закрывается и конденсатор С начинает заряжаться.

Спустя время

•напряжение на лавинном транзисторе достигает значения Ug, он

включается и конденсатор С разряжается. На эмиттере лавинного

транзистора формируется короткий экспоненциальный импульс с ма­

примерно (L/'ß— Uо) и доходит до 25 В при использован,ші транзис­

торов іП416Б. Кратность регулировки не превышает пяти раз, так ■как при большом значении R .і уменьшается ток, протекающий через

включенный лавинный транзистор, .и нарушается устойчивость вклю­ ченного состояния.

На рис. 5.33 показана схема, лишенная указанных недостатков.

Вней для управления лавинным транзистором используется триггер

171

равна U g и доходит до 50 В. Кратность регулировки длительности

время от момента подачи запускающего импульса до начала форми­ рования пилообразного импульса, не превышает 50—70 нс. Нелиней­

Генераторы с токостабплнзпрующим транзистором имеют 'низ­ кую нагрузочную способность. Лучшей нагрузочной способностью отличаются генераторы с емкостной отрицательной обратной связью (см. § 4.5). В них (рис. 6.34) конденсатор С включен .в цепь обрат-

Запуск

Рнс. 5.34. Схема ждущего генератора пилообразных импульсов с емкостной отрицательной обратной связью.

ной овязи однокаскадного УПТ, выполненного на транзисторе Т2. Длительность импульсов приближенно раина

172

и спадающим напряжением. Схема такого генератора (рис. 5.35)

этом желательно, чтобы с ростом управляющего напряжения линей­ но росло время задержки. Описанные схемы не обеспечивают такого характера регулировочной характеристики. Например, в схеме рис. 5.34 при увеличении Uy время Г3 не растет, а уменьшается.

Для получения линейной зависимости Та(Оу) используется прин­

цип сравнения пилообразного напряжения с управляющим напряже­ нием Uу. Схема ‘временной задержки, реализующая этот принцип,

приведена на рис. '5.36 [54]. В ее основу положена схема рис. 5.32,а.

Рис. 5.36. Схема временной задержки, управляемой напряжением.

дополненная элементами ,импульсной обратной связи. [Пр.н запуске

173

«не шілообразіного напряжения становится равным Uy, диод ДС

открывается, лавинный транзистор включается ,и конденсатор С раз­ ряжается. Разрядный импульс появляется на выходе спустя время

Отклонение зависимости T3(U у) от линейного характера обуслов­

лено экспоненциальным характером хронирующего manряжения. Не­ линейность управляющей характеристики определяется коэффициен­ том нелинейности

Выход

Запуск

Рис. 5.37. Схема временной задержки, управляемой напряжением с высокой линейностью регулировочной характеристики.

броса параметров лавинных транзисторов. При правильном выборе Uу работа схем рис. 5.36 л 5.37 практически не зависит от парамет­

рис. 5.23. Ее достоинством является наличие отдельного выхода прямоугольных импульсов с большой амплитудой.

174

5.6. Генераторы ступенчатого напряжения

Две простейшие схемы генераторов ступенчатого напряжения приведены на рис. 5.38. В схеме рис. 5.38,а величину ступеньки мож­ но грубо менять, изменяя отношение Сп к Сд. В схеме рис. 5.38,6 амплитуда ступенек плавна изменяется до пяти раз с помощью пе-

Рнс. 5.38. Схемы простейших генераторов ступенчатого напряжения.

ременного резистора Яы. При этом меняется эффективность дейст­ вия тока «утечки», протекающего через резистор Я у, ;и соответст­

венно меняются напряжение U^u разность (Uß — Иск), в пределах

которой разряжается дозирующий конденсатор.

В зависимости от выбора Сд и Сн можно получить любое число и любую амплитуду ступенек. Длительность ступенек может изме­ няться также в широких .пределах (от долей микросекунды до де­ сятков миллисекунд и выше). Равномерность амплитуд ступенек

.можно получить порядка долей процента при отсутствии нагрузки. При подключении к С„ нагрузки Я П~ \ МОм равномерность ампли­

туд ступенек ухудшается в -.несколько раз. Поэтому при использо­ вании подобных схем нужно принимать меры к устранению шунти­ рующего влияния нагрузки, применяя, например, развязывающие усилители с большим входным сопротивлением (повторители на би­ полярных и полевых транзисторах и др.).

Температурный дрейф амплитуды ступенек в схеме рис. 5.38,а составляет примерно 0,05—0,1% «а 1"С. Поэтому ® широком диапа­

зоне температур амплитуда ступенек меняется на 5—іЮ%. Темпе­ ратурный дрейф можно уменьшить -почти ма порядок, применяя до­ зирующий конденсатор с обратным знаком температурного -коэффи­ циента изменения емкости [Т К Е ж — (0,05—0,1)% на 1°С]. Однако настройка подобных схем достаточно сложна. Относительно боль­ шой температурный дрейф амплитуды ступенек обусловлен дрейфом

напряжения включения Uß, который в свою очередь обусловлен дрей­

фом напряжения UM .

