Cálculo simplificado da característica corrente-tensão de um diodo lambda equivalente. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Já na década de setenta, começaram a aparecer artigos em diversas revistas descrevendo um elemento muito interessante da tecnologia eletrônica - o equivalente a um diodo lambda (ELD). É um par de transistores de efeito de campo especialmente conectado com junções pn de diferentes tipos e possui uma característica corrente-tensão (VC) semelhante à característica I – V de um diodo túnel, mas sem o segundo ramo de resistência positiva. Ao contrário de um diodo túnel, o ELD desliga em uma tensão que excede a tensão de desligamento Uclose, de modo que a corrente através dele cai para vários picoamperes. O circuito ELD é mostrado na Fig. 1, e sua característica corrente-tensão é mostrada na Fig.

Utilizando um ELD, é fácil implementar tanto soluções de circuito características de um diodo túnel quanto dispositivos completamente originais, como mostrado em [1], [2], [3], [4]. A revista “Rádio” também abordou este tema (ver [5], [6].

A ampla distribuição de dispositivos baseados em ELDs é dificultada pela complexidade de calcular as características I-V de um ELD usando os parâmetros conhecidos dos transistores de efeito de campo incluídos nele, que por sua vez é determinado pela complexidade de aproximar os I- V características de um transistor de efeito de campo [7], [8].

É justamente por isso que ainda não foram obtidas fórmulas de cálculo dos parâmetros básicos do ELD, que na maioria dos casos podem ser utilizadas no lugar das características corrente-tensão no cálculo de diversos dispositivos no ELD. Esses parâmetros incluem a corrente máxima através do ELD (Imax); a tensão na qual esta corrente ocorre (Umax); tensão de bloqueio (Uclosed); resistência negativa diferencial do ELD (-rd); coordenadas do ponto de inflexão do ramo de resistência negativa da característica corrente-tensão do ELD (Uper, Iper). Tendo fórmulas que conectam os parâmetros do ELD acima com os parâmetros dos transistores de efeito de campo incluídos nele, você pode selecionar facilmente o par de transistores desejado, bem como calcular o gerador, amplificador e qualquer outro dispositivo no ELD.

Este artigo descreve um cálculo aproximado do CVC de um ELD simétrico e seus parâmetros.

Para obter uma expressão aproximada para a característica corrente-tensão de um ELD, levamos em consideração que cada transistor em um ELD simétrico opera até ser completamente desligado em tensões dreno-fonte não excedendo a tensão de corte deste transistor (e seu par , já que os consideramos iguais). Sob estas condições, a dependência da corrente através do transistor de efeito de campo na tensão dreno-fonte pode ser aproximadamente considerada linear, as tensões Uс1=Uз2=U/2 e Uс2=Uз1=-U/2 são iguais em magnitude, e então a característica corrente-tensão do transistor de efeito de campo pode ser descrita por uma fórmula simples:

Ic=(Usi/Rm)(1- |Usi/2Uots|)² , (1)

onde Usi é a tensão dreno-fonte do transistor de efeito de campo, (no caso de um ELD simétrico, como pode ser visto na Fig. 1, Usi = U/2), Usi é a tensão porta-fonte, Uots é a tensão de corte do transistor de efeito de campo, e Rm é a resistência do transistor de efeito de campo na seção inicial da característica corrente-tensão em Ui=0 na vizinhança do ponto Usi=0, Ic=0 :

Rm=dUci/dIc.

Essa expressão simplificada para a característica corrente-tensão de um transistor de efeito de campo é adequada para calcular a característica corrente-tensão de um diodo lambda quando |Usi|< |Uots|. 1 fica claro que a característica corrente-tensão do eletrodo é descrita neste caso pela expressão

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

Considerando que para um ELD simétrico |Usi|=|Uzi|, podemos supor aproximadamente

Rm=dUzi/dIc=1/Smax,

onde Smax é a transcondutância máxima do transistor de efeito de campo, que pode ser retirada de um livro de referência ou medida. Então a expressão para a característica IV do ELD conterá apenas os parâmetros conhecidos dos transistores de efeito de campo:

(U)=1/2 USmax(1-|U/2Uots|)² (3).

Diferenciando a expressão (3) em relação a U, pode-se encontrar os argumentos para os quais esta função tem extremos.

Ue1=Uzap=2|Uots|,

que corresponde aos dados de [8], onde o cálculo utilizou a aproximação do CVC de um transistor de efeito de campo por funções complexas, e

Uе2=Umax=2|Uots|/3. (4)

A expressão para Umax não foi obtida em [8], mas a partir do gráfico de característica corrente-tensão aí disponível, pode-se ver que os resultados do cálculo coincidem aqui também.

Substituindo o valor de Umax de (4) em (2) ou em (3), obtemos

Imax=4Uref/27Rm~ 0,15Uref/Rm,

ou

Imáx=4UotsSmáx/27~0,15UotsSmáx.

Experimentos mostraram que o valor calculado de Im ax do experimental para os pares de transistores KP303 e KP103, selecionados de acordo com os parâmetros Smax e Uots, difere em não mais que 10%. A seguir, você pode determinar o ponto de inflexão no ramo negativo da característica corrente-tensão encontrando primeiro

d²eu/dU²=(1/UотсRm)(3U/4U отс-1). (5)

Igualando a expressão (5) a zero e resolvendo a equação resultante, determinamos

Superior \u4d 3Uots / XNUMX,

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

o que também está de acordo com o gráfico de [8] e os resultados dos experimentos realizados pelo autor.

A seguir, definimos

- rd=-6Rm=-6/Smax.

Para um ELD assimétrico em transistores de efeito de campo com parâmetros diferentes, você também pode calcular as características corrente-tensão usando a expressão (2) ou (3) e obtendo um sistema de equações usando o método de [8], mas com expressões muito mais simples . A concordância entre os resultados dos cálculos e os dados experimentais é bastante satisfatória. Resolver um sistema de equações é fácil de fazer em qualquer calculadora programável ou computador. Porém, não foi possível obter expressões explícitas para os principais parâmetros do ELD assimétrico.

O autor expressa a esperança de que a capacidade de calcular facilmente os parâmetros de um ELD com base nos parâmetros de seus transistores de efeito de campo sirva de incentivo para que os rádios amadores criem uma série de dispositivos usando este elemento promissor.

Literatura

1. Kano, G. O diodo lambda: dispositivo versátil de resistência №negativa. "Eletrônica", 48(1975), nº 13, p.105-109.
2. Khodounek, Transistores de efeito de campo complementares com transição em um gerador de dupla frequência. "Eletrônica", 1975, nº 22, página 60.
3. Dyakonov V.P., Semenova O.V. Dispositivos de comutação baseados em transistores lambda. "Instrumentos e técnicas experimentais", 1977, nº 5, página 96.
4. Ptashnik I. VFO com sintonia eletrônica. "Rádio Amador", 1993, nº 9, p.38.
5. Diodo Nechaev I. Lambda e suas capacidades. "Rádio", 1984, nº 2, p.54
6. Nechaev I. Gerador de sonda no análogo do diodo lambda. "Rádio", 1987, n.º 4, p.49.
7. Takashi T. Aproximação das características do transistor de efeito de campo de função por função hiperbólica, IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1978, v.13, nº 5, p.724-726.
8. V.I.Molotkov, E.I.Potapov. Estudo das características corrente-tensão de transistores de efeito de campo de baixa potência e diodos lambda e cálculo das amplitudes de um autooscilador em um diodo lambda. "Radioeletrônica", 1991, v. 34, nº 11, páginas 108-110.

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

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