Устройство с отрицательным сопротивлением Советский патент 1992 года по МПК H03F3/18 H03K3/00 

Аза Ч

О

J.4,

N3

О vj

Иу.;5ротвмис .У}тся к .хнике И МО:-. ;Т OfclTb ИСГЮЛЬЗОг.оНО Е КГЧССТПЭ а ТИВНС- С1 ЗЛО. S S-j iD. CHOpaTOpSX. АКТИВНЫХ фильтрах, .T,/ ;х, нллиь.сйных корре г /.рующ /х ус г-: гч , ус рс::с7рах ..-смой техники. Ц°ль и:.оОрО 1е ; я оптимизация форпы вольт-эмперно характеристики устройства, обэгпочениэ-линейности управлений положение томек перегиба вольт-амперной характеристики и поьыи. енис быстродсйстпяп устройств,. Устройство содержит транзисторы 1, 2, 10, 11 и резисторы 9, 4 и 5. И, соо ратструющим сЗряззм подк.аючеиниа ; шин1:.. 6 и 7 пита- н .«2 Цель достигается -Белением тр(си- Ctopoa 12, 13, управляемых мсточ ;и: оэ 14. 13 тока и и.э. енгя .-чом о схеме. .Эго псзг.оляет о&г: .;п 4 лть симметрич . оз двустороннее огр ничпниэ сигнйла в цепи по- ложителытОй cGijЈTfiOH ссязм, и также уг.-еьыиить Е;;яг:кие .:етруо транзисторе 1 и 2 на .етры полы-амперной хэ- р-эктеристики. 2 ип.

. /

-ft

ИзсПретемия oTi O ;;iv:. i к радиотехнике и может 0niть иипсльзонано в качестве активного элемента вйлтоге ерзирзх, активных фнль ШС, усил(.:1 елчх. к инсйних корректирующих устройству, устройствах импульсной техники. Цель изобрггсниг: - оптимизация формы ВЛХ, за СЧЗУ Г)еспечен1ля ее симметричности по току (относительно /осрдинатной оси напряжений) и г,.лучении ;;у, дннз- МИЧСЕ.КИХ сопрот ..п.токи.й участков ВАХ, находящихся зо нр зделаг. и . ез перегиба, обеспечение ли -:ейч« 1сги упрзолвмия положением точек noperi: SAX, а также повы- шоние быстродействия устройства с отрицательным сопротивлением.

На фиг.1 изображена электрическая принципиальная схема устройства; на фиг.2а,6 - точнис и приближенные ВАХ устройства и ззр симогль динамического от- рицзтельного сопротивления между выходными полюсами устройства от тока между ними соответственно, причем точные характеристики даны сплошной линией, а приближенные штриховой.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы противоположного типа проводимости, базы которых соединены через резистор 3, эмиттер.-, являющиеся выходными полюсам; устройства, через соответ- стьующие резисторы 4 и 5 соединены с шинами G и 7 гтгэния. коллекторы соединены с первыми выводами соответственно резисторов 8 и 9, а также транзисторы 10 и 12 того же типа проводимости, что и первый транзистор 1. соот&5 тсгоенно. дополнительные транзисторы 11 и 13 того же типа проводимости, что и второй транзистор 2 и управляемые источники 14 и 15 .ска. причем эг- иттерь; транзисторов 10 и 12, соединсны через управляемый источник тока с тиной б питая.ы, бало и коплсктор транзистора 10 соед -мени соот{-етстоепнос эмиттером и базой транзистора 1, база и коллектор транзистора 12-соединены соот- ветстсенно с коллектором .сторэ 2 и общей шиной, эмиперы трэчзисторов 11 и 13 соединены через второй управляемый источник 15 тоиа с тиной 7 питания, база и коллектор транзистор-э 11 соединены соот- ветственно с эмиттером и базой транзистора 2, база и коллектор транзистора 13 соединены соответственно с коллектором транзистора 1 и сбщо.й шиной, вторые выводы резисторов 3 и 9 соединены соотаетст- сенно с. шинами 7 и 6 питзпля.

Рассмотри /, работу услроГ -стез с отрн- цатслы;ым сопротпилен . лг- ., примем, что токи базы все:; транзистор: пренебрежимо ма/ti-i по сравнению с их токами

иоплечтора, транзисторы работают на частотах много меньше f ц - граничной частоты коэффициента передачи транзисторов по току ел а схема устройства симметрична, т.е. резисторы 4, 5, 0 и 9 имеют одинаковые сопротивления, токи источников 14 и 15 тока осагдз равны, напряжения на шинах б и 7 питания по абсолютной величине.

Первоначально подаются напряжения EI и Е2 на шины б и 7 питания такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. Ток, протекающий через резисторы 5 и 8, равен току коллектора 2 транзистора 1, ток, протекающий через ре- зистори 5 и 9, равен току коллектора 1з транзистора 2, а ток, протекающий через резист ор 3, равен току коллектора з транзисторов 10 и 11.

Напряжение между выходными полюсами а-6 устройства равно:

Us6 1зНз+ U6si - -U632.

