Matlab  |  Mathematica  |  Mathcad  |  Maple  |  Statistica  |  Tabula  |  Другие пакеты Поиск по сайту
Internet-класс  |  Примеры  |  Методики  |  Банк задач  |  Форум  |  Download  |  Ссылки  |  Конкурсы


10 ноутбуков
В.П.Дьяконова
 
Расчет параметров импульсов емкостного релаксатора на лавинном транзисторе

Основная схема релаксатора

Релаксаторы на лавинном транзисторе дают самый простой путь создания мощных коротких импульсов с субнаносекундными временами нарастрания. Рассмотрим типовую схему емкостного ждущего релаксатора на лавинном транзисторе, приведенную ниже. Нормально на коллекторе устанавливается напряжение, весьма близкое к напряжению лавинного пробоя коллекторного перехода Um. Для этого базовая цепь запирается подключением через резистор Rb к источнику напряжения +Eb. Резистор Rc ограничивает ток коллектора в исходном режиме на допустимой величине Ic0=(Ec-Um)/Rc (обычно доли мА). Диод Db фиксирует потенциал базы для предотвращения пробоя нормально закрытого эмиттерного перехода транзистора. Данное состояние стабильно, если Ic0<|Eb|/Rb.

[Graphics:Images/index_gr_1.gif]

Расчет динамики лавинного пробоя транзистора

При запуске нормально закрытого лавинного транзистора напряжение на его коллекторе быстро падает от значения Um до Ub, причем практически независимо от параметров подключенной к лавинному транзистору цепи С=Cd и Rl. Этот процесс можно вычислить из условия, что в динамике процесса должно соблюдаться условие M*a(t)=1. Здесь M- коэффициент лавинного умножения носителей для мгновненного значения напряжения на коллекторе, а a(t)=a0(1-exp(t/ta)) - переходная характеристика транзистора при управлении по эмиттеру. Только в этом случае ток коллектора будет в динамике равен току эмиттера (малым током базы пренебрегаем).

Постоянная времени ta приближенно равна постоянной времени в схеме с общей базой и для современных маломощных транзисторов составлят сотые или десятые доли наносекунды.

На быструю лавинную составляющую переходного процесса накладывется медленная составляющая спада напряжения на коллекторе с постоянной времени tb=ta/(1-a0). Ее характер зависит от накопленного в базе избыточного заряда неосновных носителей при лавинном разряде C и действия отпирающего запускающего импульса. Дабы чрезмерно не усложнять анализ этого второстепенного процесса (он объясняет возможность разряда C до нуля) будем считать, что напряжение на коллекторе падает ниже Ub по экспоненциальному закону с постоянной времени tb>>ta.

С учетом указанных соотношений находится временная зависимость напряжения на коллекторе. Ниже она представлена для p-n-p транзистора с Um<0:

[Graphics:Images/index_gr_2.gif]
[Graphics:Images/index_gr_3.gif]
[Graphics:Images/index_gr_4.gif]
[Graphics:Images/index_gr_5.gif]

[Graphics:Images/index_gr_6.gif]

[Graphics:Images/index_gr_7.gif]

Расчет временной зависимости выходных импульсов

Выходное напряжение на резисторе Rl можно найти как реаrцию дифференцирующей цепи CdRl на перепад напряжения u(t). Ниже это сделано для трех значений Cd=10, 20 и 50 пФ. Реакция находится из численного решения дифференциального уравнения с помощью функции NDSolve.

[Graphics:Images/index_gr_8.gif]
[Graphics:Images/index_gr_9.gif]
[Graphics:Images/index_gr_10.gif]
[Graphics:Images/index_gr_11.gif]
[Graphics:Images/index_gr_12.gif]
[Graphics:Images/index_gr_13.gif]
[Graphics:Images/index_gr_14.gif]
[Graphics:Images/index_gr_15.gif]
[Graphics:Images/index_gr_16.gif]

Теперь можно построить временные зависимости выходного напряжения для указанных выше трех значений Cd.

[Graphics:Images/index_gr_17.gif]
[Graphics:Images/index_gr_18.gif]

[Graphics:Images/index_gr_19.gif]

[Graphics:Images/index_gr_20.gif]

Время восстановления

За исключения случаев очент малых Cd разряд Cd происходит практически до нуля. После этого начинается стадия заряда C через Rc, которая задает время воссстановления ждущего релаксатора.Заряд Cd происходит с постоянной времени Cd*Rc от напряжения 0 до напряжения Um. Ниже дан типовой расчет времени восстановления.

[Graphics:Images/index_gr_21.gif]
[Graphics:Images/index_gr_22.gif]
[Graphics:Images/index_gr_23.gif]
[Graphics:Images/index_gr_24.gif]

В данном случае время восстановления оказалось около 2 микросекунд, что говорит о возможности запуска релаксационного генератора с частотой повторения импульсов до 500 кГц.

Режимы работы релаксатора

Как уже отмечалось при выборе |Eb|/Rbі(Ec-Um)/Rc обеспечивается ждущий режим работы релаксатора, так как несмотря на пробой коллекторного перехода эмиттерный переход остается закрытым. Однако уменьшением тока |Eb|/Rb можно обеспечить автоколебательный режим работы этой схемы. При этом частота повторения равна 1/tc. Плавно изменяя Rc можно обеспечить плавное изменение частоты повторения импульсов в 15-20 раз и выше.

Выводы

1. Представленные вышеке результаты свидетельствуют о возможности получения на довольно низкоомной нагрузке (Rl=75 Ом) импульсов с амплитудой порядка 15-25 В с временем нарастания менее 1 нс даже при применении относительно низковольтных лавинных транзисторов (Um=50 В в приведенном примере).

2. Кремниевые высоковольтные лавинные транзисторы могут формироватьт импульсы с амплитудой по напряжению в сотни В и по току в десятки А. Последовательное, параллельное и каскадное соединение позволяют увеличить значения этих параметров в несколько раз.

2. В лавинном режиме наблюдается интересное явление - расширение области объемного заряда коллекторного перехода, что может привести к смыканию коллекторного перехода с эмиттерным и уменьшению ta во много раз. Лавинные транзисторы со сквоным пробоем (или с ограниченной областью объемного заряда) являются до сих пор самыми быстродействующими активными приборами, способными формировать импульсы большой амплитуды с временем нарастания порядка 0.01-0.1 наносекунды.

В начало страницы

Карта сайта | На первую страницу | Поиск | О проекте | Сотрудничество | e-mail
Корпоративная почта | ActiveCloud | Антивирус Касперского | Matlab | Подписка на MSDN для вузов | ИТ-ПРОРЫВ

Исправляем ошибки: Нашли опечатку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter

Наши баннеры


Copyright © 1993-2014. Компания Softline. Все права защищены.

Дата последнего обновления информации на сайте: 15.07.14
Сайт начал работу 01.09.00

Softline – программное обеспечение, IT-консалтинг, лицензирование, обучение

подарки – подарочные сертификаты

 

            Rambler's Top100