Моделирование и исследование полупроводникового биполярного прибора с отрицательным дифференциальным сопротивлением ν-типа

оде.

Для подтверждения результатов моделирования проведены экспериментальные исследования макетного образца на основе дискретных элементов КТ835, КГГ307, Д814Д и резистора сопротивлением 0,3 МОм, включенного между истоком и затвором полевого транзистора. Исследования выходных ВАХ выполнялись на измерителе характеристик полупроводниковых приборов Л2-56. Значения основных параметров образца при 1В: ток первого максимума 215 мА при напряжении 0,2 В, ток минимума 160 мА при напряжении 0,4 В, ток второго максимума 230 мА при напряжении 13,5 В. Полученные экспериментальные ВАХ качественно подтверждают результаты моделирования и свидетельствуют о принципиальной возможности реализации приборов с двумя участками N-типа на ВАХ.

Таким образом, в ходе работы была предложена и исследована электрическая схема нового полупроводникового прибора, реализующего ВАХ с двумя участками ОДС N-типа. Этот прибор способен найти применение в качестве самовос-танавливающихся предохранителей в устройствах защиты, а также в качестве базовых элементов нейрокомпьютеров и генераторных схемах, работающих на индуктивную нагрузку.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гаряинов С.А., Абезгауз И.Д. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением. М.: Энергия, 1970. 320с.

2. Стафеев В. И., Ван-Шоу-цзюе, Фтгта Л.В. Триоды с N-образной характеристикой // Радиотехн. и электрон, 1962. Т. 7. №8. С. 1404-1408.

3. Новиков С.Г., Новоселов А.Ю., Бакланов С.Б., Гурин И.Т. Схемотехническое моделирование и исследование мощных N-транзисторов // Изв. вузов. Электроника. 1999. №1. С.86-90.

4. Галузо BE.. Матсон Э.А., Мельничук ВВ. Полупроводниковые биполярнополевые структуры // Зарубежн. электрон, техника. 1981. № 10 (244). 50 с.

5. Разевиг В.Д. Применение программ Р-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. В 4-х выпусках.. М.: Радио и связь, 1992.

УДК 621.382.3

Т.А. Воробьева, С.Г. Новиков, Н.Т. Гурин, АЛО. Новоселов

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО БИПОЛЯРНОГО ПРИБОРА С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ N-ТИПА

Ульяновский государственный университет,

432700, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, тел.: (8422) 320617, e-mail nsg(a.$VMven.ru

Применение полупроводниковых приборов с участком отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС) N-типа на вольт-амперной характеристике (ВАХ) в настоящее время актуально при создании высокоэффективных генераторов с индуктивной нагрузкой и реализации надежной защиты различных устройсгв современной электроники [1].

Известные на сегодняшний день N-приборы имеют ряд недостатков, снижающих эффективность и ограничивающих области их применения, основным из

которых является низкая мощность рассеяния.

Участок ОДС на ВАХ таких приборов возникает вследствие наличия положительной обратной связи по току или по напряжению. В схеме биполярно-полевого элемента [1,2] осуществляется положительная обратная связь по напряжению посредством включения полевого транзистора с управляющим р-п-переходом в цепь базы биполярного транзистора, тогда как на практике было бы удобнее использование М-прибора, управляемого током. К тому же реализация полевого и биполярного элементов с приемлемыми характеристиками на одном кристалле представляет собой достаточно сложную технологическую задачу.

В связи с этим, целью данной работы является моделирование и исследование прибора с ОДС 1Ч-типа, реализованного только на основе биполярных структур и использующего обратную связь по току.

В общем случае такой ЇМ-прибор может быть реализован на дискретных элементах в виде микросборки, а также в интегральном исполнении.

Принципиальная электрическая схема биполярного Ьі-прибора приведена на рис. 1. Цепь положительной обратной связи по току включает в себя стабилитрон

О. ограничивающий резистор Я и биполярный транзистор Т2 Обратная связь фактически реализует функции активного шунта в виде коллектор-эмиттерной цепи транзистора Т2 и управляет величиной тока утечки базы-эмиттер транзистора Т[. При приложении напряжения к коллектору транзистора Т! относительно эмиттера и„71, меньшего значения напряжения стабилизации стабилитрона О, эмиттерный переход транзистора Тг закрыт, и ток утечки базы транзистора Т( минимален. При дальнейшем увеличении напряжения икзп эмиттерный переход транзистора Т2 открывается, и прибор из режима отсечки переходит в активный режим работы. -уменьшая, таким образом, ток базы транзистора Т, и, соответственно, ток коллектора. Сопротивление Я ограничивает рост потенциала базы транзистора Т; и не позволяет этому транзистору перейти в режим насыщения.