(1)

С учетом принятого выше предположения о симметричности схемы предлагаемое устройство имеет следующие соотношения, определяющие режим устройства по постоянному току

1з Ii2 c Ii3 -7r о :

-(E-U63i-U6,2)-J- loRa + U6ai +U632:

1

lo: (2)

где lo ток источника 14 и 15 тока.

Теперь проанализируем механизм образования отрицательного сопротивления в предложенном устройстве и формирование выходной ВАХ. т.е. рассмотрим работу устройства в динамике.

Зададим некоторый малый ток Л1аб между точками а и б от дополнительного источника тока. Этот ток будет равен сумме приращений Д Ы и Ala тонов, протекающих через рззисторы А и 8. и сумме приращений A Is и Д 1э токов, протекающих через резисторы 5 и 9 (фиг.1). Поязление указанных приращений токоо приседет к появлению разности потенциалов между базами транзисторов 10 и 12, а также 11 и 13

иеэю -исэ12 AURi -t-AlgRD; -U63i3 -Al5R5 +AloR8: (3)

что пызопет появление приращении токов коллектора транзисторен 10, 12 и 11, 13, причем коллекторные токи транзисторов 12 и 13 поэрасгут, на , а коллекторные токи

транзисторов 10 и 11 уменьшатся на . Следовательно, напряжение между выходными полюсами устройства получит приращение A Ua6, отрицательное по знаку

AlU- Л1зЯз,

W

что означает наличие отрицательного сопротивления между точками а и б.

Учитывая, что Д1аб Ди + Ala

- Д15 + Д19,(5)

учетом (4) получим уравнение динамичеой ВАХ данного устройства15

t 2 AU35 .::

А I Рг , InR-j

Л эб «л------Si- - -

R

1 + 2-Т

диа

иг

loR3

20

- 1 2 --- 1 (см. фиг.2а).(6) ю Кз

Мгновенное значение отрицательного противления в любой точке ВАХ равно

25

7 RsKlo

d Alas2,

t -«- f 2

(см. фиг.2б). (7) 30 Выражению (7) соответствует следующее приближение зависимости:

- RjRlo . . А . .,

. - lo Д lab to ;

О . Д аб - lo . Д la& 0 . (8)

Из выражений (7) и (8) видно, что величина отрицательного сопротивления и точки перегиба ВАХ зависят от величины тока источников тока IQ. причем эквивалентное динамическое сопротивление участков ВАХ, находящихся зз пределами точек перегиба, стремится к нулю. Зависимость отрицатель- ного сопротивления и положения точек перегиба ВАХ от токов источников тока 1о линейная, управление параметрами ВАХ симметрично (при перестройке lo ВАХ симметрично изменяется по масштабу). В выра- жени ВАХ не входят параметры транзисторов 1 и 2, т.е. их влияние на ВАХ минимизировано D предлагаемом устройстве.

Таким образом, предлагаемое устрой- ство с отрицательным сопротивлением допускает получение симметричной по току

10

5

0

5

0

5

0 5 О

5

ВАХ, имеющей нулевое динамическое сопротивление за пределами точек перегиба, обеспечивает линейное симметричное управление не только величиной отрицательного сопротивления, но и положением точек перегиба ВАХ, а также обладает повышенным быстродействием за счет обеспечения работы усилительных транзисторов 1 и 2 в линейном режиме.

Формула изобретения Устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее первый и сторож транзисторы противоположного типа проводимости, базы которых соединены между собой через первый резистор, эмиттеры, являющиеся выходными шинами устройств, соединены: первого транзистора - через второй резисторе первой шиной источника питания, второго транзистора - через третий резисторе второй шиной источника питания, коллектор первого транзистора через четвертый резистор соединен с второй шиной источники питания, г коллектор второго транзистора - через пятый резистор с первой шиной источника питания, третий транзистор того же типа проводимости, что к первый, четвертый транзистор того хсе типа проводимости, что и еторой транзистор, о т- личающееся тем, что, с целью оптимизации формы зольт-амперной характеристики, обеспечения линейности улрачлекия положением точек перегиба вольт-амперной характеристики, а такжэ повышения быстродействия, в него р-иедены пятый и шестой транзисторы, проводимости которых соответствуют проводимости первого и второго транзисторов соответственно, пер- вый и второй управляющие источники тока, причем эмиттзры третьего и пятого трлнзи- сторовчерез первый источник тока соединены с первой шиной источника питания, база и коллектор третьего транзистора соединены соответственно с эмиттером и базой первого троязистора, база и коллектор пятого транзистора соединены соответственно с коллектором второго транзистора и общей шиной, эмиттеры четвертого и шестого транзисторов через второй источник тока соединены с второй шиной источника питания, база четвертого транзистора соединена с эмиттером второго транзистора, а коллектор четвертого транзистора - с базой второго, база шестого транзистора соединена с коллектором первого транзистора, коллектор шестого транзистора - с общей шиной.

... л

Ыз -Ј-

U(tf

t

Tote

2af

faf