Особенно малым температурным коэффициентом напряженияпробоя обладают инверсно включенные планарно-эпитакоиальные

175-

исключительной простотой и высокой температурной стабильностью. При указанных данных амплитуда ступенек составляет » 0 ,4 В, дли­ тельность 4 мкс, а 'Число ступенек «=ІІ0.

Описанные схемы работают в автоколебательном режиме и не­ удобны для использования в генераторах опорного напряжения аиа- лого-цифровых преобразователей. На рис.

R10K 5.40 показана схема управляемого генера­

тора линейио-ступенчатого напряжения, ко­ +20Второе генерируется только при подаче по­ ложительного запускающего импульса, за ­ пирающего ключевой транзистор Ті. Благо­

даря применению лавинного транзистора

ЛГТ338 генератор имеет высокое быстродей­ ствие — длительность ступеньки около

начала генерации ступенчатого напряжения, начиная с любого на­ чального уровня [50]. Управляемый генератор, обеспечивающий та­ кую возможность (рис. 5.41), при закрытом транзисторе Т3 генери-

Рнс. 5.40. Схема управляемого генератора ступенчатого напряжения.

рует пилообразное напряжение. Если на некоторое время открыть транзистор Тз, то схема перейдет в режим генерирования ступенча­

того напряжения. При этом момент появления и окончания ступенек жестко привязан к фронтам управляющего прямоугольного импульса.

Недостатком рассмотренных схем является критичность к смене лавинных транзисторов, обусловленная большим разбросом разности

[Ир —иск). От этого недостатка свободны схемы с автоматической

стабилизацией разности (Uß— иСк) і(рис. 5.42). Как и в ранее рас­

смотренных схемах с автоматической стабилизацией, здесь стабили­ зируется перепад напряжения иа дозирующем конденсаторе Сд. При этом он практически равен напряжению пробоя кремниевого ста­ билитрона Дг.

176

Температурная зависимость суммарного -напряжений іна Днодё Д 1 и ѳмиттерном .переходе лавинного транзистора по знаку обратна температурной зависимости напряжения пробоя стабилитрона Дг.

Поэтому в подобных генераторах удастся'реализовать TIKjH .ам-ллм-

туды ступенек порядка 0,003—0,01% на ГС. іВозможностш приме­ нения этого принципа стабилизации в управляемых генераторах огра­ ничены большим .временем установления стационарного режима ста­ билизации.

5.7. Преобразователи напряжения в частоту

Широкое распространение частотно-имлульсных измерительных приборов в известной степени сдерживается трудностью создания простых преобразователей напряжения в частоту. Эта задача при умеренной точности і(порядка .десятых долей процента) легко ре­ шается применением разрядных схем на лавинных транзисторах,. Высокая стабильность достигается при использовании или схем ав­ томатической стабилизации разности пороговых напряжений, или низковольтных лавинных транзисторов.

Рис. 5.43. Схема преобразователя напряжения в частоту с токостабилизирую­ щим транзистором.

ІіульсіІЬ па ныкоде преобразователя равна

где /с — ток заряда конденсатора ,Си Uor — напряжение стабилиза­ ции стабилитрона Д і, определяющего разность пороговых напряже­

ний ( U ß —Ucи) лавинного транзистора, 7Р — время разряда конден­

сатора Сі через лавинный транзистор.

'Благодаря применению лавинного транзистора время /р можно

перегиба ВАХ лавинного транзистора. Типичные пределы изменения Іс составляют от 0,1—0,2 до 2—3 мА, а перекрытие по частоте не

5000 раз. Такие преобразователи можно построить с помощью струк­ турной схемы, показанной на рис. 4.12,а. Полагая, что выполняется

частоты повторения импульсов от управляющего тока Іу для преоб­

178

иа частоту /о. С ростом NKi начальная частота /о, соответствующая

Рис. 5.45. Схема преобразователя напряжения в частоту с емкостной обрат­ ной связью.

выполнен на высоковольтном кремниевом сплавном транзисторе Ті типа МП114. Разряд конденсатора Сі осуществляется релаксацион­

ным генератором со стабилизацией разности пороговых -напряже­

прерывной работы. Амплитуда выходных импульсов равна примерно б В на -нагрузке Г?з=-7.5 Ом при времени -нарастания не более 50 нс. Импульсы можно использовать непосредственно для запуска счет­

чика. При включении резистора і/?к, задающего компенсирующий входной ток IyK= E K/R^ , можно сдвигать зависимость / от Uy па­

раллельно самой себе. На рис. 5.46 приведена зависимость / от Ur при Я = 1 МОм, иллюстрирующая возможность компенсации на­ чальной частоты (/пропорциональна Uy).

Значительного улучшения параметров преобразователей с ем­ костной обратной овязью можно достигнуть, используя в качестве разрядных устройств низковольтные лавинно-рекомбинационные диоды (Л РД ). іВ качестве Л Р Д можно использовать инверсно вклю­ ченные -интегральные кремниевые планарные транзисторы, напри­ мер типа 2Т317. При этом значительно снижаются рабочие напря­ жения схем, улучшается температурная стабильность и появляется