Двухполюсники с отрицательным сопротивлением

Устройства, вольт-амперная характеристика которых имеет падающий участок, могут быть двух типов. Они отличаются по виду характеристик. Характеристика N-вида имеет максимум тока а ха­рактеристика S-вида — максимум напряжения. Для исследования устройств с вольт-амперной характеристикой N-вида необходимо иметь источник постоянного напряжения с малым внутренним сопро­тивлением. Вольт-амперные характеристики S-вида получаются с по­мощью источника тока.

Схемы с отрицательным дифференциальным сопротивлением на­ходят применение для получения генераторов гармонических и нм-пулььных сигналов. Эти устройства могут применяться и для усиле­ния электрических сигналов в длинных линиях в телеграфных систе­мах передачи информации.

Разработаны и исследованы различные схемы, обладающие отри­цательным сопротивлением. Эти схемы построены в основном на двух транзисторах. Схемы включения ОУ, которые используются в устрой­ствах, показаны в гл. 1.

I. СХЕМЫ С ХАРАКТЕРИСТИКОЙ S-ВИДА

Схема последовательного принципа действия. Устройство (рис. 3.1) имеет S-образную вольт-амперную характеристику. Поло­жительное входное напряжение открывает переход эмиттер — база транзистора VT1, через который протекает ток, определяемый ре­зистором R4. Коллекторный ток транзистора VT1 создает падение напряжения на резисторе R2, которое открывает транзистор VT2. Ток, протекающий через транзистор VT2, поступает из входной цепи через резистор R1. Кроме того, открывание транзистора VT2 вызы­вает уменьшение напряжения в базовой цепи транзистора VT1: па­раллельно резистору R4 подключается резистор R3. В результате формируется наклонный участок вольт-амперной характеристики. После того как транзистор VT2 полностью откроется, входной ток схемы будеТ определяться резистором R1. Наклонный участок вольт-амперной характеристики будет определяться соотношением ДU/ДI =R₁R₃/R₂.

Схема с управляемой вольт-амперной характеристикой. Для полу­чения такой характеристики используется эквивалент однопереход-ного транзистора, построенный на двух транзисторах с различным типом проводимости (рис; 3.2). Ток, протекающий через делитель R3 и R4, создает падение напряжения, которое закрывает эмиттер-ный переход транзистора VT1. При повышении напряжения на эмит­тере начинает протекать ток, который проходит через базу транзи­стора VT2. Транзистор VT2 начинает открываться. Это приводит к снижению напряжения на базе транзистора VT1, что в свою оче­редь вызывает еще большее его открывание. Процесс открывания транзисторов может протекать лавинообразно. В результате вольт-амперная характеристика имеет S-образный вид.

Рис. 3.1

Схема с непосредственной связью. В исходном состоянии оба транзистора (рис. 3.3) закрыты. При увеличении напряжения, когда напряжение „база — эмиттер больше 0,5 В, транзистор VT2 откры­вается. Коллекторный ток транзистора VT2 открывает транзистор VT1. Поскольку в эмиттерно-коллекторной цепи этого транзистора включены низкоомные резисторы, через VT1 будет протекать весь входной ток. Напряжение на входе упадет. После того как транзи­стор VT1 войдет в режим насыщения, входной ток будет опреде­ляться резисторами Rl, R2.

Схема с ПОС.При небольших напряжениях источника питания транзисторы (рис. 3.4) закрыты. Протекающий ток будет опреде­ляться резистором R3, сопротивление которого на порядок выше сопротивлений всех остальных резисторов. Увеличение напряжения» вызывает рост падения напряжения на резисторах R1 и R5, что при­водит к открыванию транзисторов. При насыщении транзисторов ток будет определяться резисторами R1 и R5.

Рис. 3.2

Транзистор в режиме лавинного пробоя. При коллекторном на­пряжении больше предельно допустимого значения транзистор пере­ходит в режим лавинного пробоя. Вольт-амперные характеристики транзистора в этом случае будут иметь вид, представленный на рис. 3.5, а.

В режиме лавинного пробоя могут быть использованы транзи­сторы интегральной микросхемы К101КТ1. Транзисторы применяют в прямом и инверсном включении. При включении сопротивления Кб между базой и эмиттером (рис. 3.5, в) транзисторы имеют управ­ляемую 5-образ«ую характеристику. В инверсном включении пробой эмиттерного перехода наступает при напряжении 7 — 8 В. В этом включении наблюдается высокая стабильность характеристики. Тем­пературный коэффициент 0,02 — 0,04 %/град. Эти свойства обуслов­ливают применение их в различных быстродействующих импульсных схемах с временем нарастания около 10 не.

Управляемая напряжением каскадная схема включения. Состав­ной каскад (рис. 3.6) на транзисторах разной проводимости позво­ляет создать аналог элемента с S-образной вольт-амперной характе­ристикой. Подобными характеристиками обладают лавинные и одно-переходные транзисторы.

Транзистор VT1 в исходном состоянии закрыт напряжением ERafCRi+Rz+Ra). Когда входное напряжение превышает этот уро­вень, начинают проводить оба транзистора. Коллекторный ток тран­зистора VT1 уменьшает напряжение на резисторе R1 и тем самым уменьшает напряжение на базе транзистора VT2. На характеристике формируется падающий участок. С дальнейшим увеличением входно­го напряжения транзистор VT1 входит в насыщение. Эмиттер оказы вается подключенным ко входу. В этом случае весь ток входной цепи протекает через транзистор VT2, который не находится в насыщении. Дифференциальное отрицательное сопротивление на падающем уча­стке характеристики определяется выражением R₁R₃h_2l3/(R₁+R₂ + + R₃), где h_21Э — коэффициент передачи по току транзистора VT1.

Рис. 3.3

Рис. 3.4

Рис. 3.5

Рис. 3.6