Устройство с отрицательным сопротивлением
Использование: радиотехника. Сущность изобретения: устройство с отрицательным сопротивлением содержит первый, второй, третий,четвертый пятый, шестой. седьмой и восьмой транзисторы 1, 2, 3,4, 5, 6, 7 и 8, резистор 9, первый, второй, третий и четвертый источники тока. Цель изобретения - повышение температурной стабильности отрицательного сопротивления и обеспечение возможности электронного управления формой вольт-амперной характеристики достигается выделением седьмого и восьмого транзисторов 7 и 8, третьего и четвертого источников тока 12 и 13 и резистора 9, а также выполнением транзисторов 4 и 5 двухэмиттерными. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з Н 03 Н 11/52
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) "4k "ЖИНАл
4а аГМТ4 .1 НРЧЯЦ
4 АМ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 4885263/09 (22) 26.11.90 (46) 15.06.93. Бюл, N 22 (76) В. Г. Прокопенко (56) Авторское свидетельство СССР
N. 1704267. кл. Н 03 К 3/08, 1990. (54) УСТРОЙСТВО С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ
СОПРОТИВЛЕНИЕМ (57) Использование: радиотехника. Сущность изобретения: устройство с отрицательным сопротивлением содержит первый, второй, третий, четвертый пятый, шестой,, 30 „,1822509 А3 седьмой и восьмой транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8, резистор 9, первый, второй, третий и четвертый источники тока. Цель изобретения — повышение температурной стабильности отрицательного сопротивления и обеспечение возможности электронного управления формой вольт-амперной характеристики достигается выделением седьмого и восьмого транзисторов 7 и 8, третьего и четвертого источников тока 12 и 13 и резистора 9, а также выполнением транзисторов
4 и 5 двухэмиттерными. 3 ил.
1822509
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве активного элемента в автогенераторах, активных фильтрах, усилителях, нелинейных корректирующих устройствах, устройствах импульсной техники.
Цель изобретения — повышение температурной стабильности отрицательного сопротивления и обеспечение возможности электронного управления формой вольт-амперной характеристики.
На фиг. 1 изображена электрическая принципиальная схема устройства с отрицательным сопротивлением; на фиг. 2 — распределение токов в предложенном устройстве при его работе; на фиг. 3 — динамическая вольт-амперная характеристика данного устройства при различных соотношениях токов первого, второго, третьего и четвертого источников тока.
Устройство с отрицательным сопротивлением содержит (см. фиг, 1) первый 1, второй 2, гретий 3, четвертый 4, пятый 5, шестой 6, седьмой 7 и восьмой 8 транзисторы, резистор 9, первый 10, второй 11, третий
12 и четвертый 13 источники тока, При рассмотрении работы предложенного устройства будем полагать токи базы всех транзисторов пренебрежимо малыми по сравнению с их коллекторными токами, транзисторы одинакового типа проводимости идентичными (за исключением двухэмиттерных транзисторов 4 и 5, эмиттеры которых имеют различные площади) и работающими на частотах много меньших f - граничной частоты коэффициента передачи транзисторов по току в схеме с общей базой а.
Первоначально подается напряжение питания на второй вывод устройства, а также токи источников тока, такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим, При этом коллекторные токи транзисторов 1, 6, 7 и 8 устанавливаются равными току l01 источника тока 13, коллекторные токи транзисторов 2.и 3 — равными половине тока I02 источника тока 10. Значения эмиттерных токов транзисторов 4 и 5 определяются токами !03 и l04 источников тока 11 и 12, соответственно, и соотношением площадей их эмиттеров:
Бэ41 . 5э42 э41 = !03 S S ° !э42 !04 S
Вэ41 + - э51 5э42 + Вэ52 дв !э41 И !э42, Sa41 И Sa42 — ЭМИттЕрНЫЕ ТОКИ И площади соответственно первого и второго
ЭМИттЕрОВ траНЗИСтОра 4, !,51 И !э52. Зэ51 И
5э52 — ЭМИттЕРНЫЕ ТОКИ И ПЛОЩаДИ СООтВЕтственно первого и второго эмиттеров транзистора 5.
В симметричном варианте заявленного
УстРойства, т.е, когда 104-!03, Sa41-5э52=Sa1.
