устройство с отрицательным сопротивлением
Классы МПК: | H03H11/52 эквивалентные отрицательным сопротивлениям |
Патентообладатель(и): | Прокопенко Вадим Георгиевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-05-29 публикация патента:
20.02.1998 |
Устройство с отрицательным сопротивлением относится к радиотехнике и может быть использовано в автогенераторах, активных фильтрах, усилительных, импульсных, сенсорных устройствах. Снижение нелинейности вольт-амперной характеристики и повышение коэффициента полезного действия достигается тем, что в устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее транзисторы 1, 2, усилительный элемент 5, базовый делитель напряжения 7, введены транзисторы 3, 4 и двухполюсный элемент с полным внутренним сопротивлением 6, а также изменено построение базового делителя напряжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Устройство с отрицательным сопротивлением, содержащее первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются первым выводом устройства с отрицательным сопротивлением и соединены с инвертирующим входом усилительного элемента, базы соединены соответственно с первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллекторы соединены соответственно с первой и второй шинами питания, отличающееся тем, что в него введены третий и четвертый транзисторы, базы которых соединены соответственно с первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллекторы соединены соответственно с первой и второй шинами питания, эмиттеры с первым выводом введенного двухполюсного элемента с полным внутренним сопротивлением и неинвертирующим входом усилительного элемента, выход которого соединен с третьим отводом базового делителя напряжения, второй вывод двухполюсного элемента с полным внутренним сопротивлением соединен с общей шиной, которая является вторым выводом устройства с отрицательным сопротивлением. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что базовый делитель напряжения выполнен на пятом и шестом транзисторах, эмиттеры которых соединены и являются третьим отводом базового делителя напряжения, базы соединены с эмиттерами соответственно седьмого и восьмого транзисторов и являются соответственно первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллектор пятого транзистора соединен с базой седьмого транзистора и выходом первого генератора тока, коллектор шестого транзистора с базой восьмого транзистора и выходом второго генератора тока.Описание изобретения к патенту
Предполагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в автогенераторах, активных фильтрах, усилительных, импульсных, сенсорных устройствах. Известно устройство с отрицательным сопротивлением (Пат. Великобритании N 2089159, кл. H 03 H 11/52), содержащее первый и второй транзисторы, эмиттеры которых соединены с первым выводом устройства, базы соединены соответственно с первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллекторы соединены с входами соответствующих первого и второго токовых отражателей, выходы которых соединены с третьим отводом базового делителя напряжения и первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, которая является вторым выводом устройства с отрицательным сопротивлением. Недостатком этого устройства является зависимость отрицательного сопротивления от эмиттерных сопротивлений первого и второго транзисторов, что обусловливает нелинейность вольт-амперной характеристики устройства, в особенности при малых значениях эмиттерных токов покоя транзисторов. Последнее обстоятельство ограничивает коэффициент полезного действия этого устройства. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство с отрицательным сопротивлением (Пат. Российской Федерации N 2059335, кл. H 03 H 11/52), содержащее первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются первым выводом устройства с отрицательным сопротивлением и соединены с инвертирующим входом усилительного элемента, базы соединены соответственно с первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллекторы соединены соответственно с первой и второй шинами питания. Недостатками этого устройства являются существенная нелинейность вольт-амперной характеристики и зависимость величины отрицательного сопротивления от значений эмиттерных токов покоя транзисторов, что снижает его коэффициент полезного действия. Целью изобретения является снижение нелинейности вольт-амперной характеристики и повышение коэффициента полезного действия устройства с отрицательным сопротивлением. