Document 2724079

УДК 621.372.54
С.И. Липко, О.Н.Негоденко, С.А.Татаринцев, Л.А.Зинченко
ЭКВИВАЛЕНТЫ ИНДУКТИВНОСТИ НА ДВУХ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ
БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
В дополнение к описанным в [1] эквивалентам незаземленных индуктивностей
на двух комплементарных биполярных транзисторах представляют интерес еще две
схемы, приведенные на рисунках 1 и 2.
Используя метод малых приращений и законы Кирхгофа, при одинаковых
параметрах транзисторов в схеме, показанной на рис.1, получим следующие
выражения для импеданса между клеммами а-б :
Z
аб
1− α
,
1+ α
= R
где α-коэффициент передачи транзисторов по току в схеме с общей базой.
Подставляя в эту формулу общеизвестную
аппроксимацию
частотной
зависимости
коэффициента α, получим следующие выражения
для эквивалентной индуктивности Lэ и активного
сопротивления Rэ в последовательной схеме
замещения :
LЭ =
Рис.1
Rα 0
2
⎡
⎛ f ⎞ ⎤
2
π ⋅ f α ⎢(1 + α0 ) + ⎜ ⎟ ⎥
⎝ f α ⎠ ⎥⎦
⎢⎣
;
Ff I
(1 − α )(1 + α ) + G J
Hf K,
=R
Ff I
(1 + α ) + G J
Hf K
2
0
RЭ
0
α
2
2
0
α
где α0 и fα низкочастотные значение и граничная частота коэффициента α;
f - текущая частота.
Добротность эквивалентной индуктивности
Q
=
2π ⋅ f ⋅ LЭ
.
RЭ
Исследуя добротность Q на экстремум по аргументу f/fα ,получим, что
максимальная добротность
Q
Она наблюдается при
=
α0
.
(1 − α 0 )(1 + α 0 )
f
= (1 − α 0 )(1 + α 0 ) .
fα
2
Аналогичные выражения получены в [2] для индуктивного транзистора. Это
позволяет заключить, что исследуемая схема является комбинацией
двух
индуктивных транзисторов, в которой удачно решена проблема питания
транзисторов по постоянному току.
Если, например, α0=0,99, то Qм≅7 на частоте f=0,143fα .При α0=0,9 , Qм=2 на частоте
f=0,45fα . Видно, что чем выше α0 , тем ниже частота , на которой добротность
максимальна. При
fα=400МГц , что реально для планарных транзисторов
интегральных микросхем, то частота, на которой добротность максимальна
,составляет (56-180)МГц. Следовательно, описанный индуктивный транзистор
можно рекомендовать для использования на повышенных частотах по сравнению с
устройствами , приведенными в [1]. Однако наличие в формулах компоненты (1-α0)
свидетельствует о низкой режимной и температурной стабильности активного
сопротивления и добротности эквивалента.
В случае неиспользования нижнего источника тока в схеме можно получить
эквивалент заземленной индуктивности.
Для схемы , приведенной на рис.2, при С1=С2=С, R1=R3=R, α1=α2=α импеданс
между клеммами а-б описывается выражением
Z
аб
2
⎡
⎤
⎛
R ⎞
⎢
⎥
⎜1 − α +
⎟
XC ⎠
⎝
⎛
R ⎞⎥
⎢
= 0,5R2 ⎢2(1 − α ) +
− ⎜1 − α +
⎟ ,
XC ⎠⎥
⎛
R ⎞ ⎝
⎢
⎥
⎜1 + α +
⎟
XC ⎠
⎝
⎢⎣
⎥⎦
где XC=1/jω c , ω =2πf.
На низких частотах , когда ωRC<<1 и α→1,
L
Э
= − R2
RC
;
2
R
Э
= − R2
(ωRC )
.
4
Видно,
что
схема
позволяет
получать
отрицательную индуктивность, не зависящую от
частоты на низких частотах. Модуль отрицательного
активного сопротивления на низких частотах с ростом
частоты возрастает. Для компенсации отрицательного
RЭ к одной из клемм (а или б) следует подключить
с номиналом ,
компенсирующий резистор RК
большим, чем⏐RЭ⏐.Тогда добротность эквивалентной
индуктивности
Q
=
2π ⋅ f LЭ
RК − RЭ
+Е
2
C2
VT1
R2
б
R1
R3
а
VT2
C1
.
Отрицательный
знак
эквивалентной
Рис.2
индуктивности подтверждают и машинные расчеты.
На рис.3 приведен годограф импеданса между
клеммами а-б при R=200 Ом, R2=500 Ом, С=22нФ , α=0,9. Расчеты проводились с
учетом частотной зависимости коэффициента α.(транзисторы КТ315 и КТ361).
3
С другой
стороны, представляя
импеданс между клеммами а-б
последовательно соединенными RЭ емкостью СЭ , получим , что при ωRC<<1 и α→1
RЭ описывается тем же выражением, а
CЭ =
2
RR2ω 2 C
.Видно , что емкость СЭ на
низких частотах с ростом частоты уменьшается.
Уникальность схемы, приведенной на рисунке 2 , проявляется в возможности
реализации на ней генератора пачек импульсов. Для этого к клеммам а-б следует
подключить последовательный колебательный контур LКCК (LК - единицы мкГн , CК
- сотни , тысячи пФ), а в коллекторную цепь транзистора VT2 - первичную обмотку
высокочастотного трансформатора, со вторичной обмотки которого снимается
выходное напряжение. Огибающая выходных радиоимпульсов (рис.4) релаксационные колебания за счет емкости CК , а частота заполнения радиоимпульса
определяется величинами CЭ и LК . Уменьшение величины емкости CК уменьшает
период огибающих импульсов и не влияет на частоту заполнения радиоимпульсов.
Ðèñ.3
Ðèñ.4
1. Негоденко О.Н., Генте М.Ю. Эквиваленты незаземленной индуктивности на
конверторах импеданса//Известия ТРТУ.-1995.№2.- с.56-59.
2. Прозоровский В.Е., Колесов Л.Н., Семенцов В.И., Афанасьев К.Л. Анализ
некоторых параметров индуктивного и реактивного транзисторов// Известия вузов
СССР- Радиоэлектроника.- 1963.- т.6.- № 6.- с.616 - 622.