Sa42 Sg51=Sa2, выРажениЯ (1) пРинимают следующий вид;
10
Бэ1 э41 = !э52 = l03 8 э1 э2
15! э42 = !э51 — I03 5 + 5
Яэ2
5э1+ Sэ2 (2) Таким образом hUa6 равно
° М
ЙОэб 11(!Я+!5-!3) 1.1бэ! !1(!3 I4 !5). (4) где R — сопротивление резистора 9, l3 — вы-. ходной перемЕнный ток каскада на транзисторах 2 и 3, I4 и Is — переменные токи, протекающие в цепях соответственно первых и вторых эмиттеров транзисторов 4 и 5, Обэ1 — ПЕРЕМЕННаЯ СОСтаВЛЯЮЩаЯ (ПРИРаЩЕние) база-эмиттерного напряжения транэистоРа 1 (06э! = — !1, гДе — — кРУтизна !
01
l01 9 1 транзистора 1).
Величина резистора 9 выбирается такой, чтобы сделанное в (4) пренебрежение вторым слагаемым не вносило существенной погрешности. Т. е. сопротивление резистора 9 должно быть много большим величины обратной крутизны транзисторов схемы (эмиттерного сопротивления транэиПусть теперь на первый вывод устройства "а" постУпает ток !эб.. ПРи этом межДУ
20 этим выводом и общей шиной появляется пРиРаЩение напРЯжений Л Ua6 (см, фиг. 2).
Ток !эб делится на токи !1 и I2, втекающие в эмиттеры транзисторов 1 и 8, т.е.:
la6=l1+l2 (3)
В результате изменяются база-эмиттерные напряжения транзисторов 1 и 8, что приводит к появлению разности потенциалов между базами дифференциальных каскадов на транзисторах 2, 3 и 4, 5 и появлению переменных токов !3, !4 и !5 на выходе этих каскадов. Токи l3, !4. !5 протекают через резистор 9 на общую шину. Протекание переменных токов через транзисторы
6 и 7 невозможно, так как последовательно с этими транзисторами включено бесконечное сопротивление источника тока 13. Поэтому база-эмиттерные напряжения транзисторов 7 и 8 остаются неизменными, 1822509
2 13
1 ——!
О2
1lof
2 13
Io2
1 — — (1 + — )
l4 >э1 !
03 5э2
1 !1 (6) 0бэ1 06э6=0бэз 0632:
lo1
20 — — (1+ )
15 S32
lo3 S3f
1 =—
Иэ (6):
Из (7):
Из (8) (м 2 4> сторов). Это условие легко выполнимо. Например, пусть R=2,5 кОм, lof=1 мА, при этом - = 25 Ом и R превышает эмиттерное со101 противление транзистора на 2 порядка.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа для замкнутого контура, образованного база-эмиттерными переходами транзисторов 6, 1, 8 и 7 можно записать:
0бэб+0бэ7=0бэ1+0бэб, (5) Аналогичные выражения могут быть получены и для замкнутых контуров, образованных база-эмиттерными переходами транзисторов 1, 6 и база-эмиттерными переходами транзисторов 2, 3 и 4, 5;
0бэ1 0бэ6=0бэ51 0бэ41, (7)
0631 0636=06352 — 06э42. (8) Выразим в выражениях (5) — (8) баэазмиттерные напряжения через эмиттерные токи транзисторов. Из (5) получим:
fn, In — + In — р In +40 In 1 (p)
101 hn I0> — 14 10< + 13
IS6 1S3 151 Sd
1m Im
101 11 101 2 13 3Т 4 13
Р10 1 p InI=foln 1 Р10 7 ° (fp) 1 -4 1О 10 w з51 ° 1э4! + 14
is) + Iso ф1 1 fn10 (f f) Q In — f0 In fn 1„ + 15
Io> — 1 Ioi I SZ -15 1 +
151 156 1552 1543
В выражениях (9H») !Iaaf — температурный потенциал, Is> Is2. 153, Isá ls7 ls8— обратные токи база-эмиттерных переходов транзисторов 1, 2, 3, 6, 7, 8; 1$41, Is42, Is51
Is52 — обратные токи база-эмиттерных переходов соответственно первого и второго эмиттеров транзисторов 4 и 5.