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй транзисторы, эмиттеры которых являются первым выводом устройства с отрицательным сопротивлением и соединены с инвертирующим входом усилительного элемента, базы соединены соответственно с первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллекторы соединены соответственно с первой и второй шинами питания, вводятся третий и четвертый транзисторы, базы которых соединены соответственно с первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллекторы соединены соответственно с первой и второй шинами питания, эмиттеры соединены с первым выводом введенного двухполюсного элемента с полным внутренним сопротивлением и неинвертирующим входом усилительного элемента, выход которого соединен с третьим отводом базового делителя напряжения, второй вывод элемента с полным внутренним сопротивлением соединен с общей шиной, которая является вторым выводом устройства с отрицательным сопротивлением. Другим недостатком прототипа является протекание токов базы первого и второго транзисторов в цепи базового делителя напряжения, что обусловливает дополнительную нелинейность вольт-амперной характеристики в области повышенных значений входного тока. С целью устранения этого недостатка базовый делитель напряжения выполняется на пятом и шестом транзисторах, эмиттеры которых соединены и являются третьим отводом базового делителя напряжения, базы соединены с эмиттерами соответственно седьмого и восьмого транзисторов и являются соответственно первым и вторым отводами базового делителя напряжения, коллектор пятого транзистора соединен с базой седьмого транзистора и выходом первого генератора тока, коллектор шестого транзистора соединен с базой восьмого транзистора и выходом второго генератора тока. Устройство с отрицательным сопротивлением поясняется фиг. 1, на которой приведена его схема электрическая принципиальная и показано распределение токов при его работе. Устройство с отрицательным сопротивлением содержит первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 4 транзисторы, усилительный элемент 5, двухполюсный элемент с полным внутренним сопротивлением 6, базовый делитель напряжения 7, а также входящие в состав базового делителя напряжения пятый 8, шестой 9, седьмой 10, восьмой 11 транзисторы, первый 12 и второй 13 генераторы тока. Работу предложенного устройства рассмотрим при следующих допущениях: все транзисторы, имеющие одинаковую структуру, идентичны, транзисторы работают на частотах, много меньших граничной частоты их коэффициента передачи по току в схеме с общей базой, входные сопротивления усилительного элемента по обоим входам бесконечно велики, а его выходное сопротивление много меньше внутренних сопротивлений генераторов тока, выходные токи которых одинаковы. Первоначально подаются напряжения питания такой величины, чтобы вывести все транзисторы в активный режим. При этом эмиттерные токи транзисторов 1, 2, 3, 4, 5 и 6 устанавливаются равными выходному току генераторов тока I0, а эмиттерные токи транзисторов 7 и 8 - равными соответственно сумме базовых токов транзисторов 1, 3, 5 и 2, 4, 6. Усилительный элемент охвачен отрицательной обратной связью с помощью транзисторов 1, 2 и положительной обратной связью с помощью транзисторов 3, 4. Глубина отрицательной обратной связи в данном устройстве всегда больше глубины положительной, так как![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2105408](/images/patents/366/2105408/2105408-2t.gif)
где Kпос - коэффициент передачи по напряжению с выхода усилителя на его неинвертирующий вход,
Kоос - коэффициент передачи по напряжению с выхода усилителя на его инвертирующий вход (Kоос
![устройство с отрицательным сопротивлением, патент № 2105408](/images/patents/366/2105028/8776.gif)
Z - сопротивление двухполюсного элемента с полным внутренним сопротивлением 6,
rэ3 и rэ4 - эмиттерные сопротивления транзисторов 3 и 4 соответственно. Вследствие преобладания отрицательной обратной связи напряжение на эмиттерах транзисторов 1 и 3 поддерживается одинаковым. Поэтому при протекании между выводами устройства переменного тока iаб, который делится на токи i1 и i2, протекающие в цепях соответственно транзисторов 1 и 2, в цепях транзисторов 3 и 4 протекают равные им токи (i1 в цепи транзистора 3 и i2 в цепи транзистора 4). Вследствие этого через элемент 6 протекает ток, равный току iаб. Возникающее при протекании тока напряжение между выводами устройства равно
Uаб = Uбэ3 - Uбэ1 - Ziаб,
где Uбэi - базо-эмиттерное напряжение i-го транзистора. Так как через эмиттерные переходы транзисторов 1 и 3 протекают одинаковые токи (постоянный I0 и переменный i1), то Uбэ3 = Uбэ1. Поэтому
Uаб = Ziаб,
то есть участок вольт-амперной характеристики заявленного устройства, на котором наблюдается отрицательное сопротивление, является линейным. Переменные токи базы транзисторов 1, 3 (iб1, iб3) и 2, 4 (iб2, iб4) протекают в цепях транзисторов 7 и 8 соответственно, вследствие чего практически не влияют на работу данного устройства. Таким образом, предложенное устройство с отрицательным сопротивлением выгодно отличается от прототипа повышенной линейностью отрицательного сопротивления, а также независимостью его значения от величины токов покоя транзисторов, что позволяет повысить его коэффициент полезного действия за счет уменьшения данных токов.
Класс H03H11/52 эквивалентные отрицательным сопротивлениям