Устройство с отрицательным сопротивлением

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 1,1 - 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 01 источника тока 13, коллекторные токи транзисторов 2.и 3 - равными половине тока 02 источника тока 10, Значения эмиттерных токов транзисторов 4 и 5 определяются токами 0 з и 04 источников тока 11 и 12, соответственно, и соотношением площадей их эмиттеров:Э 41, э 42 Э 41 = 03+э 42 - 04+Э 41 + э 51 э 42 + з 52ДЕ Э 41 И Э 42, Э 41 И Э 42 - ЭМИттЕРНЫЕ ТОКИ И площади соответственно первого и второго ЭМИттЕрОВ траНЗИСТОра 4, Э 51 И э 52. э 51 И Э 52 - ЭМИттЕРНЫЕ ТОКИ И ПЛОЩаДИ СООтВЕтственно первого и второго эмиттеров транзистора 5.В симметричном варианте заявленного УСтРОйСтВа, т.Е, КОГДа 04-0 З, Э 41-Э 52=Э 1, Э 42-Э 51=Э 2, выражения (1) принимают следующий вид; 5 10 э 1э 41=э 52=03 +э 1 э 2 15 з 42 = э 51 - 03+зг э 1 + э 2(2) Пусть теперь на первый вывод устройства "а" постУпает ток аб ПРи этом межДУ этим выводом и общей шиной появляется пРиРаЩение напРЯжений ЬОаб(см, фиг. 2). Ток аб делится на токи 1 и 2, втекающие в эмиперы транзисторов 1 и 8, т,е.:аб=1+2 (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 з, 4 и 5 на выходе этих каскадов. Токи з, 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,Таким образом ЬОаб равно 40 ФМЬОаб В(Я+5-3)-Обэ Щ 3-4 5) (4) где й - сопротивление резистора 9, з - вы-. ходной перемЕнный ток каскада на транзисторах 2 и 3, 4 и 5 - переменные токи,протекающие в цепях соответственно первых и вторых эмиттеров транзисторов 4 и 5, Обэ 1 - ПврЕМЕННая СОСтаВЛяЮщая (ПрИращЕ- ние) база-эмиттерного напряжения транэистоРа 1(Обэ 1 = - 1, гДе -- кРУтизна0101Уттранзистора 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 транэи(6) Обэ 1 - Обэб=Обэз-Обэ 2 1 о 20-- (1+ )15 Яэг 1 оз Зэ 1 = -1 25 Иэ (6): Из (7): 35 Из (8)42 о сторов). Это условие легко выполнимо. Например, пусть 8=2,5 кОм, 1 о 1=1 мА, при этом - = 25 Ом и В превышает эмиттерное сопротивление 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: Обэб+Обэ 7=Обэ 1+Обэб, (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; Обэ 1 - Обэб=Обэ 51 - Обэ 41 (7)Обэ - Обэб=Обэ 52 - Обэ 42. (8) Выразим в выражениях (5) - (8) баэаэмиттерные напряжения через эмиттерные токи транзисторов. Иэ (5) получим: 11 о - + 11 о -1 Э Ь + 1 ь 1 д9) 1 о 1 о 1 о - 1 1 о + 12 14 Ь 12 1 э ЬВ 1 о 2 1 о 2 1 о - 1 1 о 2 э 2 р 1 о --- 11 о - =р 1 о ЬЭ Ь - т - . (10)р 1 о 1 о оь14 + 141 Р 1 о1 Ьт Ь - . (11) 11 о 1 ь 1 о - 1 о 1 оро ф 42+ь 1 о - 1 о 1 Ь 2 - Ь 1 + 1 Ь 1 эь 152 1 э 42 В выражениях (9)-(12) у 22 - температурный потенциал, 151, 152. 153 15 б 157, агав обратные токи база-эмиттерных переходов транзисторов 1, 2, 3, 6, 7, 8; 1541, 1542,551, 1552 - 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.;151-15 б" 153-152 и 57-15 б. Соотношение обратных токов эмиттерных переходов транзистооов 4 и 5 определяется соотношением площадей их эмиттеров: 1541 э 41 Зэ 1,542 Зэ 42 3 эг (13) 1551 -э 51 -эг 1552 э 52 э 1С учетом приведенных соотношениймежду обратными токами эмиттерных пере ходов транзисторов, а также соотношений(2), выражения (9)-(12) преобразуются к следующему виду: 1 121 0 1= (1 -- )(1+ - );101 101 Система уравнений, включающая соотношения (14) и (3), позволяет выразить токи 13, 4+5 чеРез вхоДной ток 1 аб: 101 102 + ( 1 аб .)2 аб 2 1 о 11 5 52) l +(Ть 2 1 оэ, 2 52 5 1 о,521 о Подставляя найденные величины 13 и14+15 в выражение (4), получим уравнение 40 описывающее вольт-амперную характеристику предложенного устройства; 45 Для определения малосигнального значения отрицательного сопротивления ЕэонайДЕм вЕличинУ Ь Оаб пРи 1 аб -4 0:Ф1 оэОтсюда малосигнальное значение эквивалентного динамического сопротивлениямежду точками "а" и "б" равно: 55ЬОЬЬ 1 1 о 2 1 оэЕзО = - 6 ьа О = - Я-1 аб (о 1 о1822509 фиг Д 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 02 источника тока 10 и оз источников тока 11 и 12 при фиксированном значении тока о источника тока 13. При этом кривой 1 соответствует наибольшее значение отношения а/оз, кривой 2 - промежуточное, кривой 3 - наименьшее. Т. е. перестраивая ток с или оз при неизменном токе о. можно изменять форму вольт-амперной характеристики предлагаемого устройства,При неизменных токах 02 и оз источников тока 10, 11 и 12 и изменении тока о 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 о.Иэ выражений (16) и (18) видно, что отрицательное сопротивление и вольт-амперная характеристикапредлагаемого 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.Ф о р мул а изобретен ия 5 Устройство с Отрицательным сопротивлением, содержащее первый транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу устройства и базе второго транзистора, а база - к коллектору второго 10 транзистора, при этом эмиттеры второго итретьего транзисторов подключены к первому источнику тока, к второму источнику тока подключены эмиттеры четвертого и пятого транзисторов, коллекторы третьего и чет вертого транзисторов подключены к общейшине, 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 отрицатель ного сопротивления и обеспечения возможности электронного управления формой вольт-амперной характеристики, к базам третьего и пятого транзисторов подключены эмиттеры шестого и седьмого транзисто ров, коллектор седьмого подключен ктретьему источнику тока, к своей базе и базе восьмого транзистора, эмиттер которого подключен к базам второго и четвертого транзисторов, база первого транзистора 30 подключена к базе и коллектору шестоготранзистора и к второму выводу резистора, первый вывод которого подключен к общей шине, а коллектор первого транзистора подключен к общей шине, при этом четвер тый и пятый транзисторы выполнены двухэмиттерными и вторые их эмиттеры подключены к четвертому источнику тока,другой вывод которого подключен к вторымвыводам источников тока, к коллектору 40 восьмого транзистора и является вторымвыводом устройства.Г1822509 едакто ул,Гагарина, 10 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. У аказ 2123 ВНИИПИ Государс Составитель В.ПрокопенкоТехред М.Моргентал Корректор Л.Пилипе Тираж Подписноенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 3035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5