ラムダダイオードと同等のI–V特性の簡略化された計算。スキーム、説明

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ラムダダイオード等価物の電流-電圧特性の簡略化された計算。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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1 年代に戻ると、電子技術の非常に興味深い要素であるラムダダイオード (ELD) に相当するものについて説明する記事がさまざまな雑誌に掲載され始めました。これは、異なるタイプの pn 接合を持つ特別に接続された一対の電界効果トランジスタであり、トンネルダイオードの I-V 特性に似た電流電圧特性 (VC) を持ちますが、正の抵抗の 2 番目の分岐はありません。トンネルダイオードとは異なり、ELD はターンオフ電圧 Uclose を超える電圧でオフになるため、ELD を流れる電流は数ピコアンペアに低下します。 ELD回路を図XNUMXに、その電流電圧特性を図XNUMXに示します。

ラムダダイオードと同等の I-V 特性の簡易計算

ELD を使用すると、[1]、[2]、[3]、[4] に示すように、トンネルダイオードの特徴である回路ソリューションと完全にオリジナルのデバイスの両方を簡単に実装できます。雑誌「Radio」もこの話題を取り上げました ([5]、[6] を参照)。

ELD に基づくデバイスの広範な普及は、ELD に含まれる電界効果トランジスタの既知のパラメータを使用して ELD の I-V 特性を計算する複雑さによって妨げられています。電界効果トランジスタの V 特性 [7]、[8]。

このため、ELD の基本パラメータの計算式はまだ得られておらず、ELD 上のさまざまなデバイスを計算する際に電流電圧特性の代わりに使用できることがほとんどです。これらのパラメータには、ELD を流れる最大電流 (Imax) が含まれます。この電流が発生する電圧 (Umax); 阻止電圧 (Uclosed); ELD の微分負性抵抗 (-rd); ELD の電流電圧特性の負性抵抗分岐の変曲点の座標 (Uper、Iper)。 ELD の上記のパラメータとそれに含まれる電界効果トランジスタのパラメータを結び付ける式があるため、必要なトランジスタのペアを簡単に選択できるだけでなく、発生器、アンプ、および ELD 上のその他のデバイスを計算することもできます。

この記事では、対称ELDのCVCとそのパラメーターの概算について説明します。

ELD の電流電圧特性の近似式を得るために、対称 ELD の各トランジスタは、このトランジスタ (およびそのペア) のカットオフ電圧を超えないドレインソース間電圧で完全にオフになるまで動作することを考慮します。、私たちはそれらを同じだと考えているので）。これらの条件下では、電界効果トランジスタを流れる電流のドレイン・ソース間電圧への依存性はほぼ線形であると考えられ、電圧 Uс1=Uз2=U/2 と Uс2=Uз1=-U/2 は大きさが等しくなります。そして、電界効果トランジスタの電流電圧特性は次の簡単な式で表すことができます。

Ic=(Usi/Rm)(1- |Usi/2Uots|)² （1）

ここで、Usi は電界効果トランジスタのドレイン-ソース電圧です (図 1 からわかるように、対称型 ELD の場合、Usi = U/2)、Uzi はゲート-ソース電圧、Uots はRm は電界効果トランジスタのカットオフ電圧、Rm は Ui=0 における Usi=0、Ic=0 点付近の電流電圧特性の初期部分における電界効果トランジスタの抵抗です。 :

Ｒｍ＝ｄＵｃｉ／ｄＩｃ。

電界効果トランジスタの電流-電圧特性のこの簡略化された式は、|Usi|< |Uots| の場合のラムダダイオードの電流-電圧特性を計算するのに適しています。図 1 から、この場合の電極の電流電圧特性は次の式で表されることが明らかです。

I(U)=c(U/2)=(U/2Rm)(1-|U/2Uots|)²。（2）

対称ELD|Usi | = | Uzi |の場合、おおよそ次のように仮定できます。

Rm=dUzi/dIc=1/Smax、

ここで、Smax は電界効果トランジスタの最大相互コンダクタンスであり、参考書から取得するか、測定することができます。この場合、ELD の I-V 特性の式には、電界効果トランジスタの既知のパラメータのみが含まれます。

(U)=1/2 USmax(1-|U/2Uots|)² とします。

式 (3) を U で微分すると、この関数が極値を持つ引数を見つけることができます。

Ue1 = Uzap = 2 | Uots |、

これは、[8]のデータに対応します。ここで、計算では、複素関数による電界効果トランジスタのCVCの近似を使用しました。

Uе2=Umax=2|Uots|/3。 (4)

Umax の式は [8] では得られませんでしたが、そこにある電流電圧特性グラフから、ここでも計算結果が一致していることがわかります。

(4) の Umax の値を (2) または (3) に代入すると、次のようになります。

Imax=4Uots/27Rm~0,15Uots/Rm、

または

Imax=4UotsSmax/27~0,15UotsSmax。

実験によれば、パラメータＳｍａｘおよびＵｏｔｓに従って選択されたトランジスタＫＰ３０３およびＫＰ１０３の対に対する実験値からのＩｍａｘの計算値は、１０％以下の差しかない。次に、最初に次の式を見つけることで、電流-電圧特性の負の分岐の変曲点を決定できます。

d²I/dU²=(1/UотсRm)(3U/4U отс-1). (5)

式 (5) をゼロに等しくし、結果の方程式を解くと、次のようになります。

上\u4d 3Uots / XNUMX、

Iper=2Uots/27Rm=Imax/2、

これも[8]のグラフと著者が行った実験結果とよく一致しています。

次に、定義します

--rd = -6Rm = -6/Smax。

異なるパラメータを持つ電界効果トランジスタ上の非対称 ELD の場合、式 (2) または (3) を使用して電流電圧特性を計算し、[8] の方法を使用して連立方程式を取得することもできますが、式ははるかに単純です。。計算結果と実験データとの間の一致は非常に満足のいくものである。連立方程式を解くことは、プログラム可能な計算機やコンピューターで簡単に行うことができます。しかし、非対称 ELD の主要パラメータの明示的な式を取得することはできませんでした。

著者は、電界効果トランジスタのパラメータに基づいて ELD のパラメータを簡単に計算できる機能が、アマチュア無線家にとってこの有望な要素を使用して多くのデバイスを作成する動機となることを期待しています。

文学

1. 狩野 G. ラムダダイオード: 多用途の№負性抵抗デバイス。「エレクトロニクス」、48(1975)、no.13、p.105-109。
2. Khodounek、二重周波数発生器の遷移を備えた相補型電界効果トランジスタ。「エレクトロニクス」、1975 年、第 22 号、60 ページ。
3. ジャコノフ V.P.、セメノヴァ O.V. ラムダトランジスタに基づくスイッチングデバイス。「機器と実験技術」、1977 年、第 5 号、96 ページ。
4.PtashnikI.電子チューニングを備えたVFO。「アマチュア無線」、1993年、第9号、p.38。
5.NechaevI.ラムダダイオードとその機能。「ラジオ」、1984年、第2号、p.54
6. Nechaev I.ラムダダイオードのアナログに関するプローブジェネレータ。「ラジオ」、1987年、第4号、p.49。
7.Takashi T.双曲線関数による関数電界効果トランジスタ特性の近似、IEEE Journal of Solid-StateCircuit。 1978 年、v.13、第 5 号、p.724-726。
8. V.I.モロトコフ、E.I.ポタポフ。低電力電界効果トランジスタとラムダダイオードの電流電圧特性の研究と、ラムダダイオードの自己発振器の振幅の計算。「Radioelectronics」、1991 年、v. 34、no. 11、p. 108-110。

著者: ヴァシリー・アガフォノフ; 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru

他の記事も見る セクションアマチュア無線の計算.

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