Устройство с отрицательным сопротивлением Советский патент 1993 года по МПК H03H11/52 

/ 0-н

-0/

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в генераторах электрических колебаний, активных фильтрах. Цель изобретения - повышение точности имитируемого отрицательного сопротивления и расширение функциональных; возможностей. Устройство с отрицательным сопротивлением содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 транзисторы и генератор тока 7. Работа устройства с отрицательным сопротивлением заключается в том, что на каждом из пяти выходов имитируется отрицательное сопротивление. 2 ил.

Э

/

///

/КоС

-0//

со

CJ О

00

00

СА)

Фиг. 1

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в генераторах электрических колебаний-,активных фильтрах, усилителях, пороговых устройствах.

Цель изобретения - повышение точно- сти имитируемого отрицательного сопротивления и расширение функциональных возможностей устройства с отрицательным сопротивлением.

Поставленная цель достигается тем, что а устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее первый и второй транзисторы с проводимостью соответственно p-n-р- и n-p-n-типа, эмиттеры которых являются первым и вторым выходами с отрица- тельным сопротивлением, и источник тока, дополнительно введены третий и четвертый транзисторы с проводимостью p-n-p-типа и пятый и шестой транзисторы п-р-п-типа, причем первый и второй выводы источника тока соединены соответственно с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов и с эмиттерами пятого и шестого транзисторов, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором третьего и с базой четвертого транзисторов, а его коллектор соединен с коллектором шестого и базой пятого транзистора, база первого транзистора соединена с базой второго транзистора, его эмиттер соединен с коллектором пятого транзистора и с базой шестого транзистора, а его коллектор соединен с коллектором четвертого транзистора и с базой третьего транзистора, причем база первого транзистора является третьим выходом с отрицательным сопротивлением, его коллектор является четвертым выходом с отрицательным сопротивлением, а коллектор второго транзистора является пятым выходом с отрицательным сопротивлением.

Положительный эффект достигается за счет исключения из состава устройства пассивных элементов и обеспечения, путем введения дополнительных транзисторов и изменения связей между элементами схе- мы, наличия в заявляемом устройстве пяти выходов,.между которыми наблюдаются отрицательные сопротивления, которые могут перестраиваться по абсолютной величине путем изменения тока источника тока.

На фит.1 приведена принципиальная электрическая схема устройства с отрицательным сопротивлением; на фиг.2 пример использования устройства с отрицательным сопротивлением (для построе- ния двухчаетотного кварцевого генератора).

Устройство с отрицательным сопротивлением содержит (см,фиг.1) первый 1 и второй 2 транзисторы с проводимостью соответственно p-n-р- и n-p-n-типа, эмиттеры которых являются первым и вторым выходами с отрицательным сопротивлением, третий 3 и четвертый 4 транзисторы с проводимостью p-n-p-типа, пятый 5 и шестой 6 транзисторы n-p-n-типа и источник тока 7, причем первый и второй выводы источника тока 7 соединены соответственно с эмиттерами третьего 3 и четвертого 4 транзисторов и с эмиттерами пятого 5 и шестого 6 транзисторов, эмиттер первого 1 транзи стора соединен с коллектором третьего 3 транзистора и с базой четвертого 4 транзистора, а его коллектор соединен с коллектором шестого 6 транзистора и с базой второго 2 транзистора, его эмиттер соединен с коллектором пятого 5 транзистора и с базой шестого 6 транзистора, а его коллектор соединен с коллектором четвертого 4 транзистора и с базой третьего 3 транзистора, причем база первого 1 транзистора является третьим выходом с отрицательным сопротивлением, его коллектор является четвертым выходом с отрицательным сопротивлением, а коллектор второго транзистора является пятым выходом с отрицательным сопротивлением.

Работу предлагаемого устройства будем рассматривать полагая, что на схему устройства подан ток источника тока 7 и все транзисторы находятся в активном режиме. Также будем считать, что транзисторы одиг накового типа проводимости идентичны, токи базы транзисторов пренебрежимо малы по сравнению с их коллекторными токами, транзисторы работают на частотах много меньших fj/, -граничной частоты коэффициента передачи транзисторов по току в схеме с общей базой а. Кроме того, положим, что равны и/fe - коэффициенты усиления п.о току в схеме с общим эмиттером транзисторов 1 и 2 соответственно.

Коллекторные токи транзисторов 1 и 2 (li и 2, соответственно), вследствие равенства токов базы этих транзисторов, связаны следующим соотношением:

1112

(1)

Сумма токов 11 и la равна току I источника тока 7:

Н + 12 1.

(2)

Совместное решение уравнений (1) и (2) с учетом равенства коэффициентов fl дает следующее значение токов И и fa:

11 12

J 2

(3)

Так как коллекторные токи транзисторов 3 и 6 равны току Н коллектора транзистора 1, а коллекторные токи транзисторов 4 и 5 равны току la коллектора транзистора 2, то, учитывая (3) получаем, что через все транзисторы протекают одинаковые коллекторные токи.

Г, - # С + /э4 %И ) + fk ( Уэ5 + Цэб

z iv.v -/ i+/fc

Z l.V - э4;

.iv - г/э5 - ш:

Z MI.IV - - -±Щ (з + 1/э4- ян):

Л Л

Z lH.V ( + Чает tja),

где /Э| - эмиттерное сопротивление 1-го транзистора.