Рис.1. Схема прибора с ОДС ії-типа на основе двух биполярных транзисторов

Вследствие наличия обратной связи изменяется целый ряд статических и динамических характеристик транзистора Выражение для выходной характеристики данного К-прибора в аналитическом представлении имеет достаточно громоздкий вид, поэтому решение системы уравнений, для составления которой использовались законы Кирхгофа, математическая модель Эберса - Молл а. а также уравнение, связывающее ток коллектора с током базы через коэффициент усиления по схеме с общим эмиттером, целесообразно проводить в численной форме (например, с применением программы МаШСАГ) 7.0). Рассчитанная таким образом выходная ВАХ при комнатной температуре приведена на рис.2.

Проведено схемотехническое моделирование электрической схемы прибора

(см. рис.1) с применением пакета программ Disign Lab 8.0, при этом были использованы модели из библиотеки пакета: транзистор Т] - BUX98 (КТ8144), транзистор Т2 - КТ819, стабилитрон D - КС 168А, резистор номиналом 100 Ом. В результате моделирования получены выходные характеристики, представленные на рис.З.

Для проверки результатов схемотехнического моделирования реализован бескорпусной вариант прибора в виде микросборки на базе кристаллов транзисторов KT8I44A, КТ808АМ, стабилитрона КС168А и резистора сопротивлением 100 Ом, размещенных на керамической подложке. Такое решение позволяет создать комбинированный прибор с минимальной длиной межэлементных связен, что снижает потери насыщения. Учитывая, что элементы с ОДС N-типа чувствительны к индуктивностям в выходной цепи, это также снижает вероятность появления паразитных генераций в режиме защиты. При экспериментальном исследовании образца получены выходные характеристики трапецеидальной формы, которые имеют качественное и количественное согласование с результатами моделирования (рис.З). Значение выходного тока, соответствующего плоскому участку ВАХ, составляло 12 А при изменении выходного напряжения в пределах от 1 до 10 В при величине управляющего тока 2 А. Значение отрицательного дифференциального сопротивления составляло 0,13 Ом.

1К,А

Рис 2 Расчетная выходная характеристика N-прибора на основе двух биполярных транзисторов

1К.А

Рис. 3. Выходная характеристика при схемотехническом моделировании А'-прибора

Таким образом, полученные результаты моделирования и исследования N-прибора повышенной мощности подтверждают возможность создания многофункциональных элементов данного типа на основе биполярных структур, использующих положительную обратную связь по току. При этом предложенный прибор перспективен при использовании в качестве элементов защиты узлов электронной техники, работающих при значительных токах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Новиков С.Г., Новоселов А.Ю., Бакланов С.Б., Гурин Н.Т. Схемотехническое моделирование и исследование мощных N-транзисторов // Изв. вузов. Электрон. 1999. №1. С.86-90.

2. Гъчузо В.Е., Матсон Э.А., Мелъничук В.В. Полупроводниковые биполярнополевые структуры// Зарубежн. электрон, техника. 1981. № 10 (244). 50 с.

УДК 53.08:681.3

А.А. Привалов, М.В. Руфицкий

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ СРЕДНЕЙ И БОЛЬШОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫМИ СРЕДСТВАМИ НА БАЗЕ ПЛИС

Владимирский государственный университет,

600026, г. Владимир, ул. Горького, 87, ВлГУ, кафедра КГ РЭС, тел.: (0922) 279871, (0922) 279979, e-mail: k/rs-m2(a)vpti. viadimir.su, priv-m2(wyptLvlaiiimir,su

В современных устройствах контроля и управления часто возникают задачи измерения частот и периодов сигналов, интервалов времени, фазовых сдвигов. При этом, чаще всего, перечисленные задачи сводятся к задаче преобразования временного интервала в код. В современной измерительной технике выделяют две категории подобных преобразователей:

преобразователи временного интервала средней и большой длительности (для периодических сигналов с частотой до 200 кГц); преобразователи малых временных интервалов.

В основу преобразователей временного интервала средней и большой длительности положен классический метод последовательного счета, при котором преобразуемый временной интервал заполняется импульсами тактового генератора стабильной частоты. Временной интервал определяется путем подсчета числа импульсов, укладывающихся в преобразуемом временном июервале. Функциональная схема такого преобразователя показана на рис.1, временные диаграммы работы счетчика - на рис.2.

Согласно рис. измеряемый временной интервал Т, будет равен Т* = N* Tq.

Однако, гтри измерении значения Тч обычно возникает погрешность, связанная с неопределенностью в положении границ временного окна относительно импульсов опорного генератора (рис. 2).

Для ликвидации погрешности, вызванной отсутствием синхронизации между старт - границей временного окна и импульсами опорного генератора, в качестве генератора опорных импульсов необходимо использовать генератор с ударным