устройство с отрицательным сопротивлением
Классы МПК: | H03H11/52 эквивалентные отрицательным сопротивлениям |
Патентообладатель(и): | Прокопенко Вадим Георгиевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-06-23 публикация патента:
20.05.1996 |
Использование: в автогенераторах, активных фильтрах, усилителях, устройствах импульсной техники в качестве активного элемента. Сущность изобретения: повышение температурной стабильности отрицательного сопротивления и экономичности устройства с отрицательным сопротивлением достигается тем, что в устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее транзисторы 1 - 5, резистор 6, источники тока 7, 8, введено токовое зеркало 9 и изменены связи элементов, что устраняет зависимость отрицательного сопротивления от параметров транзисторов во всем диапазоне изменения входного тока. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее первый, второй и третий транзисторы, имеющие одну структуру, четвертый и пятый транзисторы, имеющие другую структуру, причем база первого транзистора соединена с базой и коллектором второго транзистора и коллектором третьего транзистора, эмиттер первого транзистора подключен к эмиттеру четвертого транзистора и является первым выходом устройства, вторым выходом которого является первый вывод резистора, соединенный с общей шиной, эмиттер второго транзистора подключен к эмиттеру пятого транзистора, база и коллектор которого соединены с выходом первого источника тока и базой четвертого транзистора, коллектор которого и выводы питания первого и второго источников тока соединены с первой шиной питания, отличающееся тем, что в него введено токовое зеркало, вывод питания которого подключен к второй шине питания, вход к коллектору первого транзистора и выходу второго источника тока, а выход к коллектору и базе третьего транзистора, эмиттер которого соединен с вторым выводом резистора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве активного элемента в автогенераторах, активных фильтрах, усилителях, устройствах импульсной техники. Известно устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее два параллельно включенных токовых инвертора, входы которых соединены с первым выходом устройства, а выходы соединены через резистор, конвертируемый в отрицательное сопротивление, с вторым выходом устройства, при этом цепь внутренней положительной обратной связи замкнута с помощью двух транзисторов в диодном включении [1]Известно также устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее два транзистора противоположной структуры, эмиттеры которых являются выходами устройства, пять резисторов, обеспечивающих стабилизацию режима транзисторов по постоянному току, и источник тока [2]
Общим недостатком данных устройств является зависимость отрицательного сопротивления от эмиттерных сопротивлений транзисторов, что снижает его температурную стабильность, а также обусловливает повышенную потребляемую мощность, так как уменьшение влияния эмиттерных сопротивлений транзисторов требует увеличения токов смещения транзисторов. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее первый, второй и третий транзисторы, структура которых противоположна структуре четвертого и пятого транзисторов, резистор и источник тока, причем база первого транзистора соединена с базой и коллектором второго транзистора и коллектором третьего транзистора, эмиттер первого транзистора соединен с эмиттером четвертого транзистора и первым выходом устройства, эмиттер второго транзистора соединен с эмиттером пятого транзистора, база и коллектор которого соединены с базой четвертого транзистора и первым выводом источника тока, второй вывод которого соединен с коллектором четвертого транзистора и шиной питания [3]
Недостатком этого устройства является зависимость эквивалентного отрицательного сопротивления от эмиттерных сопротивлений первого и четвертого транзисторов, что обусловливает его зависимость от температуры, а также приводит к повышению потребляемой мощности, так как для уменьшения влияния эмиттерных сопротивлений необходимо увеличить токи смещения транзисторов. Цель изобретения повышение температурной стабильности отрицательного сопротивления и экономичности устройства с отрицательным сопротивлением. Это достигается тем, что в устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее первый, второй и третий транзисторы, структура которых противоположна структуре четвертого и пятого транзисторов, резистор и источник тока, причем база первого транзистора соединена с базой и коллектором второго транзистора и коллектором третьего транзистора, эмиттер первого транзистора соединен с эмиттером четвертого транзистора и первым выходом устройства, эмиттер второго транзистора соединен с эмиттером пятого транзистора, база и коллектор которого соединены с базой четвертого транзистора и первым выводом источника тока, второй вывод которого соединен с коллектором четвертого транзистора и шиной питания, дополнительно введены второй источник тока и токовое зеркало, общая точка которого соединена с второй шиной питания, вход соединен с коллектором первого транзистора и первым выводом второго источника тока, а выход соединен с коллектором и базой третьего транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, которая является вторым выходом устройства, при этом второй вывод второго источника тока соединен с первой шиной питания. Существенным новым признаком предложенного устройства по сравнению с прототипом является введение последовательно с вторым выходом устройства третьего транзистора в диодном включении, на который с помощью токового зеркала подан ток, протекающий в цепи первого транзистора. Положительный эффект достигается за счет того, что на третьем транзисторе в диодном включении формируется напряжение, компенсирующее падение напряжений во входной цепи устройства, образованной первым и четвертым транзисторами. На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема, предложенного устройства; на фиг.2 показано распределение токов в предложенном устройстве при его работе; на фиг.3 представлены вольт-амперная характеристика (а) и зависимость отрицательного сопротивления от тока между выходами устройства (б). Устройство с отрицательным сопротивлением содержит (см. фиг.1) первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4 и пятый 5 транзисторы, резистор 6, первый 7 и второй 8 источники тока, токовое зеркало 9. При рассмотрении работы предложенного устройства будем полагать токи базы транзисторов пренебрежимо малыми по сравнению с их коллекторными токами, транзисторы одинаковой структуры идентичными и работающими на частотах много меньших f
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060028/945.gif)
iаб i1 + i2 (1)
С выхода токового зеркала проинвертированный ток i1 поступает в цепь, образованную транзистором 3 в диодном включении и резистором, так как в силу принятых допущений эквивалентное сопротивление остальной части схемы в точке подключения выхода токового зеркала равно бесконечности. В результате протекания тока iаб напряжение между токами а-б получает приращение
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
Для определения соотношения между токами i1 и iаб просуммируем напряжения вдоль замкнутого контура, образованного базо-эмиттерными р-n-переходами транзисторов 1, 2, 5, 4:
Uбэ1 + Uбэ4 Uбэ2 + Uбэ5 (4) где Uбэi базо-эмиттерное напряжение i-го транзистора. Используя уравнение Эберса-Молла, запишем уравнение (4) в следующем виде:
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060132/981.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-2t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060132/981.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-3t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060132/981.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-4t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060132/981.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-5t.gif)
(5) где
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060132/981.gif)
Is1 обратный ток базо-эмиттерного перехода транзисторов 1,2,3;
Is4 обратный ток базо-эмиттерного перехода транзисторов 4 и 5. Преобразовав выражение (5), получим
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-6t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-7t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-8t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-9t.gif)
Решив систему уравнений (1), (6), найдем зависимость тока i1 от тока iаб:
i1= I
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-10t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-11t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-12t.gif)
Подставка выражения (7) в выражение (3) дает уравнение динамической вольт-амперной характеристики предложенного устройства с отрицательным сопротивлением:
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060061/916.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-13t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-14t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-15t.gif)
Отрицательное сопротивление равно
Z-
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-16t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-17t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-18t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-19t.gif)
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2060582](/images/patents/412/2060582/2060582-20t.gif)
Из уравнений 93), (7) (9) следует, что отрицательное сопротивление в предложенном устройстве не зависит от параметров транзисторов во всем диапазоне изменения входного тока iаб. Это обусловливает его повышенную температурную стабильность, а также позволяет выбирать минимальные значения тока смещения транзисторов Iо, уменьшая потребляемую устройством мощность.
Класс H03H11/52 эквивалентные отрицательным сопротивлениям