Учитывая, что эмиттерное сопротивление транзистора равно з рт/1э. где температурный потенциал, 1Э - эмиттерный ток транзистора, а также принятые выше допущения, получим следующие значения отрицательных сопротивлений:

,v

Z l.v ,iv -4

-л&.

I -№

(5)

.IV Z ni.V

где ft ° fa fa.

Таким образом, отрицательные сопротивления в предложен ном устройстве определяются величинами температурного потенциала pj и тока I источника тока 7, а отрицательные сопротивления наблюдающиеся между третьим и четвертым, а также третьим и пятым выходами, кроме этого пропорциональны коэффициенту усиления

7-Z|.V - 7э1 , Z||,V - JJs2 ZJJMV. , Zlll.V

Ziv.v я&-- + -

1+j-,+gi

Ziliv 1fe-(Ziuv ); Ziiw /1fe (ZiAf -«/si)

С учетом принятых допущений, выражения (6) приводятся к следующему виду:

-т- Zi,v+Zn.iv , ZHI.IV + ZIH.V Zv.v д ;

- в - - в in iv/ -tL- 7ii 7ni j -4- Zi и

Zin.iv

Zn.iv; ZIH.V

Zi.v .

При этом в предлагаемом устройстве наблюдаются отрицательные сопротивления между четвертым и пятым выходами (Z iv.v), между первым и пятым выходами (,v). между вторым и четвертым выходами (.iv), между третьим и четвертым выходами (.iv). между третьим и пятым выходами (,v), которые определяются следующими выражениями:

(4)

транзисторов по току в схеме с общим эмиттером р.

Так как величина /h является строго определенной, а ток I задается внешним источником тока 7. то имеет место повышение точности величин отрицательных сопротивлений .v, Z l.v и Z n.iv. При этом имеет место расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности

управления значением отрицательных сопротивлений путем изменения тока источника тока 7. Пропорциональность Z m.iv и Z HI.V коэффициенту / позволяет получать значения этих отрицательных сопротивлений приблизительно на 2 порядка большими значений ,v, ,v и Z n.iv, что расширяет диапазон значений имитируемых отрицательных осопротивлений. Расширение функциональных возможностей заявляемого

устройства обусловлено также наличием взаимозависимости отрицательных сопротивлений в данном устройстве. Отрицательные сопротивления связаны следующими соотношениями (см. уравнения (4)):

(6}

Из выражений (6) и (7) следует, что в предлагаемом устройстве с отрицательным сопротивлением Z l.v и .iv взаимно независимы, .iv и Z til.y зависят соответственно от Z luy и Z f.v, a Z tv.v зависит как от Z l.v, так и от .iv.

Наличие в заявляемом устройстве с отрицательным сопротивлением пяти выходов, между которым 7 наблюдается, пять взаимосвязанных,отрйцатёл ьн ых сопротивлений, позволяет реализовать на основе этого устройства электронные узлы с расширенными функциональными возможностями.

Пример конкретного использования предложенного устройства приведен на фиг,2. Показанное на фиг.2 устройство представляет собой двухчастотный кварце вый.генератор, построенный на заявленном устройстве с отрицательным сопротивлением. В данном случае использованы первый, второй, четвертый и пятый выходы с отрицательным сопротивлением. Генератор ра ботает следующим образом. Подключение LC-контуров обеспечивает частотную избирательность отрицательного сопротивления Z:iv,v в точках подключения кварцевого резонатора в области резонансных частот контуров, При настройке LC-контуров на частоты требуемых двух резонансов (или гармоник) кварцевого резонатора, обеспечиваются условия возбуждения резонатора одновременно на обоих резонансах (гармониках). Выходные сигналы каждой частоты снимаются с соответствующего контура.

Таким образом, заявляемое устройство с отрицательным сопротивлением выгодно отличается от прототипа тем, что при прочих равных условиях (потребляемая мощность, элементная база, диапазон рабочих частот), имеет повышенную точность имитируемого отрицательного сопротивления и расширенные функциональные возможности, обусловленные наличием в устройстве нескольких (пяти) пар выходов, между которыми наблюдаются взаимосвязанные управляемые током отрицательные сопротивления.

Формула изобретения

Устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее первый и второй транзисторы с проводимостью соответственно и n-p-n-типа, эмиттеры которых являются первым и вторым выходами устройства с отрицательным сопротивлением, и источник тока, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности имитируемого отрицательного сопротивления и расширения функциональных возможностей, введены третий и четвертый транзисторы р-п-р-типа и пятый и шестой транзисторы n-p-n-типэ, причем первый и второй выводы источника тока соединены соответственно с

эмиттерами третьего и четвертого транзисторов и с эмиттерами пятого и шестого транзисторов, эмиттер первого транзистора соединен с коллектором третьего и с базой четвертого транзистора, а коллектор первого транзистора соединен с коллектором шестого и базой пятого транзистора, база первого транзистора соединена с базой второго транзистора, эмиттер второго транзистора соединен с коллектором пятого

транзистора и с базой шестого транзистора, а коллектор второго транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора и с базой третьего транзистора, причем база первого транзистора является третьим выходом устройства с отрицательным сопротивлением, а четвертым и пятым выходом являются соответственно коллекторы первого и второго транзисторов. .

/ 6-

э

1

W

Ф&2.2

во.

12

с

7

o-p.i.

//