Емкостной релаксатор на лавинном транзисторе

March 5, 2012 by admin Комментировать »

Для изучения поведения транзисторов в лавинном режиме можно использовать установку, функциональная схема которой показана на рис. 2.13 [90].

Рис. 2.13. Функциональная схема установки для измерения параметров импульсов, формируемых емкостным релаксатором на лавинном транзисторе

смонтирован в измерительной головке (рис. 2.14), которая крепится прямо на входном разъеме цифрового осциллографа. Это уменьшает искажения импульса разрядного тока, который формируется при запуске релаксатора. Второй вход осциллографа используется для получения совмещенной осциллограммы напряжения на коллекторе лавинного транзистора. Для легкой замены лавинного транзистора он крепится на панельке. Рекомендуется обрезать выводы транзистора до длины не более 1 см (это достаточно для установки транзистора в панельку).

Рис. 2.14. Измерительная головка с емкостным релаксатором на лавинном транзисторе

Измерительная головка является типичным емкостным релаксатором. В нем конденсатор С заряжается через резистор R до напряжения, близкого к Uu. При запуске лавинный транзистор JIT включается и конденсатор С разряжается через него, и сопротивление нагрузки Rs. Так релаксатор работает в ждущем режиме. Увеличением напряжения питания Е можно добиться перевода релаксатора в автоколебательный режим работы. Переменный резистор R6 позволяет задать сопротивление между базой и эмиттером, необходимое для получения S-образной ВАХ со стороны коллектора.

На рис. 2.15 показаны осциллограмма импульса напряжения на нагрузочном (разрядном) резисторе и осциллограмма спада напряжения на коллекторе транзистора. Осциллограммы приведены для кремниевого планарно-эпитаксиального транзистора 2Т312В, который хорошо показал себя в роли лавинного транзистора с напряжением лавинного пробоя коллекторного перехода около 120 В. Среди серийных отечественных и зарубежных транзисторов есть приборы с напряжением лавинного пробоя коллекторного перехода Uu от 25 до 500 В.

Здесь можно отметить 4 характерные стадии работы релаксатора:

1.       Стадия регенеративного включения лавинного транзистора, при больших токах коллектора ведущая к смыканию областей объемного заряда переходов транзистора и резкому уменьшению времени пролета носителей через базовую область. Иногда этой стадии предшествует стадия медленного роста коллекторного тока до критического значения, при котором ООЗ коллекторного перехода достигает эмиттерного перехода.

2.       Разряд конденсатора С при напряжении на коллекторе, близком к U, который сопровождается накоплением в структуре лавинного транзистора избыточных зарядов.

Рис. 2.17. Схема генератора мощных наносекундных импульсов на лавинном

транзисторе (а) и осциллограммы импульсов напряжения на нагрузке и коллекторе лавинного транзистора при масштабе по горизонтали 2 нс/дел (б)

ЛТОООЗ (и обычные кремниевые п-р-п транзисторы, работающие в лавинном режиме с ограниченной О ОЗ) позволяют получить уникальные параметры импульсов, недостижимые при использовании других полупроводниковых приборов. Примером может служить схема генератора импульсов с амплитудой около 25 А при длительности импульса около 1,5 не [72]. Она показана на рис. 2.17, а. Генератор предназначен для запуска мощных скоростных лазерных диодов, используемых, например, в лазерных локаторах и дальномерах.

Это типичная релаксационная схема. Для увеличения начального напряжения на конденсаторе релаксатора до напряжения лавинного пробоя коллекторного перехода [^желательно надежно запереть транзистор вплоть до наступления пробоя. Для этого в схему релаксатора введем резистор ЛБ=10 кОм, подключенный к источнику напряжения Е отрицательной полярности. При этом потенциал базы фиксируется диодом Д6, что предотвращает пробой эмиттерного перехода.

Моделирование на ЭВМ и эксперимент показывают, что даже малая паразитная индуктивность разрядного контура (в единицы нГн) вызывает сильный колебательный процесс после разрядного импульса. Было установлено, что эффективным способом борьбы с ней является применение нелинейного накопительного конденсатора, емкость которого увеличивается по мере его разряда. Подходящим в этой роли является силовой диод КД212А, который имеет рабочее напряжение 200 В (больше Uu), и емкость около 45 пФ при напряжении 100 В. Она возрастает в несколько раз при уменьшении напряжения до 0. Кроме того, этот диод имеет очень малое паразитное последовательное сопротивление.

Чтобы исключить отражение в кабеле осциллографа введем согласующие резисторы R по 51 Ом в начале и в конце кабеля, подключающего осциллограф к нагрузке Rs. Это означает возникновение делителя напряжения в 2 раза. В качестве эквивалента нагрузки возьмем практически безындуктивный резистор MJIT-0,25 с номиналом 1 Ом.

На рис. 2.17,6показаны осциллограммы импульсов на нагрузке Лн=1 Ом и на коллекторе транзистора, снятые 250 МГц цифровым осциллографом DS-1250 фирмы EZ Digital. Амплитуда импульса достигает (с учетом деления напряжения в 2 раза) 25 В, т. е. пиковый ток в нагрузке имеет значение 25 А, вполне соответствующее нашим прикидкам. При смене транзистора амплитуда тока может меняться примерно от 20 до 30 А при практически аналогичных временных параметрах.

Импульс разрядного тока имеет почти равные по длительности участки нарастания 1 и спада 2 тока и характерный выброс после них — 3. Минимизировать этот выброс можно, предельно сократив длину разрядной цепи. Полное устранение выброса, как правило, нецелесообразно, поскольку он способствует рассасыванию избыточных зарядов в реальной нагрузке — лазерном диоде и уменьшении длительности спада светового импульса.

Частота автоколебаний генератора около 200 кГц. Уменьшив Е или увеличив Еб можно перевести генератор в ждущий режим и запускать импульсами положительной полярности, подаваемыми на базу транзистора через разделительный резистор в сотни Ом. Если Ек немного превышает UM, то форма импульсов получается аналогичной описанной. При меньших Ек амплитуда импульсов быстро падает.

Применение этих транзисторов позволяет в простых релаксационных схемах получать наносекундные импульсы с амплитудой до 50—60 А от одного лавинного транзистора или многие сотни В и сотни А при их последовательном и параллельном включении, либо при использовании в схеме Маркса. Необходимость в получении таких импульсов появилась в связи с созданием новых типов измерительных приборов — лазерных локаторов и дальномеров, видеолокаторов и георадаров.

В наши дни параметры подобных генераторов можно существенно улучшить, применяя специально разработанные зарубежные высоковольтные кремниевые ЛТОООЗ. Серию таких приборов разработала в середине 90-х годов крупная полупроводниковая фирма Zetex Semiconductors. Приборы FMMT413, FMMT415, ZTX415 и FMMT417 имеют напряжение Uu= =150, 260, 260 и 320 В и пиковые токи разряда конденсатора 50 и 60 А [73]. Транзисторы выполнены в сверхминиатюрном корпусе

SOT23 для плотного поверхностного монтажа на печатные платы. Длина выводов у них минимизирована, что уменьшает их паразитную индуктивность и уменьшает возникновение колебаний при разряде С. Несмотря на уникально большие импульсные токи, средняя рассеиваемая мощность приборов составляет всего 0,33 или 0,68 Вт, т. е. приборы относятся к классу маломощных транзисторов.

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты