Cálculo simplificado de la característica corriente-tensión de un diodo lambda equivalente. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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En los años setenta, comenzaron a aparecer artículos en varias revistas que describían un elemento muy interesante de la tecnología electrónica: el equivalente a un diodo lambda (ELD). Es un par de transistores de efecto de campo especialmente conectados con uniones pn de diferentes tipos y tiene una característica corriente-voltaje (VC) similar a la característica I-V de un diodo túnel, pero sin la segunda rama de resistencia positiva. A diferencia de un diodo túnel, el ELD se apaga a un voltaje que excede el voltaje de apagado Uclose, de modo que la corriente que lo atraviesa cae a varios picoamperios. El circuito ELD se muestra en la Fig. 1 y su característica corriente-voltaje se muestra en la Fig. 2.

Utilizando un ELD, es fácil implementar tanto soluciones de circuito características de un diodo túnel como dispositivos completamente originales, como se muestra en [1], [2], [3], [4]. La revista "Radio" también abordó este tema (ver [5], [6].

La amplia distribución de dispositivos basados ​​en ELD se ve obstaculizada por la complejidad de calcular las características I–V de un ELD utilizando los parámetros conocidos de los transistores de efecto de campo incluidos en él, que a su vez está determinada por la complejidad de aproximar la I– V características de un transistor de efecto de campo [7], [8].

Es precisamente por esto que aún no se han obtenido fórmulas para calcular los parámetros básicos del ELD, que en la mayoría de los casos pueden usarse en lugar de las características corriente-voltaje al calcular varios dispositivos en el ELD. Estos parámetros incluyen la corriente máxima a través del ELD (Imax); el voltaje al que ocurre esta corriente (Umax); voltaje de bloqueo (Ucerrado); resistencia diferencial negativa del ELD (-rd); coordenadas del punto de inflexión de la rama de resistencia negativa de la característica corriente-voltaje del ELD (Uper, Iper). Al tener fórmulas que conectan los parámetros anteriores del ELD con los parámetros de los transistores de efecto de campo incluidos en él, puede seleccionar fácilmente el par de transistores deseado, así como calcular el generador, amplificador y cualquier otro dispositivo en el ELD.

Este artículo describe un cálculo aproximado del CVC de un ELD simétrico y sus parámetros.

Para obtener una expresión aproximada de la característica corriente-voltaje de un ELD, tenemos en cuenta que cada transistor en un ELD simétrico funciona hasta que se apaga por completo a voltajes de fuente de drenaje que no exceden el voltaje de corte de este transistor (y su par , ya que los consideramos iguales). En estas condiciones, la dependencia de la corriente a través del transistor de efecto de campo del voltaje drenaje-fuente se puede considerar aproximadamente lineal, los voltajes Uс1=Uз2=U/2 y Uс2=Uз1=-U/2 son iguales en magnitud, y luego la característica corriente-voltaje del transistor de efecto de campo se puede describir mediante una fórmula simple:

Ic=(Usi/Rm)(1- |Usi/2Uots|)² (1)

donde Usi es el voltaje drenaje-fuente del transistor de efecto de campo (en el caso de un ELD simétrico, como puede verse en la Fig. 1, Usi = U/2), Usi es el voltaje puerta-fuente, Uots es la tensión de corte del transistor de efecto de campo, y Rm es la resistencia del transistor de efecto de campo en la sección inicial de la característica corriente-tensión en Ui=0 en las proximidades del punto Usi=0, Ic=0 :

Rm=dUci/dIc.

Esta expresión simplificada para la característica corriente-tensión de un transistor de efecto de campo es adecuada para calcular la característica corriente-tensión de un diodo lambda cuando |Usi|< |Uots|. De la Fig. 1 queda claro que la característica corriente-voltaje del electrodo se describe en este caso mediante la expresión

I(U)=c(U/2)=(U/2Rm)(1-|U/2Uots|)². (2)

Considerando que para un ELD simétrico |Usi|=|Uzi|, podemos suponer aproximadamente

Rm=dUzi/dIc=1/Smáx,

donde Smax es la transconductancia máxima de un transistor de efecto de campo, que puede tomarse de un libro de referencia o medirse. Entonces, la expresión para la característica I-V del ELD contendrá solo los parámetros conocidos de los transistores de efecto de campo:

(U)=1/2 USmax(1-|U/2Uots|)² (3).

Al diferenciar la expresión (3) con respecto a U, uno puede encontrar los argumentos para los cuales esta función tiene extremos.

Ue1=Uzap=2|Uots|,

lo cual corresponde a los datos de [8], donde el cálculo utilizó la aproximación del CVC de un transistor de efecto de campo por funciones complejas, y

Uе2=Umax=2|Uots|/3. (4)

La expresión para Umax no se obtuvo en [8], pero en el gráfico de características corriente-tensión disponible allí se puede ver que los resultados del cálculo también coinciden aquí.

Sustituyendo el valor de Umax de (4) en (2) o en (3), obtenemos

Imáx=4Uref/27Rm~ 0,15Uref/Rm,

o

Imax=4UotsSmax/27~ 0,15UotsSmax.

Los experimentos han demostrado que el valor calculado de Im ax del experimental para pares de transistores KP303 y KP103, seleccionados según los parámetros Smax y Uots, difiere en no más del 10%. A continuación, puede determinar el punto de inflexión en la rama negativa de la característica corriente-voltaje encontrando primero

d²yo/dU²=(1/UотсRm)(3U/4U отс-1). (5)

Igualando la expresión (5) a cero y resolviendo la ecuación resultante, determinamos

Superior \u4d 3Uots / XNUMX,

Iper=2Uots/27Rm=Imax/2,

que también está en buen acuerdo con el gráfico de [8] y los resultados de los experimentos realizados por el autor.

A continuación, definimos

- rd=-6Rm=-6/Smáx.

Para un ELD asimétrico en transistores de efecto de campo con diferentes parámetros, también se pueden calcular las características corriente-voltaje usando la expresión (2) o (3) y obteniendo un sistema de ecuaciones usando el método de [8], pero con expresiones mucho más simples. . La concordancia entre los resultados del cálculo y los datos experimentales es bastante satisfactoria. Resolver un sistema de ecuaciones es fácil de hacer en cualquier calculadora o computadora programable. Sin embargo, no fue posible obtener expresiones explícitas para los principales parámetros del ELD asimétrico.

El autor expresa la esperanza de que la capacidad de calcular fácilmente los parámetros de un ELD basándose en los parámetros de sus transistores de efecto de campo sirva como incentivo para que los radioaficionados creen una serie de dispositivos utilizando este elemento prometedor.

Literatura

1. Kano, G. El diodo lambda: dispositivo versátil de resistencia negativa. "Electrónica", 48 (1975), nº 13, páginas 105-109.
2. Khodounek, Transistores de efecto de campo complementarios con transición en un generador de doble frecuencia. "Electrónica", 1975, N° 22, página 60.
3. Dyakonov V.P., Semenova O.V. Dispositivos de conmutación basados ​​en transistores lambda. "Instrumentos y técnicas experimentales", 1977, n° 5, página 96.
4. Ptashnik I. VFO con sintonización electrónica. “Radioaficionado”, 1993, N° 9, p.38.
5. Nechaev I. Diodo lambda y sus capacidades. “Radio”, 1984, N° 2, p.54
6. Nechaev I. Generador de sonda en el análogo del diodo lambda. “Radio”, 1987, N° 4, p.49.
7. Takashi T. Aproximación de las características funcionales del transistor de efecto de campo mediante función hiperbólica, IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1978, v.13, n.º 5, p.724-726.
8. V.I.Molotkov, E.I.Potapov. Estudio de las características corriente-tensión de transistores de efecto de campo de baja potencia y diodos lambda y cálculo de las amplitudes de un autooscilador sobre un diodo lambda. "Radioelectrónica", 1991, volumen 34, nº 11, páginas 108-110.

Autor: Vasily Agafonov; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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