Вследствие идентичности транзисторов 1, 6. 3 и 2, а также 4 и 8, обратные токи эмиттерных переходов этих транзисторов имеют одинаковые значения, т.е.:
Is1 Is6 1s3-152 и Is7-Is8 Соотношение обратных токов эмиттерных переходов транзистооов 4 и 5 определяется соотношением площадей их эмиттеров:
1541 8э41 Ssf, 1542 $342 Зэ2
I S51 ->э51 ->32 S52 э52 э1
С учетом приведенных соотношений между обратными токами эмиттерных пере5 ходов транзисторов, а также соотношений (2), выражения (9) — (12) преобразуются к следующему виду:!
1 . l2
1 Π1= (1- — )(1+ — ): !
01 !01
Система уравнений, включающая соотношения (14) и (3), позволяет выразить токи
О 13, 14+15 через входной ток !.б!
3= " (1 + (— " )2 -1) аб 2 lof
1 (Sit Sa! / (таn 3
4 +
Ss2 )! 101
Подставляя найденные величины 13 и !
4+IS в выражение (4), получим уравнение
4О описывающее вольт-амперную характеристику предложенного устройства;
45 Для определения малосигнального значения отрицательного сопротивления Еэо найдЕм вЕличину Ь 0аб при !эб - О:
Ф
103
Отсюда малосигнальное значение эквивалентного динамического сопротивления между точками "а" и "б" равно:
ЛU40 (102 103
ЕзО = — 14О О = — R (—
146 (ь 1о1 . (19)
10 5 — + 5
1822509
20
30
40
Анализ выражения (16) показывает, что, в зависимости от соотношения токов источников тока 10, 11, 12 и 13, вольт-амперная характеристика может иметь различную форму, На фиг. Э показано изменение вольтамперной характеристики соответствующее изменению отношения токов Im источника тока 10 и 1оз источников тока 11 и
12 при фиксированном значении тока Io> источника тока 13. При этом кривой 1 соответствует наибольшее значение отношения
1ог/1оз, кривой 2 — промежуточное, кривой 3 — наименьшее. Т. е. перестраивая ток Im или
1оз при неизменном токе 1щ. можно изменять форму вольт-амперной характеристики предлагаемого устройства, При неизменных токах 1рг и 1оз источников тока 10, 11 и 12 и изменении тока 1о> источника тока 13 форма вольт-амперной характеристики в целом сохраняется, но меняется крутизна участков характеристики: на фиг. 3 кривая 4 соответствует кривой 2 при увЕличЕнии тОка 1О1.
Иэ выражений (16) и (18) видно, что отрицательное сопротивление и вольт-амперная характеристика предлагаемого устройства не зависят от параметров транзисторов, а определяются только величинами и соотношением токов источников тока и сопротивлением резистора, что обусловливает их повышенную температурную стабильностьь.
Таким образом, предлагаемое устройство с отрицательным сопротивлением выгодно отличается от прототипа тем, что при прочих равных условиях (потребляемая мощность, диапазон рабочих частот, элементная база) имеет повышенную температурную стабильность вольт-амперной характеристики и позволяет осуществлять электронное управление не только величиной отрицательного сопротивления и положением точек перегиба характеристики, но и ее формой.
Формула изобретения
Устройство с Отрицательным сопротивлением, содержащее первый транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу устройства и базе второго транзистора, а база — к коллектору второго транзистора, при этом эмиттеры второго и третьего транзисторов подключены к первому источнику тока, к второму источнику тока подключены эмиттеры четвертого и пятого транзисторов. коллекторы третьего и четвертого транзисторов подключены к общей шине, коллектор пятого транзистора подключен к базе шестого транзистора, о т л ич а ю щ е е с я тем. что, с целью повышения температурной стабильности отрицательного сопротивления и обеспечения возможности электронного управления формой вольт-амперной характеристики, к базам третьего и пятого транзисторов подключены эмиттеры шестого и седьмого транзисторов, коллектор седьмого подключен к третьему источнику тока, к своей базе и базе восьмого транзистора, эмиттер которого подключен к базам второго и четвертого транзисторов, база первого транзистора подключена к базе и коллектору шестого транзистора и к второму выводу резистора, первый вывод которого подключен к общей шине, а коллектор первого транзистора подключен к общей шине, при этом четвертый и пятый транзисторы выполнены двухэмиттерными и вторые их эмиттеры подключены к четвертому источнику тока, другой вывод которого подключен к вторым выводам источников тока, к коллектору восьмого транзистора и является вторым выводом устройства.
1822509
ФФ2.,У
Составитель В.Прокопенко
Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко
Редактор
Производственно-издательский комбинат «Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2123